电枢绕组不带任何负载时的运行情况，称为空载运行。空载运行是同步发电机最简单的运行方式，其气隙磁场由转子磁势单独建立，分析较为简单。
一、空载气隙磁场
凸极电机：气隙不均、径向磁密分布近似于平顶的波形、中线上磁密为0、磁密分解出空间基波和谐波。偏心气隙可以使气隙磁密分布接近正弦。
隐极电机：气隙视为均匀、励磁磁势分布为阶梯形、齿槽影响与磁密波动。合理地选择大齿的宽度可以使气隙磁密分布接近正弦。
感应电势的波形和大小与气隙磁密的分布形状及幅值大小紧密相关，在设计和制造电机时，应采取适当的措施，以获得尽可能接近正弦分布的气隙磁密，从而得到品质较高的感应电势。
二、空载特性
空载特性： n=n1, ia=0时, e0=f(if), e0∝ff，if∝ff
空载特性e0=f(if)与电机磁路的磁化曲线fff(ff)具有类似的变化规律。
当if较小时，ff较小，磁路不饱和，e0=f(if)呈直线（将其延长后的射线称为气隙线）。
if增大时，磁路逐渐饱和，磁化曲线开始进入饱和段。
为了合理地利用材料，空载额定电压un一般设计在空载特性的弯曲处。
空载特性可以通过计算或试验得到。试验测定的方法与直流发电机类似。
同步电机的空载特性也常用标么值表示，空载电势以额定电压un为基值，取e0=un时的励磁电流ifn(称为额定励磁电流)为励磁电流的基值。
用标么值表示的空载特性具有典型性，不论电机容量的大小，电压的高低，其空载特性彼此非常接近。
空载特性在同步发电机理论中有着重要作用：
① 判断电机设计是否合理。
②空载特性结合短路特性(在后面介绍 )可以求取同步电抗的不饱和值。
③通过测取空载特性来判断三相绕组的对称性以及励磁系统的故障。