同步电动机起动前，转子是静止的，当定子接三相交流电源后，在气隙中产生的旋转磁场的转速为同步转速，由于转子及其机械负载的惯性比较大，定、转子之间的磁拉力不足以把转子立刻从零转速拖至同步转速，使转子与定子旋转磁场同步转动，这样在起动时定、转子磁场之间就会有相对运动，作用在转子上的同步电磁转矩正、负交变，使转子上受到的平均转矩为零，因此同步电动机是不能自行起动的，必须借助其他方法，才能把同步电动机起动起来。

同步电动机的起动方法有异步起动法、辅助电动机起动法和变频电源起动法等。

同步电动机起动用得最广泛的是异步起动法，采用异步起动法时，应在转子磁极表面加装类似感应电动机中的笼型导条的短路绕组，称为起动绕组。异步起动法的起动过程如下：

（1）转子不加励磁，定子绕组接三相交流电源，定子电流产生的旋转磁场在转子起动绕组中感应电流并产生异步力矩，拖动转子到接近同步转速。这个过程中励磁绕组不能开路，这是因为励磁绕组匝数比较多，一旦开路，定子旋转磁场会在励磁绕组中感应高电压危及励磁绕组的绝缘和人身安全。同时励磁绕组也不可直接短路，否则励磁绕组中的感应电流会和定子磁场相互作用，产生“单轴转矩”，使转子卡在半同步转速，不能接近同步转速。因此起动过程中励磁绕组通常串联一个外加电阻，使励磁绕组既不完全短路，也不开路。外加电阻的阻值大约为励磁绕组本身电阻值的5～10倍。

（2）转子转速接近同步转速后，加直流励磁，使转子达到同步，进入同步电动机工作方式。牵入同步后，转子以同步转速转动，起动绕组中没有感应电流，就不起作用了。

大型同步电动机可以采用辅助电动机方法起动，即用一台极数与同步电动机相同的小容量感应电动机作为辅助电动机，拖动同步电动机旋转，当其转速接近同步转速时，转子励磁绕组加直流励磁，定子接通三相电源，使转子靠同步电动机产生的牵入同步转矩将转子牵入同步，然后，将辅助电动机从电源上切出。辅助电动机的容量一般为同步电动机容量的10%～15%左右。

变频起动法是利用三相变频电源供电的一种调频起动法。起动时，同步电动机的转子绕组加直流励磁电流，定子由变频器供电，开始时把变频电源的频率调得很低，然后缓慢增加，使定子旋转磁场牵引着转子缓慢地同步加速，直到转子转速达到额定转速，然后将定子投入电网，切除变频电源。

同步电动机转子的转速与供电电源的频率之间满足严格的同步关系，所以，同步电动机调速最常用的方法就是变频调速。在具有三相变频器供电的场合，改变供电电源的频率，就可以使转子的转速连续、平滑的调节。

同步电动机变频调速的原理、方法以及变频器的基本构成等与感应电动机的变频调速基本相同，在基频以下采用恒转矩控制，在基频以上采用恒功率控制。但由于同步电动机在励磁方式方面有别于感应电动机，所以同步电动机变频调速的控制要求与感应电动机略有不同。同步电动机的变频调速可分为他控式变频和自控式变频两大类。

他控式变频调速是利用独立的变频器给同步电动机定子三相绕组供电的调速方法。采用他控式变频调速时，频率属于开环控制，在基频以下，当同步电动机运行在高速时，定子绕组电阻可以忽略不计，只要保证为常数，就可以使过载能力保持不变；当同步电动机运行在低速时，与感应电动机一样，也应适当增加压频比，以补偿由于定子绕组电阻的作用所引起的过载能力下降。采用这种方法调速时，加速与减速不能太快，否则会造成同步电动机的不稳定或失步。

除了利用独立的变频器给同步电动机定子绕组供电以外，还可以在同步电动机的转子上装一台转子位置检测器，以获得转子位置的信息，并根据转子的位置来控制变频器输出电压的频率和同步电动机定子绕组电流的大小，这种变频调速称为自控式变频调速。自控式同步电动机的供电频率严格受控于转子自身的位置和转速，因此是一种频率闭环控制方式。

自控式变频调速根据同步电动机的不同，采用的变频装置也有所不同，电动机本体采用转子直流励磁的同步电动机一般采用交—直—交变频系统，这类同步电动机又称为直流自控式同步电动机；电动机本体采用永磁转子的同步电动机一般采用交—交变频系统，这类同步电动机又称为交流自控式同步电动机。