同步电机是一种交流电机，其工作原理是转子转速恒等于电枢旋转磁场的转速，即转子转速与电枢电流的频率之间存在一种严格不变的关系 。
一、同步电动机的工作原理
同步电机的基本结构
同步电机的结构图
同步电机在结构上是定子铁心上嵌放三相对称绕组，转子铁心上装置直流励磁绕组。
1、主磁场的建立：励磁绕组通以直流励磁电流，建立极性相间的励磁磁场，即建立起主磁场。
2、载流导体：三相对称的电枢绕组充当功率绕组，成为感应电势或者感应电流的载体。
3、切割运动：原动机拖动转子旋转(给电机输入机械能)，极性相间的励磁磁场随轴一起旋转并顺次切割定子各相绕组。
4、交变电势的产生：由于电枢绕组与主磁场之间的相对切割运动，电枢绕组中将会感应出大小和方向按周期性变化的三相对称交变电势。通过引出线，即可提供交流电源。
二、同步电机的主要运行方式
1、 发电机：是同步电机最主要的运行方式。
2、电动机：是同步电机的另一种重要的运行方式。同步电动机的功率因数可以调节，在不要求调速的场合，应用大型同步电动机可以提高运行效率。近年来，小型同步电动机在变频调速系统中开始得到较多地应用。
3、 补偿机：同步电机接于电网作为同步补偿机。这时电机不带任何机械负载，靠调节转子中的励磁电流向电网发出所需的感性或者容性无功功率，以达到改善电网功率因数或者调节电网电压的目的。
三、两种同步电动机的比较
1、无刷直流电动机(简称BDCM)：其出发点是用装有永磁体的转子取代有刷直流电动机的定子磁极，将原直流电动机的转子电枢变为定子。有刷直流电动机是依靠机械换向器将直流电流转换为近似梯形波的交流，而BDCM是将方波电流(实际上也是梯形波)直接输入定子，其好处就是省去了机械换向器和电刷，也称为电子换向。为产生恒定电磁转矩，要求系统向BDCM输入三相对称方波电流，同时要求BDCM的每相感应电动势为梯形波，因此也称BDCM为方波电动机;
2、永磁同步电动机(简称PMSM)：其出发点是用永磁体取代电励磁式同步电动机转子上的励磁绕组，以省去励磁线圈、滑环和电刷。PMSM的定子与电励磁式同步电动机基本相同，要求输入定子的电流仍然是三相正弦的。为产生恒定电磁转矩，要求系统向PMSM输入三相对称正弦电流，同时要求PMSM的每相感应电动势为正弦波，因此也称PMSM为正弦波电动机。
同步电动机的最大优点是调节励磁电流可以改变功率因数。在一定有功功率下，改变可得到同步电动机的U形曲线。过励时从电网吸收超前无功功率，欠励时从电网吸收滞后无功功率。
当改变同步电动机的励磁电流时，能够改变同步电动机的功率因数，这点是三相异步电动机所不具备的。当改变励磁电流时，同步电动机功率因数变化的规律可以分为三种情况，即正常励磁状态、欠励状态和过励状态。同步电动机拖动负载运行时，一般要过励，至少运行在正常励磁状态，不要让它运行在欠励状态。