Для анализа свойств синхронной машины, работающей параллельно с сетью, наряду с угловой характеристикой 
важное значение имеют U-образные характеристики, представляющие зависимость тока якоря в функции тока возбуждения 
при постоянных активной мощности, напряжении и частоте сети (
, 
, 
). U-образные характеристики могут быть построены с помощью векторных диаграмм, учитывающих насыщение стали. На рис. 5.41 приведены векторные диаграммы неявнополюсного синхронного генератора (
).
В соответствии с условием 
активная составляющая тока якоря
,
поэтому концы вектора тока 
будут лежать на линии I, перпендикулярной вектору напряжения 
, а концы вектора результирующей ЭДС
будут лежать на линии II, параллельной вектору напряжения. Цифрами на этих линиях отмечены расчетные точки U-образной характеристики для мощности 
, соответствующей току 
Модуль ЭДС 
определяет по характеристике холостого хода суммарную МДС 
. Вектор 
опережает ЭДС 
на 90°. Вычитая из него вектор МДС реакции поля 
, находим вектор МДС обмотки возбуждения
и соответствующий ему ток возбуждения
.
Геометрическим местом концов вектора МДС 
является линия IV, на которой цифрами указаны расчетные точки, соответствующие заданным токам якоря на линии I.
Полученная таким образом зависимость 
представлена на рис. 5.42 с отмеченными на ней расчетными точками.
Аналогично производится построение U-образных характеристик для других значений активной мощности. Минимумы U-образных характеристик соответствуют активным составляющим тока якоря, поэтому линия, соединяющая минимумы, представляет собой регулировочную характеристику генератора при 
. Точки U-образной характеристики, лежащие правее ее минимума, соответствуют режиму перевозбуждения, а левее - режиму недовозбуждения.
В режиме перевозбуждения ток якоря 
отстает от напряжения 
, машина отдает в сеть реактивную мощность (
). В режиме недовозбуждения ток 
опережает вектор напряжения 
, синхронная машина потребляет из сети реактивную мощность (
).
Минимальное значение тока возбуждения ограничивается пределом статической устойчивости генератора 
, равным мощности 
, при которой построена U-образная характеристика. Максимальная величина тока определяется допустимым перегревом обмотки возбуждения.
