同步發(fā)電機(jī)組按其設(shè)計(jì)的最佳運(yùn)行狀態(tài)稱為額定運(yùn)行狀態(tài)，額定參數(shù)包括電壓、定子電流、容量、功率因數(shù)、轉(zhuǎn)子電流、長期容許溫度和冷卻介質(zhì)溫度等。同步發(fā)電機(jī)在額定運(yùn)行狀態(tài)下，損耗小，效率高，轉(zhuǎn)矩均勻，一般應(yīng)使電機(jī)接近額定運(yùn)行狀態(tài)下運(yùn)行，但在運(yùn)行中時(shí)常要根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整各參數(shù)，但不應(yīng)超過允許范圍。
在穩(wěn)定運(yùn)行條件下，發(fā)電機(jī)組的容許運(yùn)行范圍由下述條件決定：
定子繞組溫升約束。定子繞組溫升由定子繞組電流決定，在額定電壓下，由發(fā)電機(jī)的額定視在功率所決定。發(fā)電機(jī)的三相繞組導(dǎo)體的截面積、發(fā)電機(jī)的冷卻系統(tǒng)都是按照額定電流設(shè)計(jì)的，運(yùn)行中的定子電流不可大于額定值。
勵(lì)磁繞組溫升約束。勵(lì)磁繞組溫升由勵(lì)磁電流所決定，即由發(fā)電機(jī)的空載電勢決定。發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁繞組截面積、冷卻系統(tǒng)、勵(lì)磁系統(tǒng)等是按照發(fā)電機(jī)額定運(yùn)行條件下所需要的勵(lì)磁電流-額定勵(lì)磁電流而設(shè)計(jì)的，所以運(yùn)行中的勵(lì)磁電流不可大于它的額定值。
原動(dòng)機(jī)輸出功率約束。原動(dòng)機(jī)的額定功率通常等于發(fā)電機(jī)的額定有功功率。原動(dòng)機(jī)出力和發(fā)電機(jī)的電磁負(fù)荷及機(jī)械強(qiáng)度都是根據(jù)額定有功功率設(shè)計(jì)的，雖有一些裕度（過載能力），但運(yùn)行中不宜超出pn。另外，還有最小功率pmin的限制，運(yùn)行時(shí)也不能小于此值。pmin的限制是由于原動(dòng)機(jī)和鍋爐（火電廠）的限制。汽輪機(jī)的最小允許功率約為額定值的10-20%，與汽輪機(jī)的類型和容量有關(guān)。水輪機(jī)的最小允許功率比汽輪機(jī)小一些。
進(jìn)相運(yùn)行時(shí)的靜態(tài)穩(wěn)定條件及定子端部溫升的約束。一般發(fā)電機(jī)在進(jìn)相運(yùn)行時(shí)容易發(fā)生不穩(wěn)定情況，這時(shí)就要限制輸出的有功功率或吸收的無功功率。
現(xiàn)以汽輪發(fā)電機(jī)（隱極）為例，具體說明其允許的運(yùn)行范圍。額定運(yùn)行條件下的相量圖（不計(jì)定子電阻r）如圖2-10所示，各相量均乘以相同的比例系數(shù)k。相量ao為額定電壓un的k倍，am為額定電流的k倍，滯后un的角度即為額定功率因數(shù)角，an為額定空載電勢eqn的k倍，與額定勵(lì)磁電流成正比。以o為原點(diǎn)作p-q直角坐標(biāo)系，使縱軸（p軸）垂直與ao。系數(shù)k=3un/xd，則on的長度為（3un/xd）inxd=sn，即發(fā)電機(jī)額定視在功率。on在p及q軸的投影，即為發(fā)電機(jī)的額定有功和無功功率。因此在p-q坐標(biāo)平面上，n為額定運(yùn)行點(diǎn)。
發(fā)電機(jī)的功率因數(shù)不等于額定值下運(yùn)行時(shí)，以定子電流（即視在功率）不超過額定值作為條件，運(yùn)行點(diǎn)應(yīng)限制在以o為圓心，以on為半徑的圓弧lnj以內(nèi)；以勵(lì)磁電流不超過額定值作為條件，則運(yùn)行點(diǎn)應(yīng)限制在以a點(diǎn)為圓心，以an為半徑的圓弧nb之內(nèi)；以不超過額定功率為條件，運(yùn)行點(diǎn)應(yīng)在水平線gfb以上。同時(shí)考慮上述四個(gè)條件，并在滯后功率因數(shù)負(fù)載情況下，p和q的允許運(yùn)行范圍為fb-bn-nc-cf所包圍的面積。
同步發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行時(shí)，定子和勵(lì)磁繞組的額定電流不是限制因素，主要受定子端部發(fā)熱的限制和受額定有功功率和最小允許有功功率的限制。進(jìn)相運(yùn)行的另一個(gè)限制因素是系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。發(fā)電機(jī)帶一定的有功功率時(shí)，吸收的無功功率愈大，勵(lì)磁電流與其成正比的空載電勢愈小。有功功率一定時(shí)，空載電勢愈小，功率角愈大，因而系統(tǒng)穩(wěn)定性愈差。但是穩(wěn)定性不僅與發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)有關(guān)，還與整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、參數(shù)、其他各臺發(fā)電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)以及發(fā)電機(jī)自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器的性能等相關(guān)，很難做出一般性結(jié)論。所以發(fā)電機(jī)進(jìn)相運(yùn)行的允許范圍不像相位滯后運(yùn)行那樣具有確定性，圖（1）中的進(jìn)相運(yùn)行范圍ch-hg-gf是一個(gè)大致情況。圖1 同步發(fā)電機(jī)允許運(yùn)行范圍