同步發電機在結構上大致有兩種：
1、轉子用直流電進行勵磁
這種發電機的轉子如圖1所示，從圖中可看出來，它的轉子做成顯極式的，安裝在磁極鐵芯上面的磁場線圈是相互串聯的，接成具有交替相反的極性，並有兩根引線連接到裝在軸上的兩只滑環上面。磁場線圈是由壹只小型直流發電機或蓄電池來激勵，在大多數同步發電機中，直流發電機是裝在發電機軸上的，用以供應轉子磁極線圈的勵磁電流。
由於這種同步發電機不能自動啟動，所以在轉子上還裝有鼠籠式繞組而作為發電機啟動之用。鼠籠繞組放在轉子的周圍，結構與異步發電機相似。
當在定子繞組通上三相交流電源時，發電機內就產生了壹個旋轉磁場，鼠籠繞組切割磁力線而產生感應電流，從而使發電機旋轉起來。發電機旋轉之後，其速度慢慢增高到稍低於旋轉磁場的轉速，此時轉子磁場線圈經由直流電來激勵，使轉子上面形成壹定的磁極，這些磁極就企圖跟蹤定子上的旋轉磁極，這樣就增加發電機轉子的速率直至與旋轉磁場同步旋轉為止。
2、轉子不需要勵磁的同步電機
轉子不勵磁的同步發電機能夠運用於單相電源上，也能運用於多相電源上。這種發電機中，有壹種的定子繞組與分相發電機或多相發電機的定子相似，同時有壹個鼠籠轉子，而轉子的表面切成平面，所以是屬於顯極轉子，轉子磁極是由壹種磁化鋼做成的，而且能夠經常保持磁性。鼠籠繞組是用來產生啟動轉矩的，而當發電機旋轉到壹定的轉速時，轉子顯極就跟住定子線圈的電流頻率而達到同步。顯極的極性是由定子感應出來的，因此它的數目應和定子上極數相等，當發電機轉到它應有的速度時，鼠籠繞組就失去了作用，維持旋轉是靠著轉子與磁極跟住定子磁極，使之同步.該型發電機是目前發電機組配套發電機的常用類型。