Угловой характеристикой синхронной машины называют зависимость 
при постоянных токе возбуждения, напряжении и частоте сети (
,
, 
). Знание этой характеристики позволяет установить ряд важных свойств синхронной машины, определяющих устойчивость ее работы параллельно с сетью.
Найдем эту зависимость для синхронной машины с явнополюсным ротором, полагая, что сопротивление якоря равно нулю (
) и машина не насыщена.
Активная мощность синхронной машины определяется выражением
.
Для преобразования этого выражения в искомую зависимость 
воспользуемся векторной диаграммой синхронной машины, включенной в мощную сеть с напряжением 
и 
и работающей в режиме генератора с выдачей реактивной мощности в сеть (рис. 5.37).
Согласно векторной диаграмме
.
С учетом этого соотношения выражение для активной мощности преобразуется к виду
.
Учитывая, что
, 
,
выразим активную мощность через продольную 
и поперечную 
составляющие тока якоря:
.
Из векторной диаграммы находим выражения для продольной 
и поперечной 
составляющих тока якоря:
; 
.
Подставляя эти выражения в формулу для активной мощности, получим
.
Если синхронная машина имеет неявнополюсный ротор (
), то второе слагаемое обращается в нуль и
.
Согласно этому выражению угловая характеристика неявнополюсной машины является синусоидальной функцией угла q (рис. 5.38). При 
мощность 
, машина работает в генераторном режиме. При 
мощность 
, машина работает в режиме двигателя. При 
синхронная машина развивает максимальную по модулю мощность
.
Величина максимальной мощности 
прямо пропорциональна току возбуждения 
(определяющему ЭДС 
) и обратно пропорциональна полному индуктивному сопротивлению якоря по продольной оси 
. При проектировании синхронной машины сопротивление 
выбирают так, чтобы при номинальном токе возбуждения 
кратность максимального момента была не менее 1,7,
.
Выражение для угловой характеристики 
явнополюсной синхронной машины содержит составляющую, зависящую от 
(рис. 5.39). Эта составляющая обусловлена магнитной несимметрией ротора и появлением в связи с этим в явнополюсной машине чисто магнитного вращающего момента из-за стремления ротора ориентироваться по оси магнитного поля (подобно магнитной стрелке компаса). Этот эффект существует даже при отсутствии возбуждения (
).
Синхронные машины, работающие без возбуждения, называются реактивными. Они имеют небольшую мощность (несколько киловатт). С целью повышения мощности в них стремятся конструктивными мерами увеличить разницу между сопротивлениями 
и 
, так чтобы отношение 
. В синхронных машинах нормального исполнения отношение 
. Поэтому амплитуда второй гармоники мощности не превышает 25% от амплитуды первой гармонической составляющей.
