A szinkronmotor olyan motor, amelynek forgórésze általában a gépben lévő forgómezővel azonos sebességgel forog. Az állórész hasonló az indukciós gépekéhez, amely egy hengeres vaskeretből áll, amelynek a belső peremét körülvevő nyílásokban általában háromfázisú tekercsek találhatók. A különbség a forgórészben van, amely általában egy szigetelt tekercset tartalmaz, amely csúszógyűrűkön vagy más módon kapcsolódik egy egyenáramú forráshoz (lásd az ábrát).
Encyclopædia Britannica, Inc.
A szinkronmotor működési elvét úgy érthetjük meg, hogy az állórész tekercseit háromfázisú váltakozó áramú áramforráshoz kapcsoltnak tekintjük. Az állórészáram hatására f hertzes frekvencia és p pólus esetén percenként 120 f/p fordulatszámmal forgó mágneses mező jön létre. A forgórész p-pólusú mezőtekercsében lévő egyenáram szintén a forgórész fordulatszámával forgó mágneses mezőt hoz létre. Ha a forgórész fordulatszáma megegyezik az állórész mezejének fordulatszámával, és nincs terhelő nyomaték, akkor ez a két mágneses mező hajlamos egymáshoz igazodni. A mechanikai terhelés hatására a rotor néhány fokkal hátrébb csúszik az állórész forgó mezejéhez képest, nyomatékot fejleszt, és továbbra is ez a forgó mező húzza körbe. A terhelési nyomaték növekedésével a mezők közötti szög nő. A maximális rendelkezésre álló nyomaték akkor érhető el, ha a rotor mezeje 90°-kal elmarad az állórész mezejétől. Nagyobb terhelési nyomaték alkalmazása leállítja a motort.
A szinkronmotor egyik előnye, hogy a gép mágneses mezejét a mezőtekercselés egyenáramával lehet előállítani, így az állórész tekercseknek csak az áramnak az alkalmazott állórészfeszültséggel fázisban lévő teljesítménykomponensét kell biztosítaniuk – azaz a motor egységnyi teljesítménytényezővel működhet. Ez az állapot minimalizálja az állórész-tekercsek veszteségeit és melegedését.
Az állórész elektromos bemeneti teljesítménytényezője közvetlenül szabályozható a mezőáram beállításával. Ha a mezőáramot a mágneses mező biztosításához szükséges értéken túl növeljük, az állórészáram úgy változik, hogy tartalmazzon egy olyan komponenst, amely kompenzálja ezt a túlmágnesezést. Az eredmény egy olyan teljes állórészáram lesz, amely fázisban vezeti az állórészfeszültséget, így biztosítva az energiarendszer számára a rendszerhez csatlakoztatott egyéb készülékek, például transzformátorok és indukciós motorok mágnesezéséhez szükséges reaktív voltampert. Egy nagyméretű szinkronmotor ilyen vezető teljesítménytényezővel történő üzemeltetése hatékony módja lehet egy gyártóüzemben az elektromos terhelések összteljesítménytényezőjének javítására, hogy elkerüljék az egyébként az alacsony teljesítménytényezőjű terhelésekért felszámított további elektromos ellátási díjakat.
A háromfázisú szinkronmotorok fő alkalmazási területe olyan ipari helyzetekben található, ahol nagy, általában 300 kilowattot meghaladó, ésszerűen állandó mechanikai terhelés van, és ahol a vezető teljesítménytényezővel történő működés képessége értéket képvisel. E teljesítményszint alatt a szinkronmotorok általában drágábbak, mint az indukciós gépek.
A mezőáramot külső vezérlésű egyenirányítóból csúszógyűrűkön keresztül, vagy nagyobb motoroknál tengelyre szerelt egyenirányítóból, forgó transzformátorral vagy generátorral is lehet biztosítani.
A szinkronmotor, amelynek csak egyenáramot vezető mezőtekercse van, nem lenne önindító. A szinkronsebességtől eltérő fordulatszámon a forgórészén nulla átlagértékű oszcilláló nyomaték keletkezne, mivel a forgó mágneses mező ismételten áthalad a lassabban mozgó forgórészen. Általában az indukciós gépekhez hasonló, rövidre zárt tekercseléssel egészítik ki a forgórészt az indítónyomaték biztosítása érdekében. A motort teljes vagy csökkentett állórészfeszültséggel indítják el, és a szinkronfordulatszám körülbelül 95 százalékára hozzák fel, általában a mezőtekercset rövidre zárva, hogy megvédjék a túlzott indukált feszültségtől. Ezután a mezőáramot bekapcsolják, és a forgórész szinkronba húzódik a forgó mezővel.
Ezt a kiegészítő forgórész-tekercset általában csillapító tekercsnek nevezik, mivel kiegészítő tulajdonsága, hogy csillapít minden olyan lengést, amelyet a forgórész terhelésének hirtelen változása okozhat, amikor szinkronban van. A terhelésváltozásokhoz való igazodás annak a szögnek a változásával jár, amellyel a forgórész mezeje az állórész mezejéhez képest lemarad, és így a pillanatnyi fordulatszám rövid távú változásával jár. Ezek áramot indukálnak a csillapító tekercsekben, ami olyan nyomatékot hoz létre, amely a fordulatszám-változással szemben hat.
A szinkronmotorok védelme hasonló a nagy indukciós motoroknál alkalmazott védelemhez. A hőmérsékletet mind az állórész-, mind a mezőtekercsekben érzékelni lehet, és az elektromos táplálás kikapcsolására lehet használni. Indításkor a forgórész-csillapító tekercsben jelentős melegedés keletkezik, és gyakran időzítőt szerelnek be, hogy megakadályozzák a korlátozott időintervallumon belüli ismételt indításokat.