Im Leerlauf der Synchronmaschine ist ihr Ständerstrom . Zur Aufnahme der Leerlaufkennlinie wird die Synchronmaschine vom Netz getrennt und durch eine zweite Maschine mit der synchronen Drehzahl angetrieben [6]. Aus dem Ersatzschaltbild erster Art gemäß Abbildung 3 ist ersichtlich, dass im Leerlauf der Magnetisierungstrom gleich dem Erregerstrom ist. Da an und keine Spannung abfällt, ist die Klemmenspannung gleich der induzierten Spannung . Das Zeigerdiagramm in Abbildung 13 verdeutlicht diesen Zusammenhang.
Die Leerlaufkennlinie (LLK) zeigt somit den Zusammenhang zwischen der induzierten Spannung und dem Erregerstrom .
Da die induzierte Spannung proportional der Grundwelle des Hauptflusses ist, entspricht die Leerlaufkennlinie der Magnetisierungskennlinie der Synchronmaschine.