1．空載特性
同步發(fā)電機的空載、短路及零功率因數(shù)特性都是同步發(fā)電機的基本特性，通過它們可以求出同步電機的同步電抗及漏電抗，以確定同步發(fā)電機的其他特性。
當同步發(fā)電機運行于n=n1，ia=0時，即稱為空載運行。
（1）同步發(fā)電機空載特性曲線的測定
同步發(fā)電機達到同步轉速后，加入勵磁電流，改變勵磁電流，空載電勢也隨之改變。
①勵磁電流由零升至最大值
②勵磁電流由最大值降為零
由于鐵磁材料磁滯的原因，
空載電勢略有不同，一般取下降得空載特性曲線
圖1 同步發(fā)電機空載特性曲線
顯然，此時我們通過改變勵磁電流，則氣隙中的旋轉磁通及電樞繞組中的感應電動勢都會隨之發(fā)生變化。
（2）空載特性：空載時不同勵磁電流和產(chǎn)生空載電勢之間的關系，
圖2 同步發(fā)電機空載特性
因e0正比于0，而勵磁電流又正比于勵磁磁勢，所以空載特性曲線與電機的磁化曲線在形狀上完全相同?？蛰d特性主要有兩個用處：
①空載特性可以反映出電機設計是否合理。如同前面所分析的情況一樣，額定電壓應位于空載特性開始彎曲的部分，這樣才比較經(jīng)濟合理。
②同步電抗是同步電機中一個極為重要的參數(shù)，同步電機的許多性能由它所決定。空載特性配合短路特性可以求出同步電抗。
2．短路特性
當同步發(fā)電機運行于n=n1，電樞三相繞組持續(xù)穩(wěn)態(tài)短路（即u=0）時，稱為短路運行。如改變它的勵磁電流，三相短路電流也隨之而改變。短路特性就是研究這兩個量之間的變化關系，ik =f（if）曲線。
如果略去電樞電阻:
得到：
因為忽略了電阻效應，電樞是純電感電路，短路電流滯后于電勢90電角度，所以產(chǎn)生的電樞反應是直軸去磁效應。此時電機內(nèi)的磁通很弱，磁路是不飽和的，所以同步電抗為一個常數(shù)。
圖3 同步發(fā)電機短路特性
同步發(fā)電機定子繞組的出線端短路后，電樞電流i隨勵磁電流if變化，兩者為什么成正比關系？
若忽略ra， 則
三相短路時，由于滯后于90電角度，即ψ=90°，因此在凸極電機中，短路電流全是直軸分量，而交軸分量為零。所以
由于電樞磁勢的直軸去磁作用，使電機中磁通小，磁路也不飽和，所以式上式中的xd也是一個常數(shù)。
同步發(fā)電機在三相穩(wěn)態(tài)短路時，由于短路電流所產(chǎn)生的電樞磁勢對主磁極去磁，減少了電機中的磁通及感應電勢，使短路電流不致過大，所以穩(wěn)態(tài)的三相短路是沒有危險的。
3．同步發(fā)電機的零功率因數(shù)負載特性
同步發(fā)電機的負載特性是在 n=nn、i=常數(shù)、cos=常數(shù)的條件下，端電壓與勵磁電流之間的關系曲線 u=f（if），如圖所示。其中以零功率負載特性最有實用價值。
零功率因數(shù)負載特性由可變純電感負載條件確保cosφ≈ 0 ，通過試驗測得最右側的一條曲線），測試中通常保持電樞電流 i=in。
圖4 同步發(fā)電機零功率因數(shù)負載特性
當電機容量較大時，由曲線逐點測取所要求的負載條件的作法代價很高。實用的作法是將電機并入電網(wǎng)作空載運行，調(diào)節(jié)勵磁電流使電樞輸出無功電流為in，則得曲線上的額定點q。再做電機的短路試驗，測得 ik=in時的勵磁電流為 ifk，又得曲線上另一點，即短路點，工程中有這兩點就夠用了。
（1）零功率因數(shù)負載下的電磁關系
由于同步電機是在電感負載下運行，而電機本身的阻抗也是電感性的，因此，電勢和電流之間夾角ψ=90°，所以電樞反應是純粹的直軸去磁效應。
同步發(fā)電機在電感負載下運行，磁極磁勢補償了電樞反應去磁磁勢后，剩余部分在電機氣隙內(nèi)產(chǎn)生磁通。所以勵磁電流增加時，磁路能逐漸飽和，電壓上升逐漸緩慢，使曲線彎曲，實際上，零功率因數(shù)特性曲線的形狀與空載特性曲線頗為類似。
純感性負載，純?nèi)ゴ抛饔玫碾姌蟹磻?faq=0， fad=faa
端電壓
在上圖中我們可以看出，當u=0時的情況。在空載特性上， u=0 時，if=0；而在零功率因數(shù)曲線上，u=0 時，if = oc。為什么在零功率因數(shù)曲線上，電壓為零時，勵磁電流不為零呢？
（1）零功率因數(shù)特性是在 u=0定值條件下得到的，由于繞組中流過電流，產(chǎn)生漏抗壓降ixσ，所以需要一定勵磁電流，以產(chǎn)生電勢來平衡此漏電抗壓降。
（2）零功率因數(shù)曲線是在純電感負載下得到的，從圖右以看出，此時的電樞反應是一個純粹的去磁作用，所以再需要一定的勵磁電流來抵消此電樞反應去磁作用的影響。
圖5 同步發(fā)電機零功率因數(shù)負載特性的特性三角形
δabc稱為特性三角形，它的垂直邊是定子漏抗壓降，水平邊是電樞反應去磁磁勢，這兩邊都正比于電樞電流，因此在電樞電流一定時，此特性三角形的大小不變。所以當特性三角形的a點在空載特性上移動時，c點的軌跡就是零功率因數(shù)特性。當然也可以用作圖的方法求特性。
4．外特性：
（1）定義：在 n=n1，if=常數(shù)，cos＝常數(shù) 的條件下，同步發(fā)電機作單機運行，端電壓u隨負載電流而變化的關系特性曲線u=f（i）。
（2）感性負載，阻性負載電樞反應有去磁的作用，曲線下降
容性負載，助磁電樞反應，曲線為上升。
圖6 同步發(fā)電機外特性
（3）電壓變化率的概念
發(fā)電機在額定負載下i=in，，u=un運行時的勵磁電流稱為額定勵磁電流。保持此勵磁和轉速不變，卸去負載，讀取空載電動勢的電壓變化率
△u％是發(fā)電機性能的重要數(shù)據(jù)，以前人口調(diào)節(jié)勵磁時對△u％要求較嚴，而現(xiàn)代有快速的自動
調(diào)壓裝置，△u％放寬一些，但
汽輪機△u％（30－485）
凸極機△u％（18－30％）
5．調(diào)整特性：
調(diào)整特性：n=n1， u=const，cos=const，作單機運行，負載電流i與勵磁電流if的關系
物理意義：維持端電壓不變，勵磁電流需隨負載電流的大小變化進行調(diào)節(jié)；
在感性負載時，隨負載增大，需增加勵磁以抵消電樞反應的去磁作用；
在容性負載時，隨負載增大，需減小勵磁以平衡電樞反應的助磁影響。
圖6 同步發(fā)電機調(diào)整特性