同步電動機

模擬時鐘中使用的微型同步電動機。 轉子由永磁體製成。

同步電動機是一種交流電動機，轉子旋轉速度與所提供交流電的角頻率相同。原理是在轉子勵磁繞組中通以直流電流後電機內產生轉子磁場，從而使電動機轉子旋轉。

同步電動機的轉子主要為電磁鐵或永久磁鐵，使用永久磁鐵的稱為永磁同步電動機，若有電路提供轉子電源的，即屬於雙饋型電動機。同步電動機的定子所產生的旋轉磁場吸引轉子磁場的異極，使轉子隨著定子磁場旋轉，在穩定狀態下，將以相同的速度旋轉。

同步電動機的特點是轉速固定，不受電源電壓的影響。只要電動機的負載低於其最大轉矩，轉速也不會受負載的影響。因此小型的同步機可以應用在電子時鐘、工業用定時器，或是要求精確等速的系統如磁帶錄音機、伺服機構。由於這種特性，同步電動機只能通過使用變頻器調整電動機的電源頻率來進行調速。

無載的同步機即是同步調相機（Synchronous Condenser），其電流相位超前於電壓，為一個電容性負載。因此，若一供電系統的負載為落後功率因數，可以使用無載的同步電動機來改進其功率因數，但此方法的運作成本十分高。現在，電力公司可使用靜止無功補償器（Static VAR Compensator）來提供無功功率。

類型

電勵磁式

電勵磁同步電機不能自動啟動，所以在轉子上還裝有鼠籠式繞組而作為電動機啟動之用，結構與異步電動機相似。電動機旋轉之後，其速度慢慢增高到稍低於旋轉磁場的轉速，此時轉子磁場線圈經由直流電來激勵，使轉子上面形成一定的磁極，這些磁極就企圖跟蹤定子上的旋轉磁極，這樣就增加電動機轉子的速率直至與旋轉磁場同步旋轉為止。

永磁無刷

主條目：永磁同步電動機

永磁同步馬達（permanent-magnet synchronous motor，縮寫：PMSM）是指一種轉子用永久磁鐵代替繞線的同步馬達。

磁阻式

主條目：磁阻馬達

磁阻馬達（Reluctance motor）可以再細分為同步磁阻馬達（Synchronous reluctance motors，縮寫：SynRM）和切換式磁阻馬達（Switched Reluctance Motor，縮寫：SRM）。

轉速

同步電動機的同步轉速可由以下式子算出。
每分鐘轉速為：

$n_{s}=60{\frac {f}{P}}=120{\frac {f}{p}}$

或以角速度表達：

$\omega _{s}=2\pi {\frac {f}{P}}=4\pi {\frac {f}{p}}$

其中

• $f$是交流電流的頻率(Hz)
• $p$是磁極數量
• $P$是每對磁極數量($P=p/2$)

穩定性極限

電動機

$\mathbf {T} ={\mathbf {T_{max}} }{\sin \delta }$

其中

$\mathbf {T}$ 是轉矩

$\delta$ 是轉矩角

$\mathbf {T_{max}}$ 是最大轉矩

這裡

$\mathbf {T_{max}} ={\frac {{\mathbf {3} }{\mathbf {V} }{\mathbf {E} }}{{\mathbf {X_{s}} }{\omega _{s}}}}$

如果負載增加，轉矩角會增加。當轉矩角達到90度，轉矩達到最大值。如果負載再增加，電機將會失去同步狀態。

發電機

如果是發電機，則變成

$\mathbf {P} ={\mathbf {P_{max}} }{\sin \delta }$

其中

$\delta$ 是發電機與電網電壓的相差（若相差是零，即兩者電壓相同，沒有電流和功率輸出）

參見

• 交流電動機
• 感應馬達 (異步摩打)