Электрические машины постоянного тока

 

Электрические машины постоянного тока превращают электрическую энергию постоянного тока в механическую (двигатели) и наоборот, механическую энергию, подведенную к валу машины, в электрическую энергию постоянного тока (генераторы). Двигатели постоянного тока используют в электроприводах механизмов с регулированной частотой вращения. Генераторы постоянного тока используют для питания автономных цепей постоянного тока, в частности на железнодорожном и автомобильном транспорте, речных и морских судах.

Принцип работы генераторов постоянного тока основан на законе электромагнитной индукции, то есть на явлении индуктирования ЭДС в проводниках, которые движутся в магнитном поле. Принцип работы двигателей постоянного тока основан на способности магнитного поля создавать электромагнитную силу, которая действует на проводник с током, помещенный в этом поле.

Уравнение электрического состояния обмотки машины постоянного тока, которая движется в магнитном поле и в которой образуется ЭДС, имеет вид: . Здесь знак "+" соответствует работе машины в режиме двигателя, а знак "-" − работе машины в режиме генератора. Одна и та же машина может работать как в режиме генератора, так и в режиме двигателя. Такое свойство называют оборатимостью электрических машин.

Конструктивно основными элементами машины постоянного тока является неподвижный статор и вращающийся ротор (якорь). Статор выполнен в виде цилиндрической станины из стали или чугуна, к которой прикреплены главные полюса с обмоткой возбуждения и дополнительные полюса с обмоткой, которая включается последовательно с обмоткой якоря. В машинах малой мощности дополнительные полюса отсутствуют. Якорь представляет собой посаженный на вал машины стальной цилиндр с продольными пазами, изготовленный из листов электротехнической стали. В пазах якоря находится обмотка. Вместе с якорем на валу машины установлен коллектор, изготовленный в виде медного цилиндра, составленного из медных пластин, изолированных одна от другой, а также и от вала машины. К коллекторным пластинам определенным образом подключены проводники обмотки якоря. Электрический контакт между вращающимся коллектором и неподвижными внешними выводами цепи якоря осуществляют с помощью неподвижных щеток, которые скользят по коллектору. Коллектор и щетки представляют собою электромеханический выпрямитель, в котором осуществляется скользящий контакт между внешним цепью постоянного тока и проводниками обмотки якоря, по которым течет переменный ток.

Обмотка якоря состоит из секций, каждая из которых имеет две стороны, одна из которых укладывается в верхнюю, а вторая − в нижнюю часть паза якоря с шагом приблизительно равным полюсному делению. Под полюсным делением понимают длину дуги на поверхности якоря, которая приходится на один полюс машины. Обмотки якоря разделяют на петлевые и волновые. Важным свойством простых петлевых обмоток является то, что в них количество пар параллельных ветвей в обмотке якоря равняется количеству пар полюсов. Простая же волновая обмотка якоря независимо от количества пар полюсов всегда имеет одну пару параллельных ветвей.  

ЭДС обмотки якоря машины постоянного тока равняется . Здесь с − конструктивный коэффициент машины; Ф − магнитный поток на один полюс машины, Вб; Ω − угловая скорость якоря, с^-1; Е − ЭДС якоря, В. Электромагнитный момент, который развивают проводники якоря, . Здесь с − один и тот же конструктивный коэффициент машины, что и в выражении для ЭДС; Ф − магнитный поток, Вб; І_Я − ток якоря, А; М − электромагнитный момент, Нм.

При отсутствии тока в обмотке якоря магнитный поток, созданный магнитодвижущей силой обмотки возбуждение, распределяется симметрично вдоль продольной оси полюсов. Если же ток существует в обеих обмотках, то магнитодвижущая сила якоря влияет на магнитное поле полюсов и создает результирующее поле, которое отличается от поля, созданного обмоткой возбуждения. Это явление называют реакцией якоря.

Реакция якоря немного уменьшает магнитный поток, созданный обмоткой возбуждения, и увеличивает искрение под щетками. Для устранения искажения магнитного поля под полюсами в машинах средней и большой мощности применяют компенсационную обмотку, которую размещают в пазах, отштампованных в полюсных наконечниках и включают последовательно с обмоткой якоря. Компенсационная обмотка значительно усложняет машину и делает ее более дорогой, поэтому ее применяют относительно редко. Для устранения искрения под щетками в машинах постоянного тока мощностью большее 0,3 кВт применяют дополнительные полюса, которые устанавливают на геометрической нейтрали машины. Геометрическая нейтраль − линия, которая проходит через точки обхода якоря, расположенные посредине между соседними полюсами машины. Обмотки дополнительных полюсов включают последовательно с обмоткой якоря. Благодаря их действию поток от главного магнитного поля, сцепленный с секциями, которые замыкают  на – коротко щетки, равняется нулю.

Под коммутацией машины постоянного тока понимают совокупность явлений и процессов, которые происходят под щеткой и в секции, которая замыкается накоротко при переходе из одной параллельной ветви к другой. Учитывая обеспечение удовлетворительной коммутации кратковременное превышение тока якоря его номинальной величины не должно быть большей 2÷2,5.  

По способам включения обмоток возбуждения по отношению к обмотке якоря машины постоянного тока разделяют на машины не– зависимого возбуждения, параллельного возбуждения, последовательного и смешанного возбуждения. Номинальный ток обмотки параллельного (не зависимого) возбуждения в машинах средней мощности обычно составляет до 5% от номинального тока обмотки якоря.

Зависимость ЭДС обмотки якоря генератора постоянного тока от тока возбуждения при отсутствии нагрузки (І_Я = 0) и постоянной частоте вращения якоря называют характеристикой холостого хода. Ее вид является подобным характеристике намагничивания ферромагнитного материала магнитопровода машины. Наличие гистерезисных явлений в магнитопроводе разрешает получить эффект самовозбуждения в генераторе параллельного возбуждения.

Зависимость напряжения на выводах якорной обмотки от тока нагрузки U=U (І) при постоянной частоте вращения и неизменном значении тока возбуждения для генератора независимого возбуждения, или неизменном сопротивлении цепи обмотки возбуждения для генератора параллельного возбуждения называют внешней характеристикой генератора постоянного тока. Напряжение U при увеличении тока І от холостого хода до номинального режима уменьшается вследствие возрастания падения напряжения на сопротивлении якоря и уменьшения ЭДС Е, обусловленного размагничивающим действием реакции якоря, для генераторов независимого возбуждения на 5 − 15%. Внешняя характеристика генератора параллельного возбуждения имеет больший наклон к оси абсцисс, чем характеристика генератора не зависимого возбуждения, поскольку с уменьшением напряжения якоря при параллельном возбуждении одновременно уменьшается и ток возбуждения машины, который приводит к уменьшению ЭДС якоря.

В генераторах смешанного возбуждения в зависимости от величины магнитного потока, создаваемого сериесной обмоткой и направленного согласованно с магнитным потоком шунтовой обмотки, можно обеспечить равенство напряжений холостого хода и напряжения при номинальном токе нагрузки или даже немного увеличить напряжение генератора с целью компенсации падения напряжения в линии электропередачи.

В момент пуска двигателя постоянного тока угловая скорость и ЭДС якоря равны нулю, поэтому пусковой ток равняется  и намного превышает номинальный. Учитывая сохранение рабочих свойств щеточно-коллекторного узла ток якоря не должен превышать номинальный большее чем в 2÷2,5 раза. Поэтому безреостатные пуски двигателей на практике применяют лишь для микродвигателей, а во всех других случаях ограничивают величину пускового тока реостатом, которые включают последовательно с якорем двигателя.

Пуск двигателя последовательного возбуждения можно осуществлять только при наличии момента сопротивления на его вале, поскольку угловая скорость такого двигателя при холостом ходе может быть намного больше номинальной. При таких скоростях большие центробежные силы могут механически повредить обмотку якоря и коллектор. И в добавок при больших скоростях вращения значительно усложняются условия коммутации. Все это может вывести машину из строя.

Механическая характеристика двигателя представляет собой зависимость угловой скорости вращения якоря Ω от электромагнитного момента якоря М или от момента на валу двигателя M ₂ при неизменном напряжении питания U = const и неизменных сопротивлениях в цепях якоря и возбуждения. Если принять, что магнитный поток Ф двигателей независимого и параллельного возбуждения не изменяется при разных значениях электромагнитного момента М, то уравнение механической характеристики для электромагнитного момента является уравнением прямой линии, которая не проходит через начало координат

.

Регулировать угловую скорость двигателей постоянного тока можно: введением дополнительного сопротивления последовательно с обмоткой якоря; изменением напряжения на якоре и уменьшением магнитного потока путем уменьшения тока возбуждения. При реостатном регулировании изменяется наклон механической характеристики. При изменении напряжения на якоре механическая характеристика смещается параллельно самой себе пропорционально изменению напряжения. При уменьшении магнитного потока возрастает скорость холостого хода двигателя и уменьшается пусковой момент, который разрешает увеличить угловую скорость двигателя в зоне рабочих нагрузок.                      

В зависимости от направлений электромагнитного момента двигателя и момента соединенного с ним механизма и их соотношения двигатель может работать в двигательном режиме, генераторном режиме и режиме противключения.       

Естественная механическая характеристика двигателя последовательного возбуждения имеет гиперболический характер. Увеличивая сопротивление реостата, включенного якорную цепь двигателя, можно получить реостатные механические характеристики, которые в нижней своей части имеют почти прямолинейный характер. Механические характеристики двигателей последовательного возбуждения обеспечивают заметно большее уменьшение скорости, а, таким образом, и мощности двигателя при увеличении момента сопротивления. Такие характеристики удобны для транспортных электроприводов, поэтому именно двигатели последовательного возбуждения широко используют в электротранспорте.                             

Мощность Р ₁, потребляемая двигателем из сети, распределяется между цепью якоря (мощность Р_Я) и цепью возбуждения (мощность Р_В). Мощность в цепи возбуждения  обычно составляет 3÷5% от мощности Р ₁. Часть мощности Р_Я расходуется на нагрев обмотки якоря и на электрические потери в щетках ∆ Р_Щ. Последними в многих случаях можно пренебречь. Мощность, которая осталась, составляет механическую мощность якоря Р_МЕХ, которая равняется произведению электромагнитного момента якоря на его угловую скорость. Мощность на валу двигателя Р ₂ меньше механической мощности Р_МЕХ на величину потерь в стали якоря ∆ Р_С и механических потерь ∆ Р_МЕХ.

Для оценки свойств двигателей широко используют их рабочие характеристики, которые представляют собой зависимости потребляемой мощности Р ₁, тока якоря І_Я, угловой скорости Ω или частоты вращения п, электромагнитного момента М или момента на валу двигателя М ₂, КПД η от мощности на валу Р ₂ при неизменном напряжении на якоре U = const и неизменном токе в параллельной (независимой) обмотке возбуждения. Реостат в якорной цепи при снятии рабочих характеристик отсутствует.

Коллекторные двигатели являются попыткой использования двигателей постоянного тока в цепях переменного тока с целью получения двигателя, скорость которого можно было бы регулировать также, как и двигателя постоянного тока. Но коллекторный двигатель переменного тока выглядит значительно более сложными и более дорогим, чем обычный двигатель постоянного тока. Разновидностью коллекторного двигателя является универсальный коллекторный двигатель, который может работать в цепях как переменного, так и постоянного тока с приблизительно одинаковыми характеристиками.

Микродвигатели постоянного тока конструктивно отличаются от двигателей средней и большой мощности отсутствием дополнительных полюсов и компенсационных обмоток. По способу возбуждения микродвигатели постоянного тока изготовляют с параллельным, независимым, последовательным возбуждением (электромагнитное возбуждение) и с возбуждением от постоянных магнитов (магнитоэлектрическое возбуждение). Микродвигатели постоянного тока независимого (параллельного) возбуждения имеют те же самые механические характеристики, что и обычные двигатели. Но благодаря тому, что обмотку якоря микродвигателей изготавливают из провода малого сечения, омическое сопротивление их обмоток якоря относительно большое и кратность пусковых токов значительно меньше, чем у двигателей средней и большой мощности.

Бесконтактные микродвигатели вместо щеточно-коллекторного узла имеют полупроводниковый коммутатор. В отличие от обычных двигателей постоянного тока бесконтактные двигатели выполняют поворотными. Выполненный из постоянных магнитов ротор создает магнитное поле, а обмотку якоря располагают в пазах шихтового статора. Как и обычная якорная обмотка, эта обмотка состоит из отдельных секций, концы которых подведены к электронному коммутатору. По сигналам переключателя положение ротора электронные ключи коммутатора осуществляют переключение секций обмотки якоря с одной параллельной ветви на другую, то есть выполняют функции механического коллектора, но без скользящего контакта.

 

АСИНХРОННЫЕ МАШИНЫ

Асинхронные двигатели − наиболее распространенные электрические машины. Они составляют около 90% от всего парка электродвигателей, которые находятся в эксплуатации. Основная область применения асинхронных двигателей − электропривод механизмов, которые не требуют плавного регулирования скорости. К таким можно отнести вентиляторы, компрессоры, транспортеры, токарные и сверлильные станки, штамповочные прессы, лифты и прочие.

Двигатель имеет чугунную станину с ребрами, в расточки которых запрессован изготовленный из листов электротехнической стали цилиндрический статор с выштампованными в нем пазами. В пазы статора закладывают трехфазную обмотку. Совместно с пакетом стали статора с помощью подшипниковых узлов внутри статора размещен ротор, который представляет собой набранный из листов электротехнической стали цилиндр, насаженный на вал. В теле ротора выштампованы пазы, в которых размещены медные или алюминиевые стержни. Выступающие по торцам ротора концы стержней соединены между собою соответственно медными или алюминиевыми кольцами. Таким образом получается короткозамкнутая обмотка типа "беличьей клетки". Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором − наиболее дешевые и надежные в эксплуатации электродвигатели.

Другой разновидностью асинхронных двигателей является двигатели с фазным ротором. В пазах ротора такого двигателя укладывают такую же трехфазную обмотку, как и в статоре. Эти фазные обмотки соединяют звездой и выводы фаз звезды подсоединяют к трем латунным кольцам, насаженным на изоляционные втулки, напрессованные на вал. Через щетки, которые скользят по кольцам, фазы подвижной обмотки ротора выводят на неподвижные клеммы.

Принцип работы любого асинхронного двигателя состоит в создании его обмоткой статора вращающегося магнитного поля. В трехфазных двигателях три фазные обмотки, расположенные в пазах статора, смещенные между собою в пространстве на 120˚. При подаче на эти обмотки трехфазной системы напряжений они образовывают вращающееся магнитное поле с угловой скоростью вращения , и, соответственно, количество оборотов за минуту , где р − количество пар полюсов обмотки статора. Вращающееся магнитное поле индуктирует в проводниках ротора ЭДС, под действием которых в проводниках текут токи, которые взаимодействуют с магнитным вращающимся полем и создают силы, приложенные к проводникам ротора в направлении вращения поля. Угловая скорость ω ротора, который вращается под действием такого электромагнитного момента, всегда меньше скорости вращающегося магнитного поля ω ₀. Ротор двигателя вращается асинхронно по отношению к полю статора со скольжением .

Принципиальная схема фазы трехфазного двигателя подобна принципиальной схеме трансформатора, но вращение вторичной обмотки, которой является обмотка ротора двигателя, учитывается введением в роторную цепь сопротивления  вместо сопротивления R′ ₂.

Зависимость электромагнитного момента М асинхронного двигателя от скольжения при заданном действующем значении напряжения питания U _{1 Ф} и неизменных сопротивлениях настоящей схемы описывает уравнение

;

из которой видно, что электромагнитный момент М асинхронного двигателя при заданном значении скольжения s является пропорциональным напряжению сети в квадрате. Анализ приведенной зависимости показывает, что критическое скольжение s_к, которое отвечает максимальному моменту машины М_к, прямо пропорционально активному сопротивлению в цепи ротора, а максимальный момент асинхронного двигателя является пропорциональным квадрату напряжения и не зависит от активного сопротивления цепи ротора.

В современных асинхронных двигателей средней мощности пусковой ток обычно равняется , что усложняет работу аппаратов коммутации и защиты. В отдельных случаях для уменьшения пускового тока асинхронного двигателя применяют уменьшение в момент пуска напряжения на его статорной обмотке с помощью специального автотрансформатора, или включением последовательно со статорной обмоткой дополнительных индуктивных или активных сопротивлений. Проще всего можно уменьшить напряжение на двигателе в момент пуска путем переключения его обмотки со звезды на треугольник, что дает возможность уменьшить пусковой ток двигателя втрое, но при этом в три раза уменьшается и пусковой момент двигателя, поэтому такие запуски можно осуществить лишь при отсутствии нагрузки на валу.

Пуск асинхронных двигателей с фазным ротором осуществляют с помощью трехфазного пускового реостата, который ограничивает пусковой ток и увеличивает пусковой момент асинхронного двигателя.                   

Потребляемая двигателем из сети активная мощность равняется . Часть мощности Р ₁ расходуется на электрические потери, в обмотке статора  и на магнитные потери в стали статора ∆ Р_{С 1}. Остаток мощности передается из статорной цепи в роторную электромагнитным путем и называется электромагнитной мощностью . Часть электромагнитной мощности расходуется на электрические потери в обмотке ротора, которые равняются , и на механические потери ∆ Р_МЕХ. Полезная мощность на валу Р ₂ равняется потребляемой мощности с вычитанием всех потерь. КПД двигателя определяют соотношением . Для двигателей мощностью 5÷55 кВт КПД обычно находится в границах 85÷92%.

Рабочими характеристиками асинхронного двигателя называют зависимости КПД η, потребляемого им тока І ₁, потребляемой активной мощности Р ₁, угловой скорости ротора ω, или его частотой вращения п, скольжения s, коэффициента мощности cos φ, электромагнитного момента М или момента на валу М ₂ от мощности на валу P ₂ при U ₁ = const, f ₁ = const и изменению мощности Р ₂ в диапазоне 1,2 . При холостом ходе ток двигателя , а . Потребляемая двигателем при холостом ходе реактивная мощность составляет около 30% номинальной потребляемой мощности. При номинальной нагрузке обычно , так что  и реактивная мощность асинхронного двигателя с номинальной нагрузкой на валу составляет (40÷60)% от номинальной потребляемой мощности. Асинхронные двигатели являются основными потребителями реактивной мощности в электрических сетях и причиной снижения их cos φ.

Механическую характеристику асинхронного двигателя как зависимость угловой скорости ротора ω от электромагнитного момента М, ω = ω (М), можно получить из приведенного выше выражения, которое определяет зависимость М=М (s), учтя, что ω = ω ₀(1− s). После некоторых преобразований зависимость М=М (s) можно превратить в так называемую формулу Клосса, которая разрешает построить зависимость М=M (s) без использования значений параметров настоящей схемы.

Механическая характеристика асинхронного двигателя имеет четыре характерные точки: идеального холостого хода с координатами ω = ω ₀, М =0; номинального режима с координатами ω = ω_Н, М=М_Н; критическую с координатами ω = ω_К, М=М_К; пусковую с координатами ω =0, М=М_П. Для двигателей серии 4А средней мощности обычно ω_Н = 0,987÷0,97 ω₀, ω_К = 0,8÷0,9 ω ₀, М_К = 2÷2,5 М_Н и М_П = 1÷2 М_Н.

Для асинхронных двигателей с фазным ротором возможно реостатное регулирование угловой скорости изменением сопротивления трехфазного реостата в роторной цепи.

Регулирование скорости вращение изменением числа пар полюсов двигателя применяют в специальных многоскоростных двигателях, которые выпускает промышленность. Соответственно числа пар полюсов изменяется угловая скорость вращающегося магнитного поля, и соответственно  с ней изменяется и скорость ротора.

Регулирование скорости вращения асинхронного двигателя изменением напряжения на статоре возможно лишь при применении динамической системы автоматического регулирования с обратной связью по скорости двигателя. Такой способ регулирования скорости не нашел распространения для асинхронных двигателей с коротко замкнутым ротором.

Регулирование скорости вращения асинхронного двигателя замены частоты с одновременным регулированием напряжения находит все более широкое применение в регулированном электроприводе. Преобразование частоты осуществляется с помощью специального тиристорного (или транзисторного) преобразователя, который одновременно позволяет регулировать и напряжение питания. В связи с усовершенствованием в последнее время таких тиристорных преобразователей частоты, повышением их надежности и уменьшением стоимости частотные электроприводы на базе асинхронных короткозамкнутым двигателей, которые являются простейшими, надежными и дешевыми среди электродвигателей, начинают успешно конкурировать с электроприводами на базе двигателей постоянного тока.

Преимуществами асинхронных двигателей является: простота конструкции и надежность в эксплуатации; отсутствие скользящих контактов в двигателях с коротко замкнутым ротором; относительная дешевизна. Асинхронные двигатели средней и большой мощности обычно в 3÷5 раз дешевле двигателей постоянного тока тех же мощностей и имеют приблизительно в два раза меньшую массу.

Недостатками асинхронных двигателей является: чувствительность вращающего момента к снижению напряжения сети; большая потребляемая реактивная мощность как при холостом ходе, так и в номинальном режиме; относительно большие пусковые токи, которые усложняют работу аппаратуры защиты и коммутации двигателей; ограниченные возможности регулирования частоты вращения в связи с временным отсутствием надежных и дешевых частотных полупроводниковых преобразователей.

Асинхронные двухфазные двигатели имеют на статоре две фазные обмотки, смещенные в пространстве на 90˚. Для создания вращающегося магнитного поля следует обеспечить протекание в этих обмотках сдвинутых по фазе на 90˚ токов такой величины, чтобы магнитодвижущие силы обоих обмоток были одинаковые. Поскольку практически все электроэнергетические сети являются трехфазными, для питания двухфазных двигателей используют однофазное напряжение, а для сдвига по фазе напряжения на одной из рабочих обмоток последовательно с нею включают резистор, индуктивность или конденсатор.

Однофазные двигатели имеют одну рабочую обмотку, которая постоянно включена в сеть во время работы двигателя, и вспомогательную пусковую обмотку, в которой ток течет лишь во время пуска. Последовательно с пусковой обмоткой включают фазосдвигающий конденсатор. Кратковременность использования пусковой обмотки разрешает выполнить ее из провода маленького сечения, что уменьшает затраты меди и удешевляет двигатель.

 

СИНХРОННЫЕ МАШИНЫ

 

Синхронной называют двухобмоточную электрическую машину переменного тока, одна из обмоток которой подсоединяются к электрической сети, которая имеет частоту f, а вторая питается постоянным током.

Строение статора синхронной машины не отличается от строения статора машины асинхронной. Ротор двухполюсных машин изготовляют в виде массивного цилиндра. На двух третьих егоповерхности обвода расположены пазы для заключения обмотки возбуждение. Роторы машин с количеством пар полюсов р >1 имеют явно полюсную конструкцию. Количество полюсов ротора соответствует количеству полюсов фазы обмотки статора. На роторе размена обмотка возбуждения, которую питают постоянным током через два контактных кольца и щетки от источника постоянного напряжения. В полюсных наконечниках синхронных машин с выступающими полюсами размещают стержни пусковой (демпферной) обмотки, которые по торцам полюсов соединяют накоротко кольцами, подобно к коротко замкнутым роторам асинхронных двигателей.

На всех тепловых и гидроэлектростанциях электрическую энергию получают с помощью синхронных генераторов. При вращении ротора синхронного генератора постоянное магнитное поле, созданное током обмотки возбуждения, индуктирует в обмотке статора трехфазную симметричную систему ЭДС. При заданной частоте электроэнергетических сетей f = 50 Гц частота вращения ротора двухполюсного генератора должна равняться .

Обычно синхронный генератор подсоединяется к трехфазной сети переменного тока. В момент подсоединения к сети напряжения генератора и сети должны быть согласованы по амплитуде и по фазе. Кроме того, необходимо согласовать порядок чередования фаз генератора и сети. Если все эти условия выполнены, то после подключения генератора к сети ток в его статорной обмотке будет равняться нулю. При увеличении тока возбуждение ЭДС генератора становится больше  напряжения сети и в статорной обмотке пойдет ток, который отстает от ЭДС генератора и опережает напряжение сети на 90˚, то есть генератор создает емкостную реактивную мощность, которую можно использовать для компенсации реактивной индуктивной мощности, создаваемую асинхронными двигателями.         

Синхронные двигатели имеют не такое массовое распространение в промышленности, как асинхронные двигатели, поскольку их применение становится более выгодным, чем асинхронных, лишь при больших мощностях (100 кВт и больше). Синхронные микродвигатели используют в случаях, если необходимо получить стабильную частоту вращения вала в устройствах малой мощности.

Для синхронизации с сетью применяют асинхронный пуск синхронного двигателя с помощью пусковой обмотки. Перед пуском обмотку возбуждения двигателя замыкают на разрядное сопротивление, которое превышает сопротивление обмотки возбуждения приблизительно в десять раз, а потом обмотку статора двигателя подключают к трехфазной сети. Пусковая обмотка на роторе выполняет те самые функции, что и коротко замкнутая обмотка асинхронного двигателя. Происходит асинхронный пуск синхронного двигателя. В конце пуска скорость ротора ω становится близкой к синхронной угловой скорости ω ₀. Тогда обмотку возбуждения отключают от разрядного реостата и подсоединяют к постоянному напряжению питания. Вследствие создания обмоткой возбуждения магнитного потока возникает синхронизирующий электромагнитный момент, который подхватывает ротор и двигатель начинает работать с синхронной скоростью ω ₀.

Преимущества синхронных двигателей перед асинхронными состоят в том, что они могут работать с cos φ = 1 независимо от нагрузки; их максимальный момент при заданном значении тока возбуждения прямо пропорционален напряжению сети, в то время как у асинхронных двигателей он пропорциональный квадрату напряжения сети питания; синхронные двигатели обеспечивают стабильную частоту вращения вала. Но синхронные двигатели имеют более сложную, чем асинхронные, конструкцию, более сложный пуск и требуют отдельный источник постоянного напряжения для питания обмотки возбуждения.