Silnik synchroniczny to silnik, w którym prędkość wirowania wirnika jest synchroniczna z prędkością wirowania pola magnetycznego.

Budowa

Podobnie jak w silniku asynchronicznym, silnik ten zwykle posiada trójfazowe uzwojenie stojana, wytwarzające kołowe pole wirujące. Różnice występują w wirnikach tych silników. Starsze rozwiązania budowy silników synchronicznych zakładają, że wirnik wykonany jest w postaci uzwojenia nawiniętego na rdzeniu i zasilanego, za pośrednictwem pierścieni ślizgowych i szczotek, z źródła prądu stałego lub przemiennego. Wirniki te wykonuje się w dwojaki sposób, jako: wirniki cylindryczne (z utajonymi biegunami) lub wirniki z biegunami jawnymi.

Ostatnio jednak coraz częściej stosuje się maszyny z wzbudzeniem magnetoelektrycznym w których wirnik zamiast uzwojenia ma zamontowane magnesy trwałe.

Zasada działania

Po zasileniu uzwojeń stojana, wytworzone zostanie w nim wirujące pole magnetyczne. Jeżeli wyobrazić sobie to pole jako wirująca parę biegunów, to nieobciążony namagnesowany wirnik ustawi się w osi pola stojana i zacznie wirować wraz z tym polem synchronicznie. Siły działające między tak przedstawionymi biegunami mają kierunki promieniowe, więc nie dają żadnego momentu obrotowego. Jeżeli wirnik obciążony zostanie momentem hamującym spóźni się nieznacznie względem wirującego pola. W ten sposób oś wirnika nie będzie się juz pokrywać z osią stojana a więc siły działające między biegunami spowodują powstanie momentu mechanicznego, który przeciwstawi się momentowi hamującemu. Zmiany obciążenia nie powodują zmian prędkości obrotowej wirnika (jak to ma miejsce w silniku asynchronicznym).

Rozruch

Jedna z wad silnika synchronicznego jest fakt, że nie potrafi on samoczynnie wystartować z miejsca po zasileniu uzwojeń stojana z sieci. Podanie napięcia na stojan powoduje powstanie pola wirującego, które wywołuje przemienny moment obrotowy działający na wirnik. Ze względu na zbyt dużą częstotliwość zmian tego momentu wobec bezwładności wirnika, nie jest on w stanie ruszyć z miejsca.

Istnieje kilka możliwości radzenia sobie z tą niedogodnością. Jedna z nich jest zastosowanie dodatkowej maszyny, która rozpędziłaby wirnik silnika synchronicznego. Rolę takiej maszyny mógłby pełnić dodatkowy silnik asynchroniczny lub silnik prądu stałego, ale raczej tego rozwiązania nie stosuje się w praktyce. Innym sposobem uruchomienia silnika synchronicznego jest skorzystanie z rozwiązania stosowanego dla silników asynchronicznych. W nabiegunnikach wirnika umieszcza się klatkę rozruchową najczęściej utworzoną z miedzianych prętów, podobną do klatki z w wirniku silnika asynchronicznego klatkowego. Silnik synchroniczny startując tak jak silnik asynchroniczny, osiąga prędkość zbliżoną do prędkości synchronicznej. Jeżeli po osiągnięciu takiej prędkości zasili się obwód wzbudzenia prądem stałym pozwoli to wirnikowi wejść w synchronizm i dalej poruszać się z prędkością synchroniczną.

Obecnie najlepszym rozwiązanie służącym do uruchamiania silników synchronicznych wydaje się zastosowanie specjalnych elektronicznych przemienników częstotliwości (falowników) które pozwalają na systematyczne zwiększanie częstotliwości napięcia zasilania uzwojeń stojana co pozwala na stopniowe rozpędzenie wirnika. W przypadku silników z magnesami trwałymi jest to w zasadzie jedyne rozwiązanie.

schemat falownika zasilajacego silnik synchroniczny

Silnik synchroniczy w akcji

Przykładowy aplet prezentuje model specjalnego silnika synchronicznego. Jest to silnik SSMT - silnik synchroniczny o magnesach trwałych (ang. PMSM - permanent magnet synchronous motor). W silniku tym wzbudzenie jest magnetoelektryczne, pochodzi od magnesów trwałych umieszczonych w wirniku.

Sterowanie apletem