交流同步电机的结构与感应电机一样，同步电机也是由定子及转子两大部分所组成，定子上有三相交流绕组；转子上则有励磁绕组，通入直流电流后，能产生磁场。
1 定子：
同步电机的定子有时也称为电枢，由定子铁芯、电枢三相绕组、机座和端盖等部件所组成。同步电机的定子铁芯是由硅钢片冲制后叠装而成。当大型同步电机冲片外圆的直径大于1m时，由于材料标准尺寸的限制，必须做成扇形冲片，然后按圆周拼合起来叠装而成。
2 转子：
同步电机的转子有两种结构型式，即凸极式和隐极式。
1）凸极式：转子有明显的突出的磁极，气隙分布不均匀。
2）隐极式：转子作成圆柱形，气隙均匀分布。区别：对于高速旋转的同步电机，在转子结构上，我们采用隐极式，而对于低速旋转的电机，由于转子的圆周速度较低，离心力较小，故采用制造简单、励磁绕组集中安放的凸极式结构。大型同步发电机通常用汽轮机或水轮机作为原动机来拖动，故前者称为汽轮发电机，后者称为水轮发电机。
汽轮发电机：转速高，采用隐极式。
水轮发电机：转速低，采用凸极式。
交流同步电机的工作原理：转子上有成对磁极，定子上有三相对称交流绕组。原动机带动转子旋转，形成旋转磁场，该磁场在气隙空间定子绕组的有效边被旋转磁场切割，并在其中产生感应电势。
无刷交流发电机
无刷交流发电机实际上是两台发电机构成的，一台作为励磁机，一台才是主发电机。主发电机的励磁绕组在转子，电枢绕组在定子（将发出的电输出）；励磁机的电枢绕组在转子，励磁绕组在定子。
这是一种双频变频无刷同步发电机，该双频变频无刷同步发电机中频（400 Hz）发电机、工频（50 Hz）发电机，交流励磁机、旋转整流器、无刷投励装置、离合器、风扇、机座、前端盖、后端盖和轴承等组成，变频无刷发电机则是某种频率（50 Hz）的发电机利用外电进行异步启动、同步投励、同步运行，驱动另一种频率（400 Hz）的发电机发电，整个过程都是无刷化。
能实现无刷双频发电，也能实现无刷变频发电。双频变频无刷同步发电机能使双频发电和变频发电实现无刷化，取消了滑环电刷，无火花高频干扰，无滑环与炭刷磨损问题；发电时工频和中频电压互不干扰，电压波形下弦性好，供电品质优良；发电机可靠性高，维护简单，容易实现电站的智能自动化控制。