Синхро́нная электри́ческая маши́на, электрическая машина переменного тока, у которой частота вращения ротора кратна частоте тока в электрической сети. Наибольшее распространение получили синхронные электрические машины с трёхфазной обмоткой переменного тока на статоре и обмоткой возбуждения, питаемой постоянным током, на роторе (основное исполнение); синхронную электрическую машину небольшой мощности иногда изготовляют в обращённом исполнении – с обмоткой возбуждения на статоре и трёхфазной обмоткой на роторе (рис.). В основном исполнении неподвижный статор, в обмотке которого наводится переменная электродвижущая сила, называется якорем, а ротор, несущий обмотку возбуждения, – индуктором; в обращённом исполнении, наоборот, якорем является ротор, а индуктором – статор.

Конструктивная схема синхронной электрической машины.Конструктивная схема синхронной электрической машины.

Магнитопровод статора обычно представляет собой полый цилиндр, набранный из отдельных листов электротехнической стали, на внутренней поверхности которого располагаются пазы для укладки трёхфазной обмотки (рис., а). В зависимости от конструкции ротора синхронные электрические машины подразделяются на явнополюсные (ротор имеет выступающие полюсы, на которых размещена обмотка возбуждения) и неявнополюсные (полюсы выражены неявно). Явнополюсная конструкция обычно применяется при числе полюсов от 4 и более, неявнополюсная – в высокоскоростных (частота вращения 1500, 3000 об/мин и более) двух- и четырёхполюсных машинах.

На полюсах ротора часто размещают демпферную (т. н. успокоительную) обмотку (обеспечивает быстрое затухание колебаний ротора, возникающих в переходных режимах работы синхронной электрической машины). Стержни этой обмотки, выполненные из материала с повышенным удельным электрическим сопротивлением, замыкают накоротко на торцах пластинами или кольцами, образуя обмотку типа «беличье колесо».

В зависимости от режима работы машины различают синхронные генераторы, синхронные электродвигатели, а также синхронные компенсаторы. В синхронном генераторе при протекании постоянного тока через обмотку возбуждения полюсы ротора создают постоянное магнитное поле чередующейся полярности; при вращении (от внешнего привода) ротора магнитное поле индуцирует в проводниках обмотки якоря переменной ЭДС, частота которой $f = р·n/60$, где р и n – соответственно число пар полюсов и частота вращения ротора. Если к трёхфазной обмотке якоря подсоединить нагрузку, то в обмотке возникает ток, который создаёт вращающееся магнитное поле якоря с частотой вращения ротора.

При работе синхронной электрической машины в режиме электродвигателя трёхфазная обмотка статора подключается к электрической сети переменного тока; при этом образуется вращающееся магнитное поле, которое, взаимодействуя с полем полюсов ротора, создаёт вращающий момент, приводящий ротор в движение. Ротор (как при холостом ходе, так и при нагрузке) будет вращаться с постоянной частотой, равной частоте вращения поля.

Помимо основных конструкций, к синхронным электрическим машинам относятся также машины специального исполнения, такие как синхронные реактивные, вентильно-индукторные и гистерезисные электродвигатели, синхронные машины с возбуждением от постоянных магнитов, шаговые двигатели, индукторные машины (с электромагнитной редукцией частоты вращения) и др.

Основная область применения синхронных электрических машин – преобразование механической энергии в электрическую. Преобладающая часть потребляемой электрической энергии производится с помощью трёхфазных синхронных турбогенераторов и гидрогенераторов мощностью до нескольких десятков и сотен мегаватт. Синхронные двигатели применяются, например, в электроприводах, не требующих регулирования частоты вращения (насосов, компрессоров, вентиляторов и т. п.).