ในระบบไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) การซิงโครไนซ์คือกระบวนการจับคู่ความถี่เฟสและแรงดันไฟฟ้าของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหรือแหล่งพลังงานอื่น ๆ กับโครงข่ายไฟฟ้าเพื่อถ่ายโอนพลังงาน หากส่วนสองส่วนที่ไม่ได้เชื่อมต่อกันของโครงข่ายไฟฟ้าจะต้องเชื่อมต่อกัน จะไม่สามารถแลกเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้า กระแสสลับได้อย่างปลอดภัยจนกว่าจะมีการซิงโครไนซ์

เครื่อง กำเนิด ไฟฟ้ากระแสตรง (DC) สามารถเชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้าได้ง่ายๆ โดยการปรับแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วเปิดของเครื่องให้ตรงกับแรงดันไฟฟ้าของโครงข่าย โดยการปรับความเร็วหรือการกระตุ้นสนามแม่เหล็ก ความเร็วของเครื่องยนต์ไม่สำคัญมากนัก อย่างไรก็ตาม เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) จะต้องปรับจังหวะเวลา (ความถี่และเฟส) ให้ตรงกับแรงดันไฟฟ้าของโครงข่ายด้วย ซึ่งต้องควบคุมทั้งความเร็วและการกระตุ้นอย่างเป็นระบบเพื่อให้เกิดการซิงโครไนซ์ ความซับซ้อนที่เพิ่มขึ้นนี้เป็นหนึ่งในข้อโต้แย้งต่อการใช้งานกระแสสลับในช่วงสงครามกระแสไฟฟ้าในทศวรรษ 1880 ในโครงข่ายไฟฟ้าสมัยใหม่ การซิงโครไนซ์เครื่องกำเนิดไฟฟ้าดำเนินการโดยระบบอัตโนมัติ

มีเงื่อนไขห้าประการที่ต้องปฏิบัติตามเพื่อให้เกิดการซิงโครไนซ์ แหล่งกำเนิด (เครื่องกำเนิดไฟฟ้าหรือเครือข่ายย่อย) ต้องมีแรงดันรากกำลังสองเฉลี่ย ความถี่ ลำดับเฟส มุมเฟส และรูปคลื่นที่เท่ากันกับระบบที่กำลังซิงโครไนซ์^{[ 1 ]}

รูปคลื่นและลำดับเฟสถูกกำหนดโดยโครงสร้างของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและการเชื่อมต่อกับระบบ ในระหว่างการติดตั้งเครื่องกำเนิดไฟฟ้า จะมีการตรวจสอบอย่างละเอียดเพื่อให้แน่ใจว่าขั้วต่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและสายควบคุมทั้งหมดถูกต้อง เพื่อให้ลำดับเฟส (ลำดับเฟส) ตรงกับระบบ การเชื่อมต่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าด้วยลำดับเฟสที่ไม่ถูกต้องจะส่งผลให้เกิดกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่ ซึ่งอาจก่อให้เกิดความเสียหายได้ เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าของระบบจะตรงข้ามกับแรงดันไฟฟ้าของขั้วต่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้า^{[ 2 ]}

แรงดันไฟฟ้า ความถี่ และมุมเฟสจะต้องได้รับการควบคุมทุกครั้งที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะเชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้า^{[ 1 ]}

เครื่องกำเนิดไฟฟ้าที่เชื่อมต่อกับโครงข่ายไฟฟ้ามีระบบควบคุมความเร็วแบบดรอป (droop speed control) ในตัว ซึ่งช่วยให้สามารถแบ่งโหลดตามสัดส่วนของพิกัดกำลังได้ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าบางรุ่น โดยเฉพาะในระบบแยกเดี่ยว จะทำงานด้วยระบบควบคุมความถี่แบบไอโซโครนัส (isochronous frequency control) ซึ่งรักษาความถี่ของระบบให้คงที่โดยไม่ขึ้นอยู่กับโหลด

ลำดับเหตุการณ์จะคล้ายคลึงกันทั้งสำหรับการซิงโครไนซ์ด้วยตนเองและอัตโนมัติ เริ่มจากการเพิ่มพลังงานให้กับเพลาของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเพื่อให้หมุนด้วยความเร็วใกล้เคียงกับความเร็วซิงโครนัส เช่น การเปิดวาล์วของกังหันไอน้ำการเปิดประตูของกังหันไฮดรอลิกหรือการเพิ่ม กำลัง การทำงานของเครื่องยนต์ดีเซล จากนั้นจึงจ่ายพลังงานให้กับสนามแม่เหล็กของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า และสังเกตแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแล้วเปรียบเทียบกับระบบ ขนาดของแรงดันไฟฟ้าต้องเท่ากับแรงดันไฟฟ้าของระบบ

หากเครื่องจักรเครื่องใดเครื่องหนึ่งมีเฟสคลาดเคลื่อนเล็กน้อย มันจะปรับเฟสให้เข้ากับเครื่องอื่นๆ แต่หากเฟสคลาดเคลื่อนมาก จะเกิดกระแสไฟฟ้าลัดวงจรสูง ซึ่งอาจทำให้แรงดันไฟฟ้าผันผวน และในกรณีร้ายแรง อาจทำให้เครื่องจักรเสียหายได้

ก่อนหน้านี้ หลอดไฟไส้สามดวงจะเชื่อมต่อระหว่างขั้วของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและขั้วของระบบ (หรือโดยทั่วไปแล้ว เชื่อมต่อกับขั้วของหม้อแปลง เครื่องมือวัด ที่เชื่อมต่อกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและระบบ) เมื่อความเร็วของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเปลี่ยนแปลง หลอดไฟจะกะพริบตามความถี่บีตซึ่งเป็นสัดส่วนกับความแตกต่างระหว่างความถี่ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและความถี่ของระบบ เมื่อแรงดันไฟฟ้าที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าตรงข้ามกับแรงดันไฟฟ้าของระบบ (ไม่ว่าจะนำหน้าหรือตามหลังในเฟส ) หลอดไฟจะสว่าง เมื่อแรงดันไฟฟ้าที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าตรงกับแรงดันไฟฟ้าของระบบ หลอดไฟจะดับ ในขณะนั้นเบรกเกอร์ที่เชื่อมต่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากับระบบอาจถูกปิด และเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะยังคงทำงานประสานกับระบบต่อไป^{[ 3 ]}

เทคนิคทางเลือกอีกวิธีหนึ่งใช้รูปแบบคล้ายกับข้างต้น ยกเว้นว่าการเชื่อมต่อของหลอดไฟสองดวงจะสลับกันที่ขั้วต่อของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าหรือขั้วต่อของระบบ ในรูปแบบนี้ เมื่อเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทำงานประสานกับระบบ หลอดไฟดวงหนึ่งจะมืด แต่หลอดไฟสองดวงที่มีการสลับการเชื่อมต่อจะมีความสว่างเท่ากัน การประสานกับหลอดไฟที่ "มืด" นั้นดีกว่าหลอดไฟที่ "สว่าง" เพราะง่ายต่อการแยกแยะความสว่างต่ำสุด อย่างไรก็ตาม หลอดไฟดวงใดดวงหนึ่งอาจไหม้จนทำให้เข้าใจผิดว่าการประสานสำเร็จแล้ว

อีกวิธีหนึ่งในการซิงโครไนซ์ด้วยตนเองคือการสังเกตเครื่องมือที่เรียกว่า "ซิงโครสโคป" ซึ่งแสดงความถี่สัมพัทธ์ของระบบและเครื่องกำเนิดไฟฟ้า เข็มของซิงโครสโคปจะระบุความเร็ว "เร็ว" หรือ "ช้า" ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าเมื่อเทียบกับระบบ เพื่อลดกระแสไฟฟ้าชั่วขณะเมื่อปิดเบรกเกอร์วงจรของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า วิธีปฏิบัติทั่วไปคือเริ่มปิดเมื่อเข็มค่อยๆ เข้าใกล้จุดเฟสตรงกัน ความคลาดเคลื่อนเพียงไม่กี่องศาทางไฟฟ้าจะส่งผลให้เกิดกระแสไฟกระชากชั่วขณะและการเปลี่ยนแปลงความเร็วของเครื่องกำเนิดไฟฟ้าอย่างฉับพลัน

รีเลย์ซิงโครไน ซ์ ช่วยให้สามารถซิงโครไนซ์เครื่องจักรกับระบบได้โดยไม่ต้องมีผู้ควบคุม ปัจจุบันอุปกรณ์เหล่านี้เป็นอุปกรณ์ไมโครโปรเซสเซอร์ดิจิทัล แต่ในอดีตมีการใช้ระบบรีเลย์แบบอิเล็กโทรเมคานิกส์ รีเลย์ซิงโครไนซ์มีประโยชน์ในการลดเวลาตอบสนองของมนุษย์ในกระบวนการ หรือเมื่อไม่มีมนุษย์อยู่ เช่น ในโรงไฟฟ้าที่ควบคุมจากระยะไกล บางครั้งมีการติดตั้งซิงโครสโคปหรือหลอดไฟเป็นส่วนเสริมให้กับรีเลย์อัตโนมัติ เพื่อให้สามารถใช้งานด้วยตนเองได้ หรือเพื่อตรวจสอบหน่วยผลิตไฟฟ้า

บางครั้ง เพื่อป้องกันการเชื่อมต่อเครื่องจักรที่ไม่ตรงจังหวะกับระบบ จึงมีการติดตั้งรีเลย์ "ตรวจสอบการซิงโครไนซ์" ซึ่งจะป้องกันการปิดวงจรเบรกเกอร์ ของเครื่องกำเนิด ไฟฟ้า เว้นแต่ว่าเครื่องจักรจะอยู่ในเฟสที่ตรงกับระบบภายในไม่กี่องศาทางไฟฟ้า รีเลย์ตรวจสอบการซิงโครไนซ์ยังถูกนำไปใช้ในสถานที่ที่มีแหล่งจ่ายไฟหลายแหล่งเชื่อมต่อกัน และในกรณีที่สำคัญคือต้องแน่ใจว่าแหล่งจ่ายไฟที่ไม่ตรงจังหวะจะไม่ถูกต่อขนานโดยไม่ได้ตั้งใจ

ในขณะที่เครื่องกำเนิดไฟฟ้าซิงโครไนซ์ ความถี่ของระบบจะเปลี่ยนแปลงไปตามโหลดและลักษณะเฉลี่ยของหน่วยผลิตไฟฟ้าทั้งหมดที่เชื่อมต่อกับโครงข่าย^{[ 1 ]}การเปลี่ยนแปลงความถี่ของระบบอย่างมากอาจทำให้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าหลุดจากการซิงโครไนซ์กับระบบ อุปกรณ์ป้องกันบนเครื่องกำเนิดไฟฟ้าจะทำงานเพื่อตัดการเชื่อมต่อโดยอัตโนมัติ

ความเร็วรอบแบบซิงโครนัสสำหรับมอเตอร์ซิงโครนัสและเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับขึ้นอยู่กับจำนวนขั้วของเครื่องจักรและความถี่ของแหล่งจ่ายไฟ

ความสัมพันธ์ระหว่างความถี่ของแหล่งจ่ายไฟfจำนวนขั้วpและความเร็วซิงโครนัส (ความเร็วของสนามหมุน) n _sกำหนดโดย:

${\displaystyle f={\frac {pn_{s}}{120\ }}}$.

ในตารางต่อไปนี้ ความถี่แสดงในหน่วยเฮิรตซ์ (Hz) และความเร็วรอบในหน่วยรอบต่อนาที (rpm):

• การซิงโครไนซ์เฟส
• กระแสตรงแรงดันสูง : ช่วยให้สามารถส่งกำลังไฟฟ้าระหว่างระบบส่งกำลังไฟฟ้ากระแสสลับที่ไม่ซิงโครไนซ์กันได้

• หนังสือ Electrical Year Book ปี 1937จัดพิมพ์โดย Emmott and Company Limited เมืองแมนเชสเตอร์ ประเทศอังกฤษ หน้า 53–57 และ 72

• ภาพเคลื่อนไหว Flash เกี่ยวกับการซิงโครไนซ์เครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับ