Alle 3-Phasen-Maschinen verwenden ein rotierendes Magnetfeld.

Im Bild links haben wir drei Elektromagneten auf einem Kreis angeordnet. Jeder dieser Magneten ist an eine eigene Phase des elektrischen 3-Phasen-Netzes angeschlossen.

Wie wir sehen, produzieren diese Magneten immer abwechselnd einen Nord- und einen Südpol auf ihrer nach innen gerichteten Seite. Die Buchstaben erscheinen schwarz, wenn das Feld stark ist, und hellgrau, wenn das Feld schwächer ist. Dieser zeitliche Verlauf des Magnetfelds entspricht genau dem zeitlichen Verlauf der Spannung jeder Phase. Wenn eine Phase auf ihrem Maximum steht, läuft in den beiden anderen Phasen ein Strom in die andere Richtung, mit jeweils halber Spannung. Da die drei Phasen zueinander eine Phasenverschiebung von einem Drittel der Periode aufweisen, macht das Magnetfeld eine ganze Umdrehung pro Periode.

Die Kompaßnadel (deren Nordpol rot gefärbt ist) folgt genau dem Magnetfeld und macht genau eine Umdrehung pro Periode. In einem Netz mit einer Frequenz von 50 Hz macht die Nadel genau 50 Umdrehungen pro Sekunde, das sind 50 mal 60 = 3000 Umdrehungen pro Minute (U/min).

Im obigen Bild haben wir einen sog. 2poligen Synchronmotor mit Permanentmagnetrotor vor uns. Der Grund für den Namen Synchronmotor liegt darin, daß der Magnet im Zentrum mit konstanter Geschwindigkeit synchron (also phasengleich) mit dem rotierenden Magnetfeld läuft.

Der Grund für die Bezeichnung 2polig ist, daß der Motor nur einen Nord- und einen Südpol hat. Auch wenn es so aussieht, als hätte er drei Pole: Die Kompaßnadel spürt die Kraft des gesamten umgebenden Magnetfelds, welches um ihr eigenes Magnetfeld herum wirkt. Wenn also der obere Magnet ein starker Südpol ist, addieren sich die beiden unteren zu einem starken Nordpol.

Der Grund für die Bezeichnung Permanentmagnetmotor ist, daß die Kompaßnadel in der Mitte ein Permanentmagnet und kein Elektromagnet ist. (Wir könnten einen richtigen Motor daraus machen, wenn wir die Kompaßnadel durch einen starken Permanentmagneten ersetzen würden; oder durch einen Elektromagneten, der seine Magnetisierung über eine Spule (gewickelt um einen Eisenkern) bezieht, die mit Gleichstrom gespeist wird).

Die Anordnung mit den drei Elektromagneten wird als Stator des Motors bezeichnet, da dieser Teil des Motors statisch (unbewegt) ist. Die Kompaßnadel in der Mitte heißt naheliegenderweise Rotor, weil sie rotiert.

Wenn wir nun selbst versuchen, den Magnet anzutreiben (wir lassen ihn also nicht vom Netzstrom drehen), werden wir sehen, daß er wie ein Generator arbeitet, indem er Wechselstrom ins Netz zurückliefert. (Um viel Elektrizität zu erzeugen, braucht man einen weitaus stärkeren Magnet). Je mehr Kraft (Drehmoment) wir aufwenden, desto mehr Elektrizität wird erzeugt, obwohl der Generator immer mit der gleichen, vom Netz vorgegebenen Frequenz läuft.

Wir können nun den Generator vom Netz trennen und ein eigenes 3-Phasen-Netz aufbauen, indem wir Lampen an die drei Spulen der Elektromagneten anschließen. (Erinnern wir uns an das Prinzip der magnetisch / elektrischen Induktion vom Handbuch der Windenergie auf dieser Website). Wenn wir den Generator also vom Netz nehmen, müssen wir ihn mit einer konstanten Frequenz antreiben, um einen Wechselstrom mit konstanter Frequenz zu erhalten. Bei einem Generator dieser Art wird man normalerweise eine indirekte Netzanbindung wählen.

In der Praxis werden Synchrongeneratoren mit Permanentmagnetrotor selten verwendet. Dafür gibt es mehrere Gründe. Einer davon ist, daß Permanentmagneten oft entmagnetisiert werden, wenn sie in einer Umgebung mit starken Magnetfeldern laufen. Darüberhinaus sind starke Magneten (Selten-Erde-Magneten) ziemlich teuer, auch wenn die Preise kürzlich etwas gefallen sind.

Windkraftanlagen, die mit Synchrongeneratoren arbeiten, verwenden im Rotor gewöhnlich Elektromagneten, die mit Gleichstrom aus dem Netz gespeist werden. Da das Netz aber Wechselstrom liefert, muß dieser zunächst in Gleichstrom umgewandelt werden, bevor er durch die Spulenwindungen des Elektromagneten geschickt werden kann.

Die Elektromagneten des Rotors werden mittels Bürsten und Schleifringe auf der Generatorwelle an den Strom angeschlossen.