Для статора синхронной машины можно составить уравнение Кирхгофа, аналогично тому, как это делается для асинхронных машин. В нем нужно учесть падение напряжения на активном сопротивлении обмотки статора ; ЭДС, наводимую магнитным потоком ротора, ; ЭДС потока рассеяния и ЭДС, наводимую потоком реакции якоря, .

Знак плюс в уравнении статора соответствует режиму работы машины двигателем, а минус – генератором. Индуктивные сопротивления рассеяния и реакции якоря можно рассматривать как суммарное синхронное сопротивление . Можно также упростить уравнение с учетом того, что обычно .

На рисунке (б) приведена векторная диаграмма для режима работы двигателем, соответствующая уравнению . Здесь вектор ЭДС отстает от напряжения на угол нагрузки q , а вектор тока статора – на от вектора , замыкающего треугольник векторов напряжений.

При работе синхронной машины в режиме генератора на сеть с тем же напряжением направление тока поменяется на противоположное и уравнение статора примет вид . Изменится также знак угла нагрузки q . Теперь ЭДС будет опережать и векторная диаграмма примет, показанный на рисунке (в).