同步電動機的結(jié)構(gòu)與同步發(fā)電機相同，其轉(zhuǎn)子一般都采用凸極式結(jié)構(gòu)。使用時，同步電動機的定子繞組中要通入三相交流電流，同時轉(zhuǎn)子勵磁繞組中通入直流電勵磁。
如圖所示是同步電動機的工作原理示意圖。定子三相繞組（也稱電樞繞組）接至三相交流電源后，便有三相對稱電流流過，并產(chǎn)生電樞旋轉(zhuǎn)磁場。該磁場以同步速度n1= 60f1/p在氣隙空間旋轉(zhuǎn)，其方向決定于電流的相序。轉(zhuǎn)子的勵磁繞組接入直流電源后，就有直流電流流過，并產(chǎn)生大小和極性都不變的恒定磁場，極對數(shù)和電樞旋轉(zhuǎn)磁場一樣。根據(jù)同性磁極互相排斥、異性磁極互相吸引的原理，當(dāng)轉(zhuǎn)子磁極的s極與電樞旋轉(zhuǎn)磁場的n極對齊（或轉(zhuǎn)子的n極與旋轉(zhuǎn)磁場的s極對齊）時，轉(zhuǎn)子磁極將被電樞旋轉(zhuǎn)磁場吸引而產(chǎn)生電磁吸引力，并進(jìn)而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，拖動轉(zhuǎn)子跟著旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)動。因而轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速大小及方向和電樞旋轉(zhuǎn)磁場的轉(zhuǎn)速大小及方向相同，兩者相對于定子“同步”旋轉(zhuǎn)，故稱為同步電動機。如果同步電動機軸上帶有機械負(fù)載，則和異步電動機一樣，電樞繞組從電網(wǎng)吸收電功率，通過氣隙磁場傳給轉(zhuǎn)子，變?yōu)闄C械功率，帶動生產(chǎn)機械做功。
圖 同步電動機工作原理圖
可以證明，同步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩的大小與電樞磁場磁極軸線和轉(zhuǎn)子磁極軸線的夾角有關(guān)，如果外加電壓和電動機的勵磁電流不變，則在一定的范圍內(nèi)(<90°)，夾角越大，電磁轉(zhuǎn)矩越大；夾角越小，電磁轉(zhuǎn)矩越小。
圖(a)是同步電動機理想空載時的情況，這時轉(zhuǎn)子磁極軸線和電樞磁場軸線重合，θ=0，電動機產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩為零；實際空載時，電動機有一定的空載阻力矩，故電動機要產(chǎn)生一定的電磁轉(zhuǎn)矩來克服空載阻力矩，以維持電動機的轉(zhuǎn)速不變。這時θ>0，但其值很小，如圖(b)所示；若電動機軸上的負(fù)載增加，則θ角隨之增加，電動機的電磁轉(zhuǎn)矩也隨之增加，如圖(c)所示；但若電動機軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩太大，則電動機產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩將不足以克服負(fù)載轉(zhuǎn)矩，同步電動機將停止旋轉(zhuǎn)，這種現(xiàn)象稱為同步電動機的“失步”現(xiàn)象。同步電動機產(chǎn)生失步現(xiàn)象時，通過定子繞組的電流將很大，這時應(yīng)盡快切斷電源，以免電動機因過熱而損壞。
結(jié)論：當(dāng)外加電源的頻率一定時，同步電動機的轉(zhuǎn)速就確定了，它總是以同步轉(zhuǎn)速n1=60f1/p旋轉(zhuǎn)。負(fù)載在一定范圍內(nèi)變化時，電動機的轉(zhuǎn)速不變，這個特性是同步電動機的特點，也是優(yōu)點，因此同步電動機適用于不需調(diào)速的場合，例如拖動大型空氣壓縮機、水泵等。