Im letzten Artikel wurden Asynchronmaschinen behandelt, die ihren Namen aufgrund der Differenz in der Drehzahlfrequenz von Rotor und Drehfeld besitzen. In diesem Beitrag soll nun auf sogenannte Synchronmaschinen eingegangen werden, bei denen entsprechend kein derartiger Schlupf vorherrscht, und die mechanische Drehzahl des Stators somit der des Läufers entspricht. Demnach herrscht bei diesen Aggregaten eine synchrone, das heißt eine in Bezug auf das Drehfeld gleichzeitige bzw. zeitlich übereinstimmende Laufweise vor.
Wie die meisten Elektromaschinen kann auch die Synchronmaschine entweder als elektrischer Generator oder als E-Motor konstruiert werden, wobei in diesem Beitrag wiederum vornehmlich auf den Motorbetrieb abgestellt werden soll. Die Synchronmaschine gehört ebenso wie die Asynchronmaschine zu den Drehstrommaschinen und kann im Gegensatz zur Asynchronmaschine, die einen sehr hohen externen Einschaltstrom aus der Sternschaltung heraus benötigt, zum Anfahren direkt an das konventionelle Drehstromnetz angeschlossen werden und ist anwendungsbedingt in ihrer Drehzahl in der Regel variabel.
Durch den angelegten Wechselstrom erzeugt der Stator nun ein magnetisches Drehfeld. Wie eingangs erwähnt drehen dieser und der umliegende Rotor mit gleicher Frequenz. Die mechanische Drehzahl eines solchen Aggregates entspricht also exakt der Drehzahl seines magnetischen Drehfeldes. Bezüglich des Aufbaus eines Synchronmotors unterscheidet man zum einen die Innen- und zum anderen die Außenpolmaschine. Wie auch beim Asynchronmotor verfügt der Stator über mehrere (3 x n) Drehstromwicklungen, die auch als Spulen oder Induktivitäten bezeichnet werden. In Bezug auf die Bauweise des Rotors kann dieser entweder als der bei diesem Maschinentyp weit verbreitete Schenkelpolläufer oder als zylindrischer Vollpolläufer ausgeführt werden. Erstere eignen sich für den niedrigen Drehzahlbereich, letztere entsprechend für hohe Drehzahlen.
Das konstante Magnetfeld des Läufers wird entweder durch (Permament-)Magneten oder durch elektrische bzw. elektromagnetische (Fremd-)Erregung erzeugt, was im Hinblick auf die Betriebseigenschaften ein weiterer Unterschied zur asynchron arbeitenden Maschine ist. Um die mechanische Drehzahl der Bauteile einzustellen, kann im Rahmen der Bestromung die Frequenz als physikalische Messgröße der dreiphasigen Wechselspannung geändert werden. Im Regelfall beträgt diese im europäischen Verbundnetz konstant 50 Hz – die angelegte Spannung schwingt also fünfzig Mal pro Sekunde –, wenn die Synchronmaschine unmittelbar an das Stromnetz angeschlossen ist und direkt über Wechselspannung betrieben wird.
Im Hinblick auf die Funktionsweise eines synchron laufenden Elektromotors wird der Hebelarm bzw. das resultierende Drehmoment in den magnetischen Feldern von Ständer und Rotor durch die unterschiedliche Polung und somit über eine auf den Läufer wirkende Kraft hervorgerufen. Das Drehmoment kann über den lastabhängigen sogenannten Polradwinkel zwischen dem Rotor- und dem Drehfeld eingestellt werden. Dieser darf für ein maximales Drehmoment des Aggregats eine Größe von 90° nicht überschreiten (Maximal- bzw. Kippmoment), was einem Betrieb des Motors im Leerlauf, in dem somit keine zu bewegende externe Last an der Maschine anliegt, entsprechen würde.
Die Vorteile von Synchronmaschinen sind ihr relativ hoher Wirkungsgrad, ein vergleichsweise geringer Wartungsaufwand (in Abhängigkeit von der Art der Erregung) sowie eine besondere Betriebsart zur Steuerung der sogenannten Blindleistung. Letztgenannter Punkt wird auch als Phasenschieberbetrieb der Maschine bezeichnet, bei der Blindleistung aus dem synchronisierten Stromnetz bezogen oder entsprechend abgegeben wird. Demgegenüber benötigen Synchronmaschinen grundsätzlich eine Erregerleistung (bei Fremd- statt Permanenterregung) zur Erzeugung des Rotor-Magnetfeldes, einen im Vergleich hohen MSR-Aufwand sowie einen externen Anlaufstrom beispielsweise durch einen weiteren separaten Motor.
In der elektrischen Antriebs- und Kraftwerkstechnik werden rotierende E-Maschinen überwiegend als Antriebsmotoren in Gebläsen, Pumpen und Verdichtern, aber standardmäßig auch in Fahrzeugen, Eisenbahnen und Schiffen verbaut. In der Ausführung als Drehstromgenerator kommen Synchronmaschinen vor allem in Kraftwerksanlagen zur konventionellen Produktion elektrischer Energie aufgrund des dortigen Hochleistungsbereichs (bis etwa 2 GW Wirk- bzw. GVA Scheinleistung) beispielsweise in AKWs zum Einsatz. Bekannte und weltweit führende Hersteller großer Synchronmaschinen für die Energietechnik sind Firmen wie ABB, General Electric oder Siemens.