Motori sincroni

Un motore sincrono è un motore in cui il rotore normalmente ruota alla stessa velocità del campo rotante nella macchina. Lo statore è simile a quello di una macchina a induzione costituita da un telaio cilindrico in ferro con avvolgimenti, solitamente trifase, posizionati in fessure attorno alla periferia interna. La differenza sta nel rotore, che normalmente contiene un avvolgimento isolato collegato tramite anelli collettori o altri mezzi a una sorgente di corrente continua (Vederefigura).

Il principio di funzionamento di un motore sincrono può essere compreso considerando gli avvolgimenti dello statore da collegare a un'alimentazione a corrente alternata trifase. L'effetto della corrente dello statore è quello di stabilire un campo magnetico rotante a 120f/pgiri al minuto per una frequenza difhertz e perppoli. Una corrente continua in unp-polo avvolgimento di campo sul rotore produrrà anche un campo magnetico che ruota alla velocità del rotore. Se la velocità del rotore è resa uguale a quella del campo dello statore e non c'è coppia di carico, questi due campi magnetici tenderanno ad allinearsi tra loro. Quando viene applicato un carico meccanico, il rotore scivola indietro di un certo numero di gradi rispetto al campo rotante dello statore, sviluppando coppia e continuando a essere trascinato da questo campo rotante. L'angolo tra i campi aumenta con l'aumento della coppia di carico. La coppia massima disponibile viene raggiunta quando l'angolo di cui il campo del rotore è in ritardo rispetto al campo dello statore è di 90 gradi. L'applicazione di una coppia di carico maggiore causerà lo stallo del motore.

Un vantaggio del motore sincrono è che il campo magnetico della macchina può essere prodotto dalla corrente continua nell'avvolgimento di campo, in modo che gli avvolgimenti dello statore debbano fornire solo una componente di potenza di corrente in fase con la tensione dello statore applicata, ovvero il motore può funzionare a fattore di potenza unitario. Questa condizione riduce al minimo le perdite e il riscaldamento negli avvolgimenti dello statore.

Un motore sincrono con solo un avvolgimento di campo che trasporta una corrente continua non sarebbe autoavviante. A qualsiasi velocità diversa dalla velocità sincrona, il suo rotore sperimenterebbe una coppia oscillante di valore medio pari a zero mentre il campo magnetico rotante passa ripetutamente attraverso il rotore che si muove più lentamente. Normalmente, un avvolgimento in cortocircuito simile a quello di una macchina a induzione viene aggiunto al rotore per fornire coppia di avviamento. Il motore viene avviato, con tensione dello statore piena o ridotta, e portato a circa il 95 percento della velocità sincrona, solitamente con l'avvolgimento di campo in cortocircuito per proteggerlo da una tensione indotta eccessiva. La corrente di campo viene quindi applicata e il rotore si sincronizza con il campo rotante.