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同步電機有三種主要運行模式，即發電機、電動機和補償器，發電機運行是同步電動機的主要運行模式。小型同步電動機已廣泛應用于變頻調速系統中，同步電動機也可以作為同步補償器連接到電網。此時，電機不承載任何機械負載，通過調節轉子中的勵磁電流，現代發電廠的交流電機主要是同步電機。
電動機運行是同步電動機的另重要運行模式。同步電動機的功率因數可以調節。在不需要調速的情況下，采用大型同步電動機可以提高運行效率。
同步電機是常見的交流電機，類似于感應電機。其特點是：在穩態運行期間，轉子轉速與電網頻率之間存在恒定關系。
如果電網的頻率保持不變，同步電機在穩態下的速度是恒定的，與負載大小無關。同步電動機分為同步發電機和同步電動機。勵磁繞組與直流勵磁電流相連，建立具有相間極性的勵磁磁場，即主磁場建立。
三相對稱電樞繞組充當電源繞組，并成為感應電勢或感應電流的載體。原動機驅動轉子旋轉，并按順序切割定子的每相繞組。
由于電樞繞組和主繞組之間的相對切割運動在磁場作用下，電樞繞組會產生三相對稱交流電勢，其大小和方向會定期變化。通過出線可以提供交流電源。由于電樞繞組的對稱性，感應電勢的三相對稱性得以保證。