En synkronmotor er en motor, hvor rotoren normalt roterer med samme hastighed som det roterende felt i maskinen. Statoren svarer til statoren i en induktionsmaskine og består af en cylindrisk jernramme med viklinger, normalt trefasede, placeret i slidser omkring den indre periferi. Forskellen ligger i rotoren, som normalt indeholder en isoleret vikling, der via slipringe eller på anden måde er forbundet med en jævnstrømskilde (se figur).

Driftsprincippet for en synkronmotor kan forstås ved at betragte statorviklingerne som værende forbundet til en trefaset vekselstrømsforsyning. Virkningen af statorstrømmen er at etablere et magnetfelt, der roterer med 120 f/p omdrejninger pr. minut for en frekvens på f hertz og for p poler. En jævnstrøm i en p-polet feltvikling på rotoren vil også frembringe et magnetfelt, der roterer med rotorens hastighed. Hvis rotorens hastighed er lig med statorfeltets hastighed, og der ikke er noget belastningsmoment, vil disse to magnetfelter have en tendens til at flugte med hinanden. Når der påføres mekanisk belastning, glider rotoren et antal grader tilbage i forhold til statorens roterende felt, hvorved den udvikler et drejningsmoment og fortsætter med at blive trukket rundt af dette roterende felt. Vinklen mellem felterne øges i takt med, at belastningsmomentet øges. Det maksimale drejningsmoment opnås, når vinklen, hvormed rotorens felt halter efter statorens felt, er 90°. Hvis der anvendes et større belastningsmoment, vil motoren gå i stå.

En fordel ved synkronmotoren er, at maskinens magnetfelt kan produceres af jævnstrømmen i feltviklingen, således at statorviklingerne kun behøver at levere en effektkomponent af strøm i fase med den påførte statorspænding – dvs. at motoren kan fungere med en enheds-effektfaktor. Denne tilstand minimerer tabene og opvarmningen i statorviklingerne.

Effektfaktoren for statorens elektriske input kan styres direkte ved justering af feltstrømmen. Hvis feltstrømmen øges ud over den værdi, der er nødvendig for at tilvejebringe magnetfeltet, ændres statorstrømmen for at inkludere en komponent til at kompensere for denne overmagnetisering. Resultatet vil være en samlet statorstrøm, der fører statorspændingen i fase, og som således tilfører kraftsystemet de reaktive volt-ampere, der er nødvendige for at magnetisere andre apparater, som er tilsluttet systemet, f.eks. transformatorer og induktionsmotorer. Drift af en stor synkronmotor med en sådan ledende effektfaktor kan være en effektiv måde at forbedre den samlede effektfaktor for de elektriske belastninger i et produktionsanlæg for at undgå yderligere elforsyningsafgifter, som ellers kan blive opkrævet for belastninger med lav effektfaktor.

Trefasede synkronmotorer finder deres vigtigste anvendelse i industrielle situationer, hvor der er en stor, rimelig konstant mekanisk belastning, normalt over 300 kilowatt, og hvor evnen til at operere med ledende effektfaktor er af værdi. Under dette effektniveau er synkronmaskiner generelt dyrere end induktionsmaskiner.

Feltstrømmen kan leveres fra en eksternt styret ensretter gennem slipringe, eller i større motorer kan den leveres af en akselmonteret ensretter med en roterende transformer eller generator.

En synkronmotor med kun en feltvikling, der fører en jævnstrøm, vil ikke være selvstartende. Ved enhver anden hastighed end synkronhastighed vil dens rotor opleve et svingende drejningsmoment med en middelværdi på nul, da det roterende magnetfelt gentagne gange passerer den langsommere rotor i bevægelse. Normalt tilføjes der en kortsluttet vikling svarende til den i en induktionsmaskine til rotoren for at give et startmoment. Motoren startes, enten med fuld eller reduceret statorspænding, og bringes op til ca. 95 % af synkronhastigheden, normalt med feltviklingen kortsluttet for at beskytte den mod for høj induktionsspænding. Herefter tilføres feltstrømmen, og rotoren trækkes ind i synkronisering med det roterende felt.

Denne ekstra rotorvikling kaldes normalt en dæmpervikling på grund af dens ekstra egenskab til at dæmpe eventuelle svingninger, der kan opstå som følge af pludselige ændringer i belastningen af rotoren, når den er i synkronisering. Tilpasning til ændringer i belastningen indebærer ændringer i den vinkel, hvormed rotorfeltet er bagud i forhold til statorfeltet, og indebærer således kortvarige ændringer i den øjeblikkelige hastighed. Disse forårsager strømme, der induceres i dæmperens viklinger og frembringer et drejningsmoment, der modvirker hastighedsændringen.

Beskyttelsen af synkronmotorer svarer til den, der anvendes ved store induktionsmotorer. Temperaturen kan registreres i både stator- og feltviklinger og bruges til at afbryde den elektriske forsyning. Der opstår betydelig opvarmning i rotor-damperviklingen under start, og der er ofte installeret en timer for at forhindre gentagne starter inden for et begrænset tidsinterval.