同步電機是一種交流電機，其工作原理是轉子轉速恒等于電樞旋轉磁場的轉速，即轉子轉速與電樞電流的頻率之間存在一種嚴格不變的關系 。

一、同步電動機的工作原理

同步電機的基本結構

　　同步電機的結構圖

　　同步電機在結構上是定子鐵心上嵌放三相對稱繞組，轉子鐵心上裝置直流勵磁繞組。

　　1、主磁場的建立：勵磁繞組通以直流勵磁電流，建立極性相間的勵磁磁場，即建立起主磁場。

　　2、載流導體：三相對稱的電樞繞組充當功率繞組，成為感應電勢或者感應電流的載體。

　　3、切割運動：原動機拖動轉子旋轉(給電機輸入機械能)，極性相間的勵磁磁場隨軸一起旋轉并順次切割定子各相繞組。

　　4、交變電勢的產生：由于電樞繞組與主磁場之間的相對切割運動，電樞繞組中將會感應出大小和方向按周期性變化的三相對稱交變電勢。通過引出線，即可提供交流電源。

二、同步電機的主要運行方式

　　1、 發電機：是同步電機最主要的運行方式。

　　2、電動機：是同步電機的另一種重要的運行方式。同步電動機的功率因數可以調節，在不要求調速的場合，應用大型同步電動機可以提高運行效率。近年來，小型同步電動機在變頻調速系統中開始得到較多地應用。

　　3、 補償機：同步電機接于電網作為同步補償機。這時電機不帶任何機械負載，靠調節轉子中的勵磁電流向電網發出所需的感性或者容性無功功率，以達到改善電網功率因數或者調節電網電壓的目的。

三、兩種同步電動機的比較

　　1、無刷直流電動機(簡稱BDCM)：其出發點是用裝有永磁體的轉子取代有刷直流電動機的定子磁極，將原直流電動機的轉子電樞變為定子。有刷直流電動機是依靠機械換向器將直流電流轉換為近似梯形波的交流，而BDCM是將方波電流(實際上也是梯形波)直接輸入定子，其好處就是省去了機械換向器和電刷，也稱為電子換向。為產生恒定電磁轉矩，要求系統向BDCM輸入三相對稱方波電流，同時要求BDCM的每相感應電動勢為梯形波，因此也稱BDCM為方波電動機;

　　2、永磁同步電動機(簡稱PMSM)：其出發點是用永磁體取代電勵磁式同步電動機轉子上的勵磁繞組，以省去勵磁線圈、滑環和電刷。PMSM的定子與電勵磁式同步電動機基本相同，要求輸入定子的電流仍然是三相正弦的。為產生恒定電磁轉矩，要求系統向PMSM輸入三相對稱正弦電流，同時要求PMSM的每相感應電動勢為正弦波，因此也稱PMSM為正弦波電動機。

　　同步電動機的最大優點是調節勵磁電流可以改變功率因數。在一定有功功率下，改變可得到同步電動機的U形曲線。過勵時從電網吸收超前無功功率，欠勵時從電網吸收滯后無功功率。

　　當改變同步電動機的勵磁電流時，能夠改變同步電動機的功率因數，這點是三相異步電動機所不具備的。當改變勵磁電流時，同步電動機功率因數變化的規律可以分為三種情況，即正常勵磁狀態、欠勵狀態和過勵狀態。同步電動機拖動負載運行時，一般要過勵，至少運行在正常勵磁狀態，不要讓它運行在欠勵狀態。