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交流（AC）電力システムにおいて、同期とは、発電機などの電源の周波数、位相、電圧を電力系統に一致させて電力を送電するプロセスです。接続されていない2つの系統を接続する場合、同期が完了するまでは安全に交流電力を交換することはできません。
直流（DC）発電機は、回転速度または界磁励磁を調整して開放端電圧を電力網の電圧に合わせるだけで、簡単に電力網に接続できます。正確な回転速度は重要ではありません。一方、交流（AC）発電機は、さらにタイミング（周波数と位相）を電力網の電圧に合わせる必要があり、同期のためには回転速度と励磁の両方を系統的に制御する必要があります。この複雑さが、 1880年代の電力戦争において交流運転に反対する理由の一つでした。現代の電力網では、発電機の同期は自動システムによって行われます。
同期を達成するには、満たさなければならない条件が 5 つあります。電源 (発電機またはサブネットワーク) は、同期先のシステムと実効電圧、周波数、位相シーケンス、位相角、波形が等しくなければなりません。 [ 1 ]
波形と位相順序は、発電機の構造とシステムへの接続によって決まります。発電機の設置時には、発電機の端子とすべての制御配線が正しいことを確認し、位相順序がシステムと一致するように注意深くチェックします。位相順序が間違っている発電機を接続すると、システム電圧が発電機の端子電圧と逆になるため、大きな、場合によっては損傷を与える電流が発生します。[ 2 ]
発電機を電力系統に接続するたびに、電圧、周波数、位相角を制御する必要がある。[ 1 ]
電力系統に接続される発電機には、定格出力に比例した負荷分散を可能にする固有のドループ速度制御機能が備わっている。特に独立系統で使用される発電機の中には、負荷に関係なく一定の系統周波数を維持する等時性周波数制御で動作するものもある。
手動同期と自動同期の手順はほぼ同じです。発電機の軸にエネルギーを供給することで、発電機を同期速度に近い速度まで加速します。例えば、蒸気タービンのバルブを開いたり、水力タービンのゲートを開いたり、ディーゼルエンジンのスロットル設定を上げたりします。発電機の界磁に通電し、発電機の端子電圧を観測して系統電圧と比較します。電圧の大きさは系統電圧と同じでなければなりません。
1台の機械の位相がわずかにずれている場合は、他の機械と同期するようになりますが、位相差が大きい場合は、大きな交差電流が発生し、電圧変動を引き起こし、極端な場合には機械の損傷につながる可能性があります。
従来は、発電機の端子と系統の端子（より一般的には、発電機と系統に接続された計器用変圧器の端子）の間に3つの白熱電球が接続されていました。発電機の速度が変化すると、電球は発電機の周波数と系統の周波数の差に比例したビート周波数でちらつきます。発電機の電圧が系統の電圧と逆位相（位相が進んでいるか遅れているか）の場合、電球は明るくなります。発電機の電圧が系統の電圧と一致すると、電球は暗くなります。その瞬間、発電機と系統を接続する回路遮断器が閉じられ、発電機は系統と同期した状態を維持します。[ 3 ]
別の手法では、上記と同様の方式を採用したが、2つのランプの接続を発電機端子またはシステム端子で入れ替えた。この方式では、発電機がシステムと同期しているとき、一方のランプは消灯するが、接続が入れ替わった2つのランプは同じ明るさになる。最小輝度を判別しやすいため、「明るい」ランプよりも「暗い」ランプで同期する方が好ましいとされた。ただし、ランプが切れると、同期が成功したと誤って判定される可能性がある。
同期のもう一つの手動方法は、「シンクロスコープ」と呼ばれる計器を観察することに基づいています。シンクロスコープは、系統と発電機の相対周波数を表示します。シンクロスコープの指針は、系統に対する発電機の「高速」または「低速」を示します。発電機の遮断器を閉じる際の過渡電流を最小限に抑えるため、通常は、指針が同相点にゆっくりと近づくにつれて遮断器を閉じ始めます。系統と発電機の間に数電気度の誤差があると、瞬間的な突入電流が発生し、発電機の速度が急激に変化します。
同期リレーは、機械とシステムを無人で同期させることを可能にします。現在ではデジタルマイクロプロセッサ機器が主流ですが、かつては電気機械式リレーシステムが用いられていました。同期リレーは、プロセスから人間の反応時間を排除する場合や、遠隔制御の発電所のように人間が不在の場合に役立ちます。自動リレーの補助として、手動操作や発電ユニットの監視のために、同期スコープやランプが設置されることもあります。
機械と系統との位相ずれ接続を防ぐための予防措置として、「同期チェック」リレーが設置されることがあります。このリレーは、機械が系統と数電気度以内の位相差でない限り、発電機の回路ブレーカーが閉じないようにします。同期チェックリレーは、複数の電源が接続される可能性があり、位相ずれした電源が誤って並列接続されることを防ぐことが重要な場所にも適用されます。
発電機が同期している間、システムの周波数は負荷と系統に接続されているすべての発電ユニットの平均特性に応じて変化します。[ 1 ]システム周波数の大きな変化により、発電機がシステムとの同期を失う可能性があります。発電機の保護装置が作動して、発電機を自動的に切り離します。
同期電動機および同期発電機の同期速度は、機械の極数と電源周波数によって決まります。
電源周波数f、極数p、同期速度（回転磁界の速度）nsの関係は次のように表される。
以下の表では、周波数はヘルツ（Hz）、回転速度は毎分回転数（rpm）で示されています。
