从实质上讲，所谓自控式同步电机，就是一种通过电力电子变流器把电源功率转变成可变频率的交流电功率，对同步电动机进行变频调速的系统。它和一般的异步电机或同步电机变频调速所不同的是，这个变流器的输出频率不是独立调节的，而是受同步电动机转子位置所控制的，每当电动机转过一对磁极，变流器的交流电输出相应地交变一个周期。它能保证变频器的输出频率和电动机的转速始终保持同步，而不会产生失步和振荡，这是自控式同步电机的重要优点之一。

自控式同步电动机所采用的同步电动机与普通的同步电机大体相同，多为凸极式结构，转子上安装励磁绕组，由集电环或无刷励磁方式提供励磁电流，转子的位置信号可以由安装于同步电动机轴上的转子位置检测器提供，也可以由电子线路通过检测机端电压取得。对于大容量高电压风机、泵类负载，自控式同步电机的整流、逆变器功率器件一般采用大功率晶闸管。此处调速系统主电路即是采用晶闸管的交-直-交电流型自控式同步电机，其基本结构框图如图6-1所示。

图6-1 自控式同步电机系统基本结构框图(www.daowen.com)

自控式同步电机与直流电机相比，其本质上是一样的。这是因为，对直流电机来讲，其电枢绕组中感应电动势和实际通过的电流是交变的，电枢感应电动势为正弦波，电枢电流类似于方波，这与自控式同步电机定子绕组感应电动势和电流波形极为接近。从电机内部磁场和绕组间关系来看，直流电机实际上是一台自控式同步电机。这个同步电机和直流电源之间是通过换向器和电刷相联系的，即换向器和电刷起到了由直流到交流的变流作用，电刷的位置还决定着电枢电流换向的地点和电枢磁动势的分布，与自控式同步电机位置检测器起着相同的作用。因此，自控式同步电机与直流电机具有基本相同的调速特性，即只要改变电机的输入端电压或励磁电流大小，就可方便地宽范围调速。

所不同的是，直流电机电枢绕组的相数很多，而同步电机一般只有三相；自控式同步电机还必须有位置检测器；普通直流电机靠机械换向器完成电枢电流换向，而自控式同步电机通常是通过晶闸管组成的逆变器完成换相的。由于晶闸管本身不具备自关断能力，所以要加一些辅助晶闸管关断设备，或采取特殊的控制方式，才能保证晶闸管可靠换相。一般对于自控式同步电机来讲，可以利用电机励磁磁场在电机定子绕组中产生的反电动势，使逆变器在换相时新导通的晶闸管可将原导通晶闸管自然关断，完成电流换相。根据电机转子位置确定晶闸管导通时刻，使电机定子电流超前于反电动势一定相位，这样在电流换相时，加在原导通晶闸管上的反电动势要大于加在新导通晶闸管上的，所以晶闸管可以可靠换相，原导通晶闸管自然关断。这便是自控式同步电机的自然换相控制。另外，在电机低速运行时，由于电机反电动势低，不能保证晶闸管可靠换相，所以要采取强迫换相控制。通过将整流器拉逆变，使整流电压为负，电机主电路电流为零，关断所有导通的逆变晶闸管，然后重新恢复整流电压，并使逆变器新的晶闸管导通。结合这些控制，自控式同步电机调速系统在性能上与直流调速系统相近，又由于它的结构上优势，使其成为取代直流调速系统成为可能。