与其它电机一样，同步电机也是可逆的，既可作发电机运行，亦可作电动机运行。设一台隐极同步电机并联运行于无穷大电网，处于发电机状态，其相量图如图所示。此时 E0 超前U ，功率角 θ 和相应的电磁功率 Pem都是正值，θi≈θ 也为正值，即转子主极轴线沿转向超前于气隙合成磁场轴线，因而作用于转子上的电磁转矩为制动性质。原动机输入驱动性质的机械转矩克服起制动作用的电磁转矩，将机械能转变为电能。
发电机状态 调相机状态 电动机状态
发电机状态 空载状态 电动机状态
图1 同步电机的三种运行状态
逐步减少原动机输入功率，使转子瞬时减速，θ 角和电磁功率相应减小。当 θ 角减至零时，发电机变为空载，其输入功率正好抵偿空载损耗，相量图如图 b所示。继续减少原动机输入功率，则 θ 和 Pem变为负值，表明电机要从电网吸收一部分电功率，与原动机输入功率一起与空载损耗平衡，以维持转子的同步旋转。如果再拆去原动机，就变成了空转的同步电动机，空载损耗必须全部由电网输入的电功率供给。如果在电机轴上再加上机械负载，则负值的 θ 角和 Pem会更大，θi亦为负值。主极磁场落后于气隙合成磁场，电磁转矩为驱动性质、拖动轴上机械负载一道旋转，电机进入电动机运行状态，将电网输入的电能转换成机械能。此时电机的相量图如图（c）所示。
从上分析可知，从发电机状态进入电动机状态的过程中，功率角θ和电磁功率 Pem均由正值变为负值，电磁转矩由制动性质变为驱动性质，机电能量转换过程也发生了逆变。