4 Принцип дії синхронної машини (рис. 16-4). Синхронні машини використовуються переважно як генератори електричної енергії. Синхронні генератори є основним типом генератора змінного струму. Обмежене, але все більш розширюється застосування знаходять і синхронні двигуни.
При роботі синхронної машини в якості генератора збуджений ротор приводиться в обертання зі швидкістю W зовнішніх механічних обертає (наприклад, моментом гідравлічної або парової турбіни). Струм обмотки збудження створює н. с. і магнітний потік, нерухомий щодо полюсів і замикається через сердечник статора. Обертовим потоком збудження в обмотці статора індукує е. д. з. частоти . Електрорушійні сили фаз трифазної обмотки Взаємно зміщені в часі на ел. град, так як осі обмоток фаз взаємно зміщені в просторі на 120 ел. град (див. п. 5). Якщо до обмотки статора приєднати симетричну навантаження, то під дією е. д. з. в ній і в зовнішній ланцюга буде протікати симетрична система струмів які створюють н. с. якоря магнітне поле, вращаюшіеся зі швидкістю W, т. е. синхронно з ротором (див. п. 5). Результуючий обертається магнітний потік Ф утворюється спільною дією взаємно нерухомих н. с.
В результаті взаємодії потоку Ф з струмом обмотки якоря виникає електромагнітний момент М = Ф I зі sj, де I = I а = I в = I с, j - кут зсуву по фазі між напругою і струмом генератора. У генераторному режимі електромагнітний момент діє назустріч зовнішньому обертається моменту, т, е. Є гальмівним.
При роботі синхронної машини в якості двигуна обмотка статора підключається до трифазної мережі змінного струму, а обмотка ротора - до джерела постійного струму. Обмотка статора створює обертове магнітне поле. В результаті взаємодії цього поля з полем обмотки збудження виникає електромагнітний момент, що обертає, під дією якого ротор обертається із синхронною швидкістю W. У сталому режимі електромагнітний момент врівноважується весняним гальмуючим механічним моментом.
Рівність частот обертання магнітного поля і ротора принципово характерно для розглянутих машин і послужило причиною назви їх синхронними.
Явнополюсная синхронна машина може працювати як в режимі генератора, так і в режимі двигуна при відсутності обмотки збудження, коли потік Ц створюється тільки обмоткою статора. Такі машини називають синхронними реактивними машинами.
Примітки: 1. обмотку змінного струму синхронної машини називають також обмоткою якоря, або якірної обмоткою, а частина машини, на якій покладена ця обмотка, - якорем. Магнітну систему, на якій розташовується обмотка збудження, називають також індуктором.
Найбільш поширене таке виконання синхронних машин, коли якір є зовнішньою частиною машини і він нерухомий, а індуктор обертається. Однак машини малої потужності іноді виконують з нерухомим зовнішнім індуктором і обертовим якорем.
5 обертається магнітне поле. Робота багатофазних ( ) Машин змінного струму заснована на явищі магнітного поля, яке полягає в тому, що при протіканні по зсунутим в просторі фаз багатофазної обмотки струмів, взаємно зсунутих в часі, утворюється обертове магнітне поле.
Одному періоду зміни магнітного поля в повітряному зазорі відповідає повний електричний кут, рівний 360 ел. град, або два полюсних поділки основної гармонійної магнітного поля. Під основний гармонійної магнітного поля зазвичай розуміється гармонійна складова магнітної індукції в повітряному зазорі машини, що має найбільшу амплітуду в порівнянні з іншими гармонійними. Число полюсів обмотки 2р одно подвоєному числу періодів поля р. Отже, полюсное розподіл або t = 180 ел. град. У машині з 2р полюсами повного геометричного кутку 360 ° відповідають з повних електричних кутів, або 360 ел. град. Таким чином, 1 ° = р ел. град.
На рис. 16-5 показана найпростіша трифазна (m = 3) двополюсна (2р = 2) обмотка якоря, кожна фаза якої складається з одного витка (про обмотках - см. розділ ). Відстань між провідниками, що утворюють один виток, так само полюсного поділу. Нормально обмотки фаз в просторі, а струми фаз у часі повинні бути взаємно зміщені на кут 360 / га. ел. град (умова освіти кругового обертового поля). Взаємний зсув фаз обмотки на рис. 16-5 дорівнює 360 / m ел. град = 120 ел. град або, оскільки обмотка двополюсна, 120 геом. град. На рис. 16-5, б показані напрямки струмів в провідниках обмотки в вихідний момент часу (t = 0), коли (За позитивне умовно прийнято напрямок струму в початкових провідниках фаз А, В, С за площину малюнка). На рис. 16-5,6 показані напрямки струмів в провідниках через чверть періоду , коли , А на рис. 16-5, в ще через чверть періоду (t = 1 / 2T), коли (Миттєві значення струмів фаз визначаються як проекції амплітудних векторів струмів фаз на вертикальну вісь).
З рис. 16-5 видно, що обмотка створює двополюсний магнітний потік, що обертається в просторі в напрямку чергування фаз (А-В-С). За один період Ф зміни струму частоти f поле повертається на 360 ел. град, або на 2 t. Отже, n [об / с] = f [Гц].
2 р-полюсна обмотка створює 2р-полюсний магнітний потік, що обертається в просторі з частотою, в p разів меншою, ніж потік двополюсної обмотки, при однаковій частоті струму.

У загальному випадку механічна кутова швидкість обертання поля W = 2 pn, де n = f / p, об / с, або n = 60 f / p, об / хв.