恒定负载下改变励磁对同步电机的影响
同步电动机最重要的特性之一是，通过改变电动机的励磁，可以使其功率因数既滞后又超前。同步电机的功率因数随励磁变化的变化可以借助其相量图来解释。
考虑一个具有恒定电源电压并驱动恒定机械负载的同步电机。电机的输入功率由下式给出，
$$\mathrm{P_{i}=\frac{VE_{f}}{X_{s}}Sinδ=3V\:I_{a}\:Cos\varphi}$$
由于 V 和 X S对于给定的同步电机是恒定的，因此对于恒定的功率输出，
$$\mathrm{E_{f}\:Sinδ=常数}$$
$$\mathrm{I_{a}\:Cos\varphi=常数}$$
当电机的励磁 (E f ) 发生变化时，电枢电流 (I a ) 会发生变化。但是积 $(I_{a}\:cos\varphi)$必须保持不变。为此，功率因数角 $(\varphi)$会自行调整，使乘积 $(I_{a}\:cos\varphi)$保持不变。即电机的功率因数会发生变化。为了使 $(I_{a}\:Cos\varphi)$保持不变，相量 I a尖端的轨迹（由线 XY 表示）必须沿着垂直于相量 V 的直线（参见图图）。
从图中可以清楚地看出，随着励磁值 (E f ) 的增加，电枢电流 (I a ) 的大小先减小然后再增大。电枢电流在单位功率因数时最小，而在滞后或超前功率因数时更多。
案例 1 - 同步电机欠励磁
如果励磁满足 (E f < V) ，则称同步电机为欠励磁。在这种情况下，电枢电流 (I a ) 滞后于电源电压 (V) 并消耗滞后的无功功率 (Q)，即电机功率因数滞后，如图 1 所示。
案例 2 - 同步电机正常励磁
如果 (E f =V)，则称同步电机为常励磁。在这种情况下，电机的无功功率为零（即Q = 0），即电机既不吸收也不输出无功功率。因此，电机的功率因数是统一的。对于给定的负载，在单位功率因数下，合成电压 (E r ) 以及因此的电枢电流 (I a ) 最小，如图 2 所示。
案例 3 - 同步电机过励磁
如果励磁满足 (E f >V) ，则称同步电机过励磁。在这种情况下，电枢电流 (I a ) 领先于电源电压 (V)，电机向系统提供滞后的无功功率。因此，电机功率因数领先，如图 3 所示。
结论
从以上讨论可以得出结论，
如果同步电机励磁不足，则它的功率因数滞后。
如果同步电动机为常励磁，则它具有单位功率因数。
如果同步电机过励磁，则其功率因数超前。
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