Турбогенераторы и гидрогенераторы большой мощности редко работают на автономную сеть или автономную нагрузку, но эти режимы важны для понимания процессов при включении генераторов в электрические сети, объединяющие несколько генераторов.

Под холостым ходом (или по зарубежной терминологии, под работой с открытым контуром) понимается режим работы генератора, при котором ток в обмотке статора (якоря) равен нулю. Обмотка статора при этом не присоединена ни к какой нагрузке, ни к какому-либо источнику напряжения. Магнитное поле в генераторе при холостом ходе создается только магнитодвижущей силой (F_f) обмотки возбуждения.

Магнитное поле возбуждения, как уже отмечалось ранее, индуктирует электродвижущую силу (ЭДС) обмотки статора (Е₁). Характерный вид зависимости Е₁ от F_f (или I_f) называется характеристикой холостого хода (XXX). Характеристика холостого хода — это зависимость Е₁ от F_f при постоянной частоте вращения ротора (n₂ = const), т.е. при постоянной частоте изменения ЭДС обмотки статора.

Начальная часть XXX (рис. 2.7) линейна, а при дальнейшем увеличении тока возбуждения пропорциональный рост Е₁ замедляется. Это явление вызвано так называемым насыщением ферромагнитных материалов магнитопроводов электрических машин. Электродвижущая сила обмотки статора пропорциональна изменению частоты вращения ротора.

Следующее важное семейство характеристик генераторов — это зависимости токов обмотки статора (I_к) от токов обмотки возбуждения при коротком замыкании зажимов обмотки статора, т.е. характеристики короткого замыкания (рис. 2.8).

В отличие от XXX характеристики короткого замыкания (ХКЗ) строго линейны, так как магнитное поле генератора в этом режиме определяется магнитодвижущими силами двух обмоток (статора и ротора), действующими при КЗ навстречу друг другу.

Это приводит к уменьшению результирующего магнитного потока, исчезновению насыщения магнитопроводов и линейности характеристик КЗ.

Особенностью характеристик КЗ является неодинаковость токов обмотки статора при различных видах КЗ. Наиболее тяжелые последствия вызывает КЗ одной фазы (I_к1) или нескольких ее витков, т.е. неполное кроткое  замыкание. Присоединение генератора к нагрузкам с разным соотношением активных и реактивных (индуктивности и емкости) сопротивлений изменяет зависимость напряжения (U₁) обмотки статора от тока нагрузки (I₁). Эти характеристики называются внешними (рис. 2.9).

Наибольшее падение напряжения на зажимах обмотки статора будет при нагрузке, которая по своему характеру совпадает с внутренними сопротивлениями обмоток генератора, а именно, индуктивной (cosφ = 0). При емкостном характере нагрузки (cos(-φ) = 0) напряжение будет даже возрастать, что нежелательно, так как это может привести к неустойчивому режиму.

При активном характере нагрузки (cosj = 1) напряжение обмотки статора уменьшается, но в меньшей степени, чем при cosj = 0.

Для поддержания постоянного напряжения обмотки статора при нагрузках разного характера необходимо изменять ток обмотки возбуждения по различным законам. Эти характеристики называются регулировочными (рис. 2.10).

Сравнивая внешние (см. рис. 2.9) и регулировочные (см. рис. 2.10) характеристики, можно легко установить их взаимную зависимость.