短路特性是指保持同步发电机在额定转速状况下，将定子三相绕组短路，定子绕组的相电流Ik（稳态短路电流）与转子励磁电流If的关系。

图3.23　同步发电机短路试验接线图

1.短路特性

如图3.23所示为同步发电机短路试验接线图。试验时，电枢绕组三相端点短路，原动机拖动转子到同步转速nN，调节励磁电流If从0增加到1.2IN为止。记录不同短路电流时的Ia=Ik、If，作出短路特性Ik=f（If），如图3.24所示。

短路试验时，发电机的端电压U=0，限制短路电流的仅是发电机的内部阻抗。由于一般同步发电机的电枢电阻Ra远小于同步电抗xd，所以短路电流可认为是纯感性的，即ψ≈90°。此时的电枢磁动势基本上是一个纯去磁作用的直轴磁动势，此时电枢绕组的电抗为直轴同步电抗xd。发电机中气隙合成磁动势数值很小，致使磁路处于不饱和状态，所以短路特性为一直线，如图3.24所示。即

图3.24　同步发电机短路特性

2.同步电抗的确定

短路试验时，短路电流为纯感性的，电枢反应起去磁作用，使磁路处于不饱和状态，所以在气隙线和短路特性曲线上查出励磁电动势和短路电流Ik，从而求得直轴同步电抗xd的不饱和值。即

发电机一般在额定电压下运行，磁路总是较饱和，因此确定xd的饱和值时，在空载特性曲线上取对应额定电压UN的励磁电流为If0，再从短路特性曲线上求取对应If0的短路电流为Ik，则xd的饱和值为

在凸极同步发电机中，利用上述方法可求取直轴同步电抗xd，再利用经验公式近似求取交轴同步电抗xq，即

3.短路比KC(www.daowen.com)

在同步电机的设计与试验中，短路比是一个常用数据。短路比是空载时使空载电压为额定值的励磁电流If0与短路时使短路电流为额定值的励磁电流Ifk的比值。短路比用KC表示，则

式（3.27）表明：短路比是直轴同步电抗不饱和值的标么值的倒数乘以空载额定电压时的主磁路的饱和系数Ku。短路比是反映电机综合性能的一个指标，它既和电机的体积大小、材料以及造价等因素有关，又和电机的运行性能有关。短路比对电机的影响如下：

（1）短路比大，则同步电抗小，负载变化时发电机的电压变化就小，并联运行时发电机的稳定度较高；设计上，电机气隙较大，则转子的额定励磁磁动势和用铜量增大。

（2）短路比小，则同步电抗大，这时短路电流较小，但是负载变化时发电机的电压变化就大，发电机的稳定度较差。

因此设计合理的同步发电机，短路比的选择要兼顾运行性能和电机造价这两方面。由于水电站输电距离一般较长，稳定性问题比较严重，所以对水轮发电机要求选择较大的短路比，一般取KC=0.8～1.3，对汽轮发电机要求KC=0.5～0.7。

【例3.3】 一台QFSS-200-2型双水内冷汽轮发电机，UN=15.75kV，cosφN=0.85，IN=8625A，星形连接。空载实验：U=UN=15.75kV时，If0=630A；从气隙线查得：UN=15.75kV时，Ifδ=560A。短路试验的数据为：

试求发电机直轴同步电抗值及其标幺值。

解：

在气隙线上，对应Ifδ的E0=15.75kV。

在短路特性曲线上，对应Ifδ的Ik=4270A，则直轴同步电抗的不饱和值为

在短路特性上，对应If0的Ik=4810A，则直轴同步电抗的饱和值为