同步電機主要由磁極和電樞兩部分組成，可以做成磁極固定、電樞旋轉的同步電機(轉樞式)，這種形式在小容量同步電機中得到某些應用，也可以做成電樞固定而磁極旋轉的同步電機(轉式)。這種形式廣泛應用於大、中型容量的同步電機中，並成為同步電機的通常結構形式。這種結構形式有下列特點。
①勵磁電流比電樞電流小得多，勵磁電壓比電樞電壓低得多，向轉子輸人勵磁電流時，電刷與滑環負荷較小，工作較為可靠。
②同步電機容量較大，尤其是同步發電機，容量更大。電樞裝在定子上，便於嵌線，加強絕緣，通風散熱。強大的電流向負載輸出時不經過電刷和滑環，可減少故障，保證供電的可靠性。從轉子運行的機械強度和固定轉子繞組來看，旋轉磁極式又可分為隱極式和凸極式，如圖8-1所示。
1、同步電機的結構特點圖8-2為同步電機的構造原理圖。
通常三相同步電機的定子是電樞，與三相異步電機定子繞組相似，轉子裝有磁極和勵磁繞組。當勵磁繞組通人直流電後，轉子立即建立恆定磁場。當轉子在外力拖動下旋轉時，定子導體由於和轉子旋轉磁場有相對運動而產生交流電動勢，此電動勢的頻率為f，即:
式中p代表電機的磁極對數，n代表每分鐘轉數。
從式(8-1)可見，交流電動勢的頻率與電機的磁極對數、轉子轉數有確定關係。
當定子繞組內通過三相交流電時，定於繞組內便產生一個旋轉磁場，這時，轉子繞組仍通以直流電，則轉子所建立的恆定磁場將在定子旋轉磁場的帶動下，沿定子磁場的方向，以定子旋轉磁場的轉速旋轉，轉子的轉速由下式決定
由上述兩種情況可知，同步電機無論作為發電機使用，還是作為電機使用，其轉速較流電頻率之間將保持嚴格不變的關係，這是同步電機的基本特點。在磁極對數確定的情況下，電機的轉速與交變電流的頻率成正比。同步電機在恆定頻率下的轉速稱為同步轉速。這是同步電機與異步電機的基本差別之一。
我國電力系統規定50 Hz為標準頻率。如果電機有一對磁極，其額定轉速為3000 r/min,若有兩對磁極時，其額定轉速為1 500 r/min,以此推之，24 對磁極的水輪發電機的額定轉速125r/min。
2、同步電機的分類
同步電機按結構分，可分為旋轉磁極式和旋轉電樞式。高壓、大容量電機大多採用旋轉磁極式。在旋轉磁極式電機中，同步電機又分為隱極式和凸極式兩種基本形式。
從安裝結構上可分為立式和臥式兩種。
按防護形式分，有開啟式、防護式和封閉式。按冷卻方式分，有空氣冷卻、氫冷、水冷和混合冷卻等。
按同步電機的用途分，有發電機、電機和調相機。
按拖動發電機的原動機類型分，可分為汽輪發電機、水輪發電機、柴油發電機、汽油發電機、風力發電機等。
下面按同步電機的常規分法，即按用途及原動機綜合分類加以說明。按同步電機的用途可分為以下各類。
1. 發電機
(1) 汽輪發電機以汽輪機或燃氣輪機等高速動力機械作為原動機，拖動同步發電機而產生交流電的設備，稱為汽輪發電機。通常轉速為3 000 r/min或1 500 r/min。功率在300~ 600 000 kW以上，電壓在400~27 000 V之間。國產系列汽輪發電機有QFQ、QFN、QFS。QF表示汽輪發電機(Q是汽字拼音字頭，即字母表示關鍵字拼音字頭)，第三個字母Q表示氫外冷，N表示氫內冷，S表示雙水內冷。
(2) 水輪發電機它是以水輪機為原動機拖動同步電機而產生交流電的設備。功率從幾千瓦到90萬kW以上，電壓從400~20000 V，轉速-般較低，從50~1500 r/ min。國產大型水輪發電機是TS系列，T表示同步，s表示水輪。
(3)柴油發電機它是用柴(汽)油機作為原動機拖動同步電機而發電的設備。其發電成本較高，一般只是作為備用發電機組或用於無電網的邊遠地區，或作為臨時移動電源。功率從幾千瓦到數千千瓦，電壓一般為220~6300 V,轉速從250 ~3000 r/min。
(4)中頻發電機中頻發電機的頻率範圍從400 ~20 000 Hz,功率從2~1 000kKW,電壓有115V、230 v、375 V、750V及1500V等，轉速一般為3 000 r/min。小功率的中頻發電機用做超高速電機及雷達等設備的特種電源。大功率的一般作為中頻感應加熱用電源，所用動力源根據情況而定。中頻發電機系列有BP、BPT、BLZ及BPS等。
2. 電機
從電網吸收電能轉變為其他機械動力的同步電機，稱為同步電機。同步電機的功率因數,可通過調節勵磁電流進行調節。它不但可把功率因數調節到1，還可以調節到超前，對改善電網的功率因數有重要意義。同步電機轉速為恆定值，不受負載變動的影響。功率範圍一般在250kW到1萬kW以上，電壓有3kV、6kV和10kV三種，轉速範圍從100r/min到3 000 r/min,一般用於不調速( 或恆速)機械。TD表示同步電機，TDL表示立式同步電機。
3. 調相機(同步補償機)
同步電機可以通過調節勵磁電流專門改善電網功率因數，這種電機又稱同步調相機。同步調相機的功率範圍約為5000 ~60000 kVA,電壓為6.6 kV、11 kV等。一般用於電網中，TT表示同步調相機。