Синхронная машина отличается от устройства асинхронной машины конструкцией ротора и тем, что частоты вращения магнитного поля статора n0 и ротора n2 у синхронной машины одинаковы, то есть n0=n2.
Из-за равенства частот вращения n0 и n2 машина называется синхронной. Синхронные машины обладают свойством обратимости, то есть могут работать как генератором, так и двигателем.
В настоящее время большинство электрических станций оснащено трехфазными синхронными генераторами, которые приводятся во вращение паровыми или гидравлическими турбинами, а также двигателями внутреннего сгорания.
Синхронные двигатели применяются там, где требуется обеспечение постоянства частоты вращения, например, на компрессорных и нефтеперекачивающих станциях.
Синхронная машина состоит из неподвижного статора, аналогичного статору асинхронного двигателя и ротора, вращающегося внутри статора. Ротор представляет собой электромагнит постоянного тока, он имеет обмотку возбуждения, запитанную постоянным током от выпрямителя или от генератора постоянного тока, называемого возбудителем.
Одним из способов передачи энергии на обмотку возбуждения является использование контактных колец укрепленных на роторе и щеток, а также установка на роторе генератора постоянного тока (возбудителя). Роторы синхронных машин бывают с явно выраженными и неявно выраженными полюсами.
Роторы с явно выраженными полюсами применяют в гидрогенераторах (тихоходных машинах). Для быстроходных машин (турбогенераторов) используют ротор с неявно выраженными полюсами.
В данном случае явно полюсная конструкция ротора неприменима из-за возможного разрушения в связи с большими центробежными силами.
На рисунке 22, а изображена схема синхронной машины с явно выраженными полюсами. На статоре расположена трехфазная обмотка, к которой в режиме двигателя подводится трехфазное напряжение, а в режиме генератора подключается трехфазный приемник.