Основными частями синхронной машины являются якорь и индуктор (обмотка возбуждения). Принцип действия синхронного двигателя основан на взаимодействии вращающегося магнитного поля якоря и магнитного поля полюсов индуктора. В отечественной энергетике также используются синхронные машины с «бесщеточным» возбуждением. Однако чаще всего в сельсинах обмотку синхронизации размещают на статоре, а обмотку возбуждения — на роторе (для уменьшения количества контактных колец и повышения надежности работы).

Сельсины имеют две обмотки: первичную, или обмотку возбуждения, и вторичную, или обмотку сихронизации. Это снижает надежность работы синхронной связи и приводит к увеличению погрешностей. Из второго пакета ротора поток через тороиды и внешний магнитопровод переходит в первый.

В этих сельсинах обмотка синхронизации расположена в пазах статора, а обмотка возбуждения — в пазах или на явно выраженных полюсах ротора. Питание к обмотке возбуждения подается посредством кольцевого трансформатора, смонтированного в общем корпусе с сельсином. Системы передачи угла (синхронного поворота) применяют для дистанционного управления или контроля положения в пространстве каких-либо устройств.

Если роторы СД и СП занимают одинаковые положения относительно своих статоров, то Ед = Еп и система находится в равновесии. По конструкции сельсины разделяют на контактные, у которых обмотка на роторе соединена с внешней цепью через контактные кольца и щетки, и бесконтактные, не имеющие на роторе oбмоток.

Прямой метод возбуждения подразумевает, что вал синхронной машины напрямую соединен механическим способом с ротором возбудителя

Статор 7 и ротор 2 этого сельсина неявнополюсные, и поэтому обе обмотки сельсина распределенные. В некоторых конструкциях статор или ротор делают с явно выраженными полюсами, что способствует повышению синхронизирующего момента. Бесконтактные сельсины получили широкое применение в системах синхронного поворота благодаря своей высокой надежности.

Ротор синхронной машины представляет собой электромагнит постоянного тока, который создает магнитное поле, вращающееся вместе с ротором

Простейший сельсин состоит из статора с трёхфазной обмоткой (схема включения в электрическую цепь — треугольник или звезда) и ротора с однофазной обмоткой.

При работе синхронной машины в режиме двигателя поле ротора пересекает витки трехфазной обмотки статора и в ней индуцируется ЭДС, которая согласно правилу Ленца действует навстречу току статора

Индукторы синхронных машин имеют две различные конструкции: явнополюсную или неявнополюсную. Двигатель требует разгона до частоты, близкой к частоте вращения магнитного поля в зазоре, прежде чем сможет работать в синхронном режиме.

Синхронные двигатели при изменении возбуждения меняют косинус фи с ёмкостного на индуктивный. Обычно синхронные генераторы выполняют с якорем, расположенным на статоре, для удобства отвода электрической энергии. В классической синхронной машине имеется слабое место — контактные кольца со щётками, изнашивающиеся быстрее других частей машины из-за электроэрозии и простого механического истирания. Поэтому сначала в авиации, а позже и в других областях (в частности, на автономных дизель-генераторах) получили распространение бесконтактные трёхмашинные синхронные генераторы.

Обмотка ротора таких машин питается от выпрямителя, вращающегося вместе с ротором. Роторы с явно выраженными полюсами (рис. 4.1) применяются в сравнительно тихоходных машинах (80 – 1000 об/мин), например гидрогенераторах; они имеют значительноечисло полюсов. Поверхность полюсного наконечника полюсов имеет такой профиль, что магнитная индукция в воздушном зазоре машины распределяется примерно по синусоидальному закону.

Принцип работы и ЭДС синхронного генератора.Работа синхронного генератора основана на явлении электромагнитной индукции. Характерной особенностью её является отсутствие пропорциональности между магнитным потоком и током возбуждения , что обусловлено явлением насыщения магнитной системы машины.

Предположим, что ротор каким-либо способом разогнан до синхронной частоты вращения против часовой стрелки. Если к валу машины приложить механическую нагрузку, которая создает момент сопротивления , ось ротора и его полюсов , сместится в сторону отставания на угол (рис. 4.6,б). Машина работает в двигательном режиме, её вращающий момент преодолевает момент сопротивления механической нагрузки.

Реакция якоря в синхронной машине.Реакция якоря – это воздействие поля якоря (статора) на магнитное поле машины. Ротор имеет частоту вращения , поэтому частота ЭДС и тока статора , где — число пар полюсов машины. Взаимодействие полей зависит от характера нагрузки и режима работы машины. При емкостной нагрузке XC ток в фазе статора опережает ЭДС на 900 и поэтому достигает максимума в тот момент, когда полюс ротора не доходит на 900 до оси mm1 (рис. 4.7,в).

Уменьшение неблагоприятного влияния реакции якоря достигается уменьшением магнитного потока статора за счёт увеличения воздушного зазора между ротором и статором синхронной машины. В основе работы данного типа машин лежит принцип электромагнитной индукции.

Возбуждение синхронных машин может производиться за счет электромагнитного воздействия или же постоянного магнита. Самой оптимальной и потому распространенной на сегодняшний день является схема, когда якорь располагают на статоре, в то время как индуктор располагается на роторе. Таким образом, для того чтобы синхронная машина достигла рабочей частоты вращения, требуется определенное время на ее разгон. Роторные обмотки этих машин соединяют друг с другом встречно.

Машина двойного питания (в частности АСМ) — синхронная машина с питанием обмоток ротора и статора токами разной частоты, за счёт чего создаются несинхронные режимы работы. В режиме идеального холостого хода (момент сопротивления ) оси магнитных полей статора и ротора совпадают (рис. 4.6.а).