先從一臺(tái)并聯(lián)在無窮大電網(wǎng)上的同步發(fā)電機(jī)著手分析。同步電機(jī)的氣隙中同時(shí)存在著對(duì)應(yīng)于電網(wǎng)電壓u 的合成磁勢(shì)f和對(duì)應(yīng)于勵(lì)磁電勢(shì)e0的轉(zhuǎn)子磁勢(shì)ff , f的轉(zhuǎn)速由電網(wǎng)頻率決定，是固定不變的。
在發(fā)電運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，ff超前于f 一個(gè)d角，或者說，ff拖著f一起旋轉(zhuǎn)，二者之間的電磁力矩對(duì)轉(zhuǎn)子來說是阻力矩。轉(zhuǎn)子在原動(dòng)機(jī)的帶動(dòng)下克服阻力矩，將轉(zhuǎn)子邊的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為定子邊的電能 。
如果減少原動(dòng)機(jī)輸出給轉(zhuǎn)子的機(jī)械功率，則d角逐漸縮小，在不計(jì)空載損耗時(shí)，當(dāng)d縮小到 0 時(shí)，電機(jī)處于理想空載狀態(tài)，既不向電網(wǎng)提供有功功率，也不吸收電網(wǎng)有功功率。
如果把原動(dòng)機(jī)撤掉并在轉(zhuǎn)子上加上機(jī)械負(fù)載，則ff將落后于f ，或者說，f拖著ff一起旋轉(zhuǎn)，二者之間的電磁力矩 對(duì)轉(zhuǎn)子來說是動(dòng)力矩，帶動(dòng)轉(zhuǎn)子上的機(jī)械負(fù)載作機(jī)械功，從而將電網(wǎng)提供的電能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)子邊的機(jī)械能。此時(shí)同步電機(jī)運(yùn)行于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)。
由以上分析可知，同步電機(jī)可以從發(fā)電機(jī)運(yùn)行方式過渡為電動(dòng)機(jī)運(yùn)行方式。產(chǎn)生這一過程的本質(zhì)在于轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)ff (由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng))和合成旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)f(由交流電網(wǎng)決定)之間主從關(guān)系的改變。當(dāng)ff超前于f 時(shí)，同步電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，功角d>0 ，有功功率從電機(jī)流向電網(wǎng)；當(dāng)f超前于ff時(shí)，同步電機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)，功角d<0 ，有功功率從電網(wǎng)流向電機(jī)。