交流電源の周波数によって決まる同期速度で回転する。回転子側の界磁と固定子側の電機子からなり、界磁を回転させると発電機として働き、電機子に三相交流を流すと界磁が回転し電動機として働く。
同期電動機
同期速度$$N_s = \frac{120}{p}f$$
内部誘導起電力（相電圧実効値）$$E_o = 4.44 k f w \Phi$$
$$k:巻線係数、w:巻数$$$$\Phi :磁束（一相あたり）$$
三相同期機の出力$$ P = 3(E_o \frac{V}{X}) \sin{\delta }$$ $$V:電機子端子電圧（相電圧実効値）$$ $$X:同期リアクタンス、\delta :E_oとVとの位相角$$
トルク$$T = \frac{P}{\omega } = \frac{1}{2 \pi (\frac{N s}{60})} 3 (E_o \frac{V}{X}) \sin{\delta }$$ $$N_s:同期速度 60 f$$
電圧変動率$$ \epsilon = \frac{E_o - V_n}{V_n}$$$$V_n:定格運転時の端子電圧$$
$$x_s:同期リアクタンス、r:電機子巻線抵抗$$
$$E:誘導起電力、I:電機子電流$$
同期インピーダンス$$Z = \root \of {r^2 + x_ss^2} = \frac{V_n}{\root \of {3} I_s}$$$$I_s:定格電流$$
％インピーダンス$$\%Z = \frac{\root \of {3} I_n Z}{V_n}×100$$$$= \frac{I_n}{I_s}$$ $$I_n:定格電流、V_n:定格運転時の端子電圧$$
短絡比$$k_s = \frac{I_s}{I_n} = \frac{1}{\%Z}$$