目前,三次谐波励磁已成为同步发电机一种常用的励磁方式。但是,由于三次谐波磁场受磁路饱和、气隙、齿槽和磁极形状的影响很大,目前的设计方法缺乏对三次谐波励磁的准确分析计算,所以无法把握三次谐波励磁系统空载和负载性能。为此,本文根据有限元原理,利用ANSYS软件对三次谐波励磁同步发电机空载和负载时的电磁场进行了大量的计算,应用齿磁通法来计算谐波励磁同步发电机空载和负载时基波绕组和谐波绕组电压的大小和波形。并提出了一种分析三次谐波励磁同步发电机谐波绕组空载特性的新方法——三段法。 根据有限元原理,本文首先对ANSYS有限元分析软件提供的图形用户界面与命令流两种方式来分析电机电磁场问题进行了详细的介绍,并对利用ANSYS采用半周期性边界条件来计算电机电磁场进行了研究,开发了基于ANSYS命令流方式的空载和负载电磁场计算软件。利用该软件对三次谐波励磁同步发电机空载和负载时的电磁场进行了大量的计算。然后论述了两种计算绕组感应电势的方法——傅立叶分解法和齿磁通法,并分析了这两种计算方法的优缺点。通过改变励磁电流的大小,得到了基波绕组和三次谐波绕组的空载特性曲线。 为了把握三次谐波励磁系统的空载性能,本文提出了应用三段法来分析三次谐波励磁同步发电机谐波绕组空载特性。根据三段法,分析了极弧系数、气隙、阻尼绕组和磁路饱和等因素对谐波空载特性的影响,为分析谐波励磁同步发电机谐波绕组空载特性提供了一种新的思路和分析方法。 最后,对谐波励磁同步发电机的负载运行进行了计算,得到了基波绕组和谐波绕组的电压大小和波形以及电枢反应特性曲线。与实验结果对比,基本吻合。本文的研究结果为三次谐波励磁分析提供了一种新的思路,也为三次谐波励磁发电机的设计和研究提供了坚实的理论基础和强有力的设计手段。