1．空载特性
同步发电机的空载、短路及零功率因数特性都是同步发电机的基本特性，通过它们可以求出同步电机的同步电抗及漏电抗，以确定同步发电机的其他特性。
当同步发电机运行于n=n1，ia=0时，即称为空载运行。
（1）同步发电机空载特性曲线的测定
同步发电机达到同步转速后，加入励磁电流，改变励磁电流，空载电势也随之改变。
①励磁电流由零升至最大值
②励磁电流由最大值降为零
由于铁磁材料磁滞的原因，
空载电势略有不同，一般取下降得空载特性曲线
图1 同步发电机空载特性曲线
显然，此时我们通过改变励磁电流，则气隙中的旋转磁通及电枢绕组中的感应电动势都会随之发生变化。
（2）空载特性：空载时不同励磁电流和产生空载电势之间的关系，
图2 同步发电机空载特性
因e0正比于0，而励磁电流又正比于励磁磁势，所以空载特性曲线与电机的磁化曲线在形状上完全相同。空载特性主要有两个用处：
①空载特性可以反映出电机设计是否合理。如同前面所分析的情况一样，额定电压应位于空载特性开始弯曲的部分，这样才比较经济合理。
②同步电抗是同步电机中一个极为重要的参数，同步电机的许多性能由它所决定。空载特性配合短路特性可以求出同步电抗。
2．短路特性
当同步发电机运行于n=n1，电枢三相绕组持续稳态短路（即u=0）时，称为短路运行。如改变它的励磁电流，三相短路电流也随之而改变。短路特性就是研究这两个量之间的变化关系，ik =f（if）曲线。
如果略去电枢电阻:
得到：
因为忽略了电阻效应，电枢是纯电感电路，短路电流滞后于电势90电角度，所以产生的电枢反应是直轴去磁效应。此时电机内的磁通很弱，磁路是不饱和的，所以同步电抗为一个常数。
图3 同步发电机短路特性
同步发电机定子绕组的出线端短路后，电枢电流i随励磁电流if变化，两者为什么成正比关系？
若忽略ra， 则
三相短路时，由于滞后于90电角度，即ψ=90°，因此在凸极电机中，短路电流全是直轴分量，而交轴分量为零。所以
由于电枢磁势的直轴去磁作用，使电机中磁通小，磁路也不饱和，所以式上式中的xd也是一个常数。
同步发电机在三相稳态短路时，由于短路电流所产生的电枢磁势对主磁极去磁，减少了电机中的磁通及感应电势，使短路电流不致过大，所以稳态的三相短路是没有危险的。
3．同步发电机的零功率因数负载特性
同步发电机的负载特性是在 n=nn、i=常数、cos=常数的条件下，端电压与励磁电流之间的关系曲线 u=f（if），如图所示。其中以零功率负载特性最有实用价值。
零功率因数负载特性由可变纯电感负载条件确保cosφ≈ 0 ，通过试验测得最右侧的一条曲线），测试中通常保持电枢电流 i=in。
图4 同步发电机零功率因数负载特性
当电机容量较大时，由曲线逐点测取所要求的负载条件的作法代价很高。实用的作法是将电机并入电网作空载运行，调节励磁电流使电枢输出无功电流为in，则得曲线上的额定点q。再做电机的短路试验，测得 ik=in时的励磁电流为 ifk，又得曲线上另一点，即短路点，工程中有这两点就够用了。
（1）零功率因数负载下的电磁关系
由于同步电机是在电感负载下运行，而电机本身的阻抗也是电感性的，因此，电势和电流之间夹角ψ=90°，所以电枢反应是纯粹的直轴去磁效应。
同步发电机在电感负载下运行，磁极磁势补偿了电枢反应去磁磁势后，剩余部分在电机气隙内产生磁通。所以励磁电流增加时，磁路能逐渐饱和，电压上升逐渐缓慢，使曲线弯曲，实际上，零功率因数特性曲线的形状与空载特性曲线颇为类似。
纯感性负载，纯去磁作用的电枢反应 faq=0， fad=faa
端电压
在上图中我们可以看出，当u=0时的情况。在空载特性上， u=0 时，if=0；而在零功率因数曲线上，u=0 时，if = oc。为什么在零功率因数曲线上，电压为零时，励磁电流不为零呢？
（1）零功率因数特性是在 u=0定值条件下得到的，由于绕组中流过电流，产生漏抗压降ixσ，所以需要一定励磁电流，以产生电势来平衡此漏电抗压降。
（2）零功率因数曲线是在纯电感负载下得到的，从图右以看出，此时的电枢反应是一个纯粹的去磁作用，所以再需要一定的励磁电流来抵消此电枢反应去磁作用的影响。
图5 同步发电机零功率因数负载特性的特性三角形
δabc称为特性三角形，它的垂直边是定子漏抗压降，水平边是电枢反应去磁磁势，这两边都正比于电枢电流，因此在电枢电流一定时，此特性三角形的大小不变。所以当特性三角形的a点在空载特性上移动时，c点的轨迹就是零功率因数特性。当然也可以用作图的方法求特性。
4．外特性：
（1）定义：在 n=n1，if=常数，cos＝常数 的条件下，同步发电机作单机运行，端电压u随负载电流而变化的关系特性曲线u=f（i）。
（2）感性负载，阻性负载电枢反应有去磁的作用，曲线下降
容性负载，助磁电枢反应，曲线为上升。
图6 同步发电机外特性
（3）电压变化率的概念
发电机在额定负载下i=in，，u=un运行时的励磁电流称为额定励磁电流。保持此励磁和转速不变，卸去负载，读取空载电动势的电压变化率
△u％是发电机性能的重要数据，以前人口调节励磁时对△u％要求较严，而现代有快速的自动
调压装置，△u％放宽一些，但
汽轮机△u％（30－485）
凸极机△u％（18－30％）
5．调整特性：
调整特性：n=n1， u=const，cos=const，作单机运行，负载电流i与励磁电流if的关系
物理意义：维持端电压不变，励磁电流需随负载电流的大小变化进行调节；
在感性负载时，随负载增大，需增加励磁以抵消电枢反应的去磁作用；
在容性负载时，随负载增大，需减小励磁以平衡电枢反应的助磁影响。
图6 同步发电机调整特性