În prima parte a seriei de articole, am început să discutăm despre istoria motoarelor electrice, am enumerat principalele tipuri ale acestora și am prezentat cele mai importante componente. În a doua parte, ne-am ocupat doar de resursele interne găsite în mașini, acel motor asincron trifazat.
După cum am discutat deja, nu există un consens clar între producători cu privire la tipul de motor electric cel mai potrivit. În acest articol vă prezentăm cel mai mare provocator al versiunii asincrone trifazate, motorul sincron.

Descriere generală
Scopul este, desigur, foarte asemănător cu cel al versiunii asincrone: motorul sincron este un tip  de mașină electrică de bază, care transformă energia electrică absorbită în energie mecanică (aceasta este funcționarea motorului), iar la funcționarea generatorului transformă energia electrică absorbită. energie mecanică în energie electrică. Rotorul său este excitat de înfășurări alimentate cu curent continuu sau magneți permanenți, iar statorul său are o înfășurare de curent alternativ multifazic. S-a răspândit inițial în sectorul energetic ca generator de centrale electrice, dar în ultima vreme a devenit popular și în domeniul servomotor și al acționărilor vehiculelor.
Se numește de obicei un motor sincron sau un generator sincron în funcție de modul în care mașina este utilizată în aplicația dată.

Câmpul magnetic al rotoarelor este creat cu electromagneți sau magneți permanenți. Pe baza acestui lucru, putem vorbi despre un motor sincron excitat cu curent continuu sau cu magnet permanent. În primul, există bobine pe rotor, prin care circulă curent continuu. Curentul de excitație este condus în rotorul mașinii cu o structură cu inel glisant-perie. Periile sunt piese de uzură cu intervale de înlocuire, astfel încât mașina necesită întreținere periodică.
În cazul soluției cu magnet permanent, magneții sunt de obicei fabricați din aliaj de aluminiu, nichel și cobalt (AlNiCo) sau neodim (NdFeB). Datorită magnetului permanent, nu este necesar să conducă curentul în rotor și un excitator nu este justificat ca alternativă. Cu toate acestea, dezavantajul este că excitația rotorului nu poate fi modificată din acest motiv. În general, acest tip este folosit acolo unde întreținerea motorului nu este sau este dificil de rezolvat, sau pur și simplu doresc să o evite. Datorita dimensiunilor sale compacte, poate fi instalat in multe locuri.

Diagrama mașinii sincrone – cuplul pe axa verticală, unghiul de sarcină pe axa orizontală (valoarea minus este funcționarea generatorului); linia albastră este cuplul, axa roșie verticală este puterea reactivă, linia lungă întreruptă reprezintă puterea reactivă a mașinii sincrone supraexcitate de o dată și jumătate (Sursă: www.wikipedia.org)

Forma câmpului magnetic
În funcție de forma funcției de distribuție de-a lungul perimetrului inducției magnetice, motorul sincron poate avea un câmp pătrat sau un câmp sinusoidal.
Distribuția de inducție a mașinilor cu câmp pătrat variază în funcție de funcția pătratului, jumătatea sa pozitivă reprezintă un pol nord și jumătatea sa negativă un pol sud. Întrucât există o corelație între distribuția de inducție și funcția de timp a tensiunii induse, mașinile sincrone cu câmp pătrat nu sunt realizate în scopul producerii de energie electrică.
Dacă distribuția inducției este sinusoidală, atunci și funcția de timp a tensiunii induse în înfășurările statorului mașinii va fi de asemenea sinusoidală. Prin urmare, tensiunea produsă va fi sinusoidală în același mod, potrivindu-se perfect cu profilul de ieșire al generatoarelor centralei electrice. Motoarele sincrone de acest tip trebuie să fie alimentate cu curent alternativ sinusoidal pentru un cuplu fără pulsații.

Principiul de funcționare
Cea mai evidentă diferență între motoarele sincrone și asincrone se găsește în condițiile de funcționare ale celor două.
În timp ce condiția de bază pentru transmiterea cuplului mașinilor asincrone este ca câmpul statorului și rotorul să nu se poată roti cu aceeași viteză, în cazul versiunii sincrone se poate lua în considerare doar rotația articulației cu aceeași viteză. În cazul mașinilor sincrone, prin alimentarea statorului se creează un câmp multifazic, simetric, rotativ constant - viteza acestuia se numește viteză sincronă. Dacă rotorul mașinii este alimentat cu curent continuu, se formează un câmp de rotor în repaus în raport cu rotorul. Această viteză este aceeași cu viteza rotorului mașinii sincrone în raport cu statorul în repaus.
Co-rotația în sine are loc numai atunci când rotorul mașinii se rotește la viteza sincronă. În general, se poate spune așadar că mașina sincronă poate funcționa doar la o anumită viteză, și anume viteza sincronă.
Cu toate acestea, co-rotația nu este suficientă. Există un unghi de fază între câmpul magnetic generat de stator și rotor, ceea ce înseamnă că rotorul se rotește cu o anumită întârziere de fază în comparație cu câmpul. Dimensiunea unghiului de fază este proporțională cu cuplul furnizat de mașină. Dacă acest unghi de fază este zero, adică nu există nicio diferență între câmpul magnetic rotativ și rotor, atunci cuplul produs de mașină va fi, de asemenea, zero. Un unghi de fază cu semn negativ înseamnă funcționarea generatorului, adică în acest caz mașina absoarbe cuplul pe axa sa și furnizează curent.

Motor sincron la vehicule
Răspândirea motoarelor sincrone cu magneți permanenți în industria auto a fost posibilă în primul rând prin cererea pentru o eficiență mai bună și răspândirea magneților extrem de puternici din metale din pământuri rare.
Avantajul extraordinar al unor astfel de motoare este aceea că prin creșterea numărului de poli nu se deteriorează deloc factorul de putere și nici eficiența motorului (care este peste 94%) - acest lucru nu se poate spune despre motoarele asincrone. Greutatea motorului este mai mică, oferă un cuplu mare chiar și la turații mici, în timp ce eficiența acestuia rămâne excelentă. Prin creșterea numărului de poli, putem chiar să facem magneții mai mici și mai ușori, iar dacă nu dorim mai mult cuplu, corpurile de fier pot fi și mai subțiri.

Astăzi nu există aproape niciun producător care să nu fi folosit motorul sincron la cel puțin una dintre mașinile sale - Volkswagen a făcut același lucru în cazul e-up-ului! (Sursă: www.wikipedia.org)

În general, desigur, ne dorim: în practică, creșterea numărului de poli are ca rezultat o viteză mai mică și un cuplu mai mare, ceea ce a făcut posibilă abandonarea transmisiilor mecanice în multe aplicații industriale. Acesta este însă și un dezavantaj din punctul de vedere al vehiculelor: motorul trebuie să poată fi folosit în mașina noastră fără trepte, sau cu o singură treaptă fixă, într-o gamă de viteze foarte largă.
Pentru a rezolva acest lucru, fie motorul sincron primește transmisii mecanice comutabile, fie se aplică așa-numita slăbire a câmpului.
Astăzi, motorul sincron din industria vehiculelor este probabil lider pe piață în ceea ce privește unitățile, inclusiv magnetul permanent. Îl găsim la vehicule precum Volkswagen e-up!, BMW i3, Porsche Taycan sau Nissan Leaf.

Cu toate acestea, utilizarea metalelor din pământuri rare nu prezice succesul pe termen lung pentru acest tip, iar producătorii lucrează pentru a găsi o soluție cât mai curând posibil, datorită dependenței sale de resursele minerale.