同步电动机只有在定子旋转磁场与转子励磁磁场相对静止时，才能得到平均电磁转矩。如将静止的同步电动机励磁后直接投入电网，这时定子旋转磁场与转子磁场间以同步转速。相对运动，转子受到交变的脉动转矩，其平均值为零，电机不能起动。所以必须借助其他方式来起动。
常用的起动方法有下列三种：
（1）辅助电动机起动通常选用和同步电动机极数相同的感应电动机（容量为主机的5％～15％）作为辅助电动机。先用辅助电动机将主机拖动到接近同步转速，然后用自整步法将其投入电网，再切断辅助电动机电源。这种方法只适用于空载起动，而且所需设备多，操作复杂。
（2）变频起动此法实质上是改变定于旋转磁场转速利用同步转矩来起动。在起动开始时，转子加上励磁，走子电源的频率调得很低，然后逐步增加到额定频率，使转子的转速随着走子旋转磁场的转速而同步上升，直到额定转速。采用此法须有变频电源，而且励磁机与电动机必须是非同轴的，否则在Zui初转速很低时无法产生所需的励磁电压。
（3）异步起动同步电动机多数在转子上装有类似于感应电动机的笼型起动绕组（即阻尼绕组）。同步电动机异步起动的原理接线图如图13－8所示。起动时，先把励磁绕组接到约为励磁绕组电阻值10倍的附加电阻，然后用感应电动机起动方法将定于投入电网使之依靠异步转矩起动，当转速上升到接近同步转速时，再加入励磁电流，依靠同步电磁转矩将转子牵入同步。
（1）电动势平衡：由通用等效电路 
（2）功率平衡：
同步电动机运行时，由电网输入的电功率为 P1，扣除定子铜耗 pCu1 后，大部分通过电磁感应作用转换为机械功率 P2输出；另一部分则用于补偿机械损耗 pmec、定子铁耗 pFe和附加损耗 pad，而输出机械功率和机械损耗、定子铁耗及附加损耗之和为电磁功率 Pem，它是电机经定子通过气隙传递给转子的总能量。综上，同步电动机的功率平衡方程为
（4）转短平衡：将转动部分的转子侧功率平衡方程式除以同步角速度，得：
其中；Tem为同步电动机驱动的电磁转矩；
T2为同步电动机转轴输出的机械转短，是一个制动转矩；
T0为同步电动机的空载转矩，是一个制动转矩。
与其它电机一样，同步电机也是可逆的，既可作发电机运行，亦可作电动机运行。设一台隐极同步电机并联运行于无穷大电网，处于发电机状态，其相量图如图所示。此时 E0 超前U ，功率角 θ 和相应的电磁功率 Pem都是正值，θi≈θ 也为正值，即转子主极轴线沿转向超前于气隙合成磁场轴线，因而作用于转子上的电磁转矩为制动性质。原动机输入驱动性质的机械转矩克服起制动作用的电磁转矩，将机械能转变为电能。
发电机状态 调相机状态 电动机状态
发电机状态 空载状态 电动机状态 图1 同步电机的三种运行状态 逐步减少原动机输入功率，使转子瞬时减速，θ 角和电磁功率相应减小。当 θ 角减至零时，发电机变为空载，其输入功率正好抵偿空载损耗，相量图如图 b所示。继续减少原动机输入功率，则 θ 和 Pem变为负值，表明电机要从电网吸收一部分电功率，与原动机输入功率一起与空载损耗平衡，以维持转子的同步旋转。如果再拆去原动机，就变成了空转的同步电动机，空载损耗必须全部由电网输入的电功率供给。如果在电机轴上再加上机械负载，则负值的 θ 角和 Pem会更大，θi亦为负值。主极磁场落后于气隙合成磁场，电磁转矩为驱动性质、拖动轴上机械负载一道旋转，电机进入电动机运行状态，将电网输入的电能转换成机械能。此时电机的相量图如图（c）所示。 从上分析可知，从发电机状态进入电动机状态的过程中，功率角θ和电磁功率 Pem均由正值变为负值，电磁转矩由制动性质变为驱动性质，机电能量转换过程也发生了逆变。 |
