同步电动机

    假定借助外部手段可以使异步电动机运行在同步转速，转子电流的频率和幅值均将是0。假定将外部的直流电源接到转子绕组，则转子将如一个永久磁铁一样破极化。转子将被牵人与由定子产生的气隙旋转磁场同步，但是滞后该旋转磁场一个恒定的电角度——负载角。负载角正比于施加于轴上的转矩，而只要直流电源维持向转子磁场绕组供电，转子将保持以同步转速旋转。转子绕组产生的磁通切割定子绕组生成反电动势( EMF)，使得同步电动机与异步电动机之间有明显的不同。

    与异步电动机传动一样，调速要求保持U/f比为常量（也即以与转速成正比的方式调节定子频率和所施加的电压）。

    供电的桥式变流器采用相控，从而在直流平波电抗器中生成一个可调的直流电流，为了使同步电动机产生最大转矩，逆变器桥根据位置传感器测到的转子角位移在适当的相位导通，从而使上述电流流入电动机的定子绕组。当转速高于10%基速时，同步电动机产生的反电动势足以使电流在逆变器桥的两个臂之间进行换相。这样当此类逆变器可以由电动机换相时，逆变器的结构就和常规的直流传动变流器相同，从而克服了强迫换相电路所存在的结构复杂、造价高及换相能力有限的问题。

    在低速时，电动机的反电动势不足以使晶闸管实现换相。此时，所采用的技术是使供电变流器桥的相位迅速地减小，将输入直流电流下降为0，然后经过一个短暂的延时（确保变流器桥中的晶闸管全部关断）后，在正确的晶闸管触发模式重建后，再施加直流电流。当电动机的转速以及反电动势上升到足以使机械换相后，再将其切换到直流环节电流连续的运行状态。

    在起动模式中，逆变器桥正确的触发时刻是由安装在电动机轴上的光或磁位置传感器所确定的。机械换相模式利用了定子电压传感器。为了在低速或脉动模式产生最大的转矩，则需要检测转子的角位移。无论如何，假定在低速时允许负载转矩小于满载转矩，逆变器系统可以在脉动模式时工作在低的固定频率。其后逐渐提高频率，同时对电动机转速进行检测（分步聚或按预定的斜率变化）直到生成足够的反电动势，以便很容易地转换为电压检测模式。

    如前所述，这种类型传动的重要优点是所有晶闸管均是电网机械换相的。这样就不需要复杂的强迫换相电路和快速的门极关断晶闸管。这种类型的逆变器的功率等级可以作得非常大，如直到100Mw。而由于不采用强迫换相，变流器的效率非常高，典型值达98%。

    电动机侧逆变器桥中的晶闸管的触发延迟角必须能提供足够的时间，以实现从一个器件向另一个器件的换相，这使得同步电动机运行时具有高的、超前的功率因数。但是，该功率因数与速度成正比。

    这种类型的传动自身具有可逆和再生的能力。在再生运行时，逆变器桥的触发处于足够超前的位置。电源侧变流器桥的直流侧输出一个直流电压。该变流器桥此时按再生模式进行触发，从而将功率回馈绐供电系统。反转则是通过改变逆变器桥中晶闸管的触发顺序实现的。、

    由于这种类型的传动由一个高效的电动机和简单且高效的变流器构成，所以在一个很宽的功率范围中得到应用。在低功率范围，永磁电动机的应用则更为普遍。

    与异步电动机不同的是，同步电动机调速系统需要两种类型的变流器。第一种用于实现主功率变换，第二种是用于励磁的小功率变流器。励磁变流器通过集电环和电刷向转子励磁绕组供电，也可选择采用无刷励磁机。对两个变流器进行协调控制可以实现对有功功率和无功功率的控制，以及在大功率应用时，实现大范围的高效调速。

    对于大功率应用而言，同步电动机更适宜，因为它具有通过适当的励磁控制来控制无功功率潮流的能力。同步电动机具有更大的调速范围和更高的效率。但是，同步电动机通常比异步电动机价格更为昂贵。

    采用现代的大功率PWM电压源变频器传动技术，同步电动机可以利用矢量控制的方法用同一个变频器进行传动。