Synchronní motor

Zastavený synchronní motor se po připojení napájení sám neroztočí, je potřeba vnější síla F, která roztočí rotor. Poté je rotor točivým magnetickým polem „vtažen“ do synchronních otáček, ve kterých již setrvá. Vnější sílu F pro počáteční roztočení rotoru může zajistit:

• pomocný rozběhový motor
• rozběhové klecové vinutí (asynchronní rozběh)
• frekvenční měnič, který frekvenci napájecího proudu postupně zvyšuje až po jmenovité otáčky motoru.

Trojfázový synchronní motor využívá pro vznik točivého pole trojfázový střídavý proud přivedený do cívek statoru pootočených o 120° (podobně jako asynchronní motor). Malé synchronní motory mají rotor z permanentních magnetů. Větší synchronní motory mají na rotoru vinutí napájené stejnosměrným proudem přes sběrné kroužky. Vinutí statoru i rotoru jsou vložena do drážek dynamových plechů (omezují ztráty vířivými proudy).

Kartáčový stejnosměrný motor (též interně komutovaný motor) je starší typ synchronního motoru, který přepíná pole na rotoru pomocí komutátoru. Stator mohou tvořit permanentní magnety nebo vinutí napájená stejnosměrným proudem.

Polovodičové výkonové měniče frekvence umožňují vyřešit jak rozběh synchronního motoru, tak řízení otáček. Toho se využívá například pro pohon kolejových vozidel, pro rádiem řízené modely apod. Bezkartáčové motory nahradily starší kartáčové (komutované) synchronní motory.

Krokový motor je speciální druh mnohapólového synchronního motoru. Využívá se především tam, kde je třeba přesně řídit nejen otáčky, ale i konkrétní polohu rotoru. Nachází uplatnění v přesné mechanice, regulační technice, robotice a podobných oborech. Krokový motor je unipolární nebo bipolární.

Synchronní motor je v používán jako elektrický generátor (v autě alternátor, v elektrárnách turbogenerátor, hydrogenerátor).

Synchronní kompenzátor je synchronní motor, který je připojen k napájecí střídavé síti a pracuje naprázdno. Je-li přebuzen, dodává do elektrizační soustavy jalový výkon, jde tedy o mechanickou kompenzaci účiníku. Kompenzací jalového výkonu dochází zároveň k plynulé regulaci elektrického napětí v rozvodné síti.

Jelikož se rotor synchronního stroje otáčí stejnou rychlostí, jako je rychlost točivého magnetického pole, lze otáčky vypočítat podle vztahu:

${\displaystyle n={\frac {60f}{p}}}$

kde:

• n jsou otáčky stroje v min⁻¹
• f je frekvence napájecí sítě v Hz
• p je počet pólových dvojic stroje

Z výše uvedeného vztahu plyne, že pokud je stroj používán jako motor, je ke změně rychlosti otáčení třeba použít frekvenční měnič. To je rozdíl oproti stejnosměrnému motoru, kde řízení rychlosti je proveditelné pomocí změny napájecího napětí. Na rozdíl od asynchronního motoru je skluz nulový, a proto se ve vztahu nevyskytuje.

Moment třífázového synchronního stroje s hladkým rotorem lze vypočítat podle vztahu:

${\displaystyle M={\frac {3}{\omega _{s}}}{\frac {UE}{X_{d}}}\sin \delta }$

kde:

• M je moment synchronního stroje
• ω_s je synchronní mechanická úhlová rychlost rotoru
• U je napětí na svorkách stroje
• E je vnitřní indukované napětí dané budicím proudem
• X_d je synchronní reaktance statoru
• sin δ je zátěžný úhel, tj. úhel mezi fázory napětí U a E, neboli úhel mezi pólem rotoru a magnetickým polem ve vzduchové mezeře

Se zvětšujícím se momentem se zvětšuje zátěžný úhel. Maximální hodnota zátěžného úhlu δ je u stroje s hladkým rotorem 90° (sin δ = 1), při dalším zvětšení zátěžného úhlu stroj vypadne ze synchronního chodu (rotor se již neotáčí synchronně s točivým polem statoru). Jestliže tato situace nastane, je třeba stroj neprodleně odpojit od sítě.

Pomocí vztahu pro moment lze snadno určit výkon stroje.

${\displaystyle P=M\omega _{s}=3{\frac {UE}{X_{d}}}\sin \delta }$

Jmenovité napětí je vyšší u strojů s vyšším výkonem. U alternátorů se používá napětí 6,3 kV u strojů výkonem přibližně do 50 MW, zatímco u nejvýkonnějších alternátorů (1000 MW) jsou stroje typicky navržené na napětí 24 kV.

Kývání rotoru je jev způsobený dynamickou změnou v zatížení synchronního elektromotoru nebo generátoru. Velikost kývání je přímo úměrná velikosti dynamické změny v zatížení. Ke kompenzaci kývání synchronních strojů se využívá tzv. amortizérů. Jsou to většinou měděné kruhy umístěné na čelech rotoru a spojujících jednotlivé póly rotoru synchronního stroje. Při rozběhu slouží amortizéry také k většímu rozptylu magnetického toku a k lepšímu odvodu tepla nahromaděného při startu synchronního stroje.

• Technický slovník LEDA (CD), heslo Synchronní motor

• Asynchronní motor

• Obrázky, zvuky či videa k tématu synchronní motor na Wikimedia Commons
• Video dvoupólového rotoru
• Princip funkce a moment synchronního generátoru