同步电机的主要特性是什么？

原动机拖动转子旋转(给电机输入机械能)，极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组(相当于绕组的导体反向切割励磁磁场)。

同步电机的主要特性可以总结如下：

转速严格同步：
- 这是最核心的特征。转子的转速（n）与电源频率（f）和电机自身的极对数（p）之间严格遵循关系式：n = (60f)/p。
- 只要电源频率f和极对数p不变，转子的转速n就恒定不变，不受负载变化的影响（只要负载不超过电机极限）。这在需要精确、恒定速度的场合（如发电机、精密加工、电钟、大型风机、压缩机等）至关重要。
无功功率调节能力/功率因数可调：
- 同步电机的一个显著优势是可以通过调节其转子上的直流励磁电流大小来改变定子侧吸收的无功功率性质。
- 过励磁： 电机向电网输出容性无功功率，表现为“发出”感性无功，补偿电网的功率因数（提高滞后功率因数）。
- 欠励磁： 电机从电网吸收感性无功功率，表现为“吸收”感性无功（降低滞后功率因数）。
- 这种特性使同步电机成为电力系统中宝贵的动态功率因数调节和电压稳定设备（如同步调相机）。
效率高：
- 同步电机，特别是大功率的同步电动机，在额定工况下通常具有比同容量异步电机更高的效率。转子铜耗较小（因为励磁直流电流小），定、转子气隙较大导致杂散损耗相对较小，这些都是效率高的原因。
运行稳定性：
- 同步电机运行在静态稳定极限（功角δ = 90°）以内是稳定的。当负载转矩增大时，电机通过增大功角δ 来输出更大的电磁转矩，保持与定子磁场的同步转速运行，此时功率角增大了。
- 但如果负载转矩过大，使δ > 90°（超出稳定极限），电机会失去同步（失步），无法正常运行。因此电机设计必须保证足够的过载能力。
过载能力：
- 同步电机具有一定的过载能力（即最大转矩/额定转矩的倍数）。凸极同步电机因磁阻转矩的存在，通常比隐极电机有更强的过载能力。
励磁方式：
- 需要直流励磁： 传统同步电机（电励磁）的转子需要外部直流电源通过电刷和滑环提供励磁电流以建立磁场。
- 永磁同步电机 (PMSM)： 现代广泛应用的同步电机（永磁同步电机）使用永磁体代替励磁绕组提供转子磁场，无需直流励磁电源和电刷滑环，效率更高，结构更简单，但造价通常更高，且存在弱磁调速困难等问题。
启动困难（电励磁同步电动机）：
- 同步电动机本身没有自启动转矩。这是因为定子旋转磁场转速太快（同步速），静止的转子磁场跟不上，平均转矩为零。
- 启动方法常用：
  - 辅助电机启动法： 用另一台小电机（异步机或直流机）将同步电机拖到接近同步速，再投入励磁拉入同步。
  - 异步启动法： 转子磁极表面嵌入类似异步电机的笼型启动绕组（阻尼绕组）。启动时，转子励磁绕组开路或串电阻，电机像鼠笼异步机一样启动，转速接近同步速时再投入直流励磁将转子拉入同步。
  - 变频启动法（VVVF）： 现代常用方法。利用变频器从低频开始，逐步升高电源频率，使定子磁场转速从零逐步上升到额定转速，始终让转子磁极“跟上”旋转磁场，实现平滑启动和调速。这是永磁同步电机主要的启动和运行方式。
结构特点：
- 转子结构： 分隐极式（汽轮发电机，高速）和凸极式（水轮发电机/电动机，中低速）。
- 气隙： 通常比异步电机气隙大。

总结：

同步电机最核心的特性是转速恒定、与电源频率严格同步。其独特的功率因数可调性是其相对于异步电机的最大优势之一。它通常效率高、运行稳定、维护要求相对较高（电励磁）、电励磁同步电动机需特殊启动。这些特性决定了同步电机在需要恒定转速、高功率因数、高效率和大容量应用的领域（如发电机、大型泵、风机、压缩机、同步调相机、高性能伺服驱动等）扮演着关键角色。永磁同步电机（PMSM）则凭借其高效、高功率密度、优良的控制性能成为电动汽车驱动和高端工业传动领域的主流选择。