Устройство обмотки статора синхронной машины такое же, как и у обмотки асинхронной машины, но в ней магнитный поток возбуждает постоянный ток. При холостом ходе синхронного генератора поток, который сцепляется с одним витком обмотки якоря, изменяет свое значение в пределах от + Ф до – Ф; значит, среднее значение э. д. с., которая индуктируется в витке за полупериод переменного тока.
Если учесть, что действующее значение э. д. с. равно среднему значению, которое умножено на коэффициент формы кривой поля kФ, действующее значение э. д. с., образовывающейся в одном витке. Так как секции, которые образуют фазы обмотки, являются распределенными по нескольким пазам, их э. д. с. складываются геометрически. Это учитывают в расчетах э. д. с. обмотки, применяя обмоточный коэффициент kоб < 1. Подобное геометрическое сложение э. д. с. каждого из витков представляет собой определенную потерю в величине э. д. с. Однако оно оправдывается тем, что лучше используется окружность якоря. Одной из основных характеристик синхронного генератора является зависимость потока и э. д. с. машины от намагничивающего тока.
В случае холостого хода синхронного генератора его э. д. с. создает только главный магнитный поток, следовательно, при имеющихся условиях с постоянной частотой вращения кривая Е = F(Iв) похожа на кривую Ф = F1(Iв), отличаясь от нее только по масштабам. Эту зависимость называют характеристикой холостого хода, а также магнитной характеристикой. Магнитную характеристику можно построить на основании расчета магнитных цепей машины. В эту цепь входят пять основных участков: воздушный зазор, зубцы статора, спинки статора, полюсной сердечника с башмаками и ярмо ротора. Сумму магнитных напряжений Нкlк данных пяти участков дает полный ток (Iв?в) обмотки возбуждения ротора, который необходим для создания определенного заданного значения потока в воздушных зазорах машины. Построение характеристик должно основываться на расчетах не менее пяти значений потока.
Магнитные поля нагруженной синхронной машины возбуждают не только намагничивающие силы ротора, но и намагничивающие силы обмотки якоря, который обтекается нагрузочным током. Иначе говоря, синхронные машины, как и машины постоянного тока, испытывают на себе реакцию якоря, т. е. действие намагничивающей силы якоря на основное магнитное поле машины. Форму кривой э. д. с. нагруженного генератора определяет не только поле ротора, но и распределение поля статора. Поле статора тоже должно быть синусоидальным, чтобы суммарное поле и кривая э. д. с. нагруженной машины оставались синусоидальными.
При сопоставлении синхронной машины с асинхронной в последней ток статора автоматически изменяется вместе с изменением тока ротора, т. е. почти постоянным поток в воздушном зазоре сохраняется. Однако изменения тока статора синхронной машины не приводит к изменению постоянного тока возбуждения. Поэтому суммарное магнитное поле синхронной машины изменяется с изменением нагрузки, при этом изменяется и вид реакции якоря.
В синхронных генераторах такие влияния силы тока и сдвига фаз нагрузки на напряжение машины являются отрицательными. Для сведения влияния реакции якоря к минимуму нужно, чтобы намагничивающей силой якоря можно было пренебречь по сравнению с намагничивающей силой ротора. Для этого увеличивают магнитное сопротивление машины.
Проще всего осуществить данное повышение увеличением воздушного зазора машины. Но при этом необходимо соответственно увеличить намагничивающую силу ротора; для синхронной машины данное увеличение возможно, так как энергия магнитного поля ротора не изменяется, а возбудитель синхронной машины должен давать энергию только для компенсации тепловой потери цепи ротора.
Реакция якоря присутствует и в синхронным двигателях, но поскольку эти двигатели обладают формой кривой э. д. с., которая практически малосущественна, реакция якоря в них не учитывается.