三相短絡曲線

同期発電機の特性を把握するためには、無負荷飽和曲線とこの三相短絡曲線の2つが必要となる。一般に、同期発電機は内部インピーダンスが大きいため、出力の変化による電圧変動率が大きいという特性を持つ。三相短絡曲線は、この内部インピーダンスの主成分である同期インピーダンスを算出するために用いられる。

三相短絡曲線は、界磁電流 ${\displaystyle I_{f}}$ に対して電機子短絡電流 ${\displaystyle I_{s}}$ をプロットすると、原点を通るほぼ直線になるという大きな特徴がある。

無負荷飽和曲線が磁気飽和（界磁電流を増やしても磁束が増えにくくなる現象）によって頭打ちの曲線になるのに対し、短絡曲線が直線になる理由は以下の通りである。

• 電機子反作用の影響: 短絡状態では、電機子巻線に流れる電流は端子電圧に対して位相がほぼ ${\displaystyle 90^{\circ }}$ 遅れた遅れ電流となる。この電流による電機子反作用は、主磁束を打ち消す方向（減磁作用）に強く働く。
• 磁気飽和の回避: 強烈な減磁作用により、鉄心内部の有効磁束は非常に低いレベルに抑えられる。そのため、界磁電流を増加させても鉄心が磁気飽和を起こさず、界磁電流と短絡電流が比例関係を維持する。

三相短絡曲線からは、発電機の電気的性能を測る重要な指標が得られる。

ある界磁電流における無負荷時の相電圧 ${\displaystyle V_{0}}$ と、同じ界磁電流における短絡電流 ${\displaystyle I_{s}}$ から、同期インピーダンス ${\displaystyle Z_{s}}$ は次のように求められる。

${\displaystyle Z_{s}={\frac {V_{0}}{I_{s}}}\quad [\Omega ]}$

短絡比（たんらくひ、short-circuit ratio）${\displaystyle K_{s}}$ は、発電機の安定度や電圧変動の度合いを示す無次元数であり、以下のように定義される。

${\displaystyle K_{s}={\frac {I_{f1}}{I_{f2}}}}$

• ${\displaystyle I_{f1}}$：無負荷で定格電圧を発生させるのに必要な界磁電流
• ${\displaystyle I_{f2}}$：三相短絡状態で定格電流を流すのに必要な界磁電流

短絡比が大きい機械は、同期インピーダンスが小さく、電圧変動率が小さい。また、過渡安定度が高いため、長距離送電や大容量機に適している。