三次谐波励磁发电机因具有良好的相复励特性,以及励磁结构简单等优点在中小型同步发电机中得到了较广泛的应用。然而,起励不便、谐波励磁功率不足,以及无刷化等问题仍是这种发电机存在的普遍问题。永磁电机因永磁体的存在,具有建压迅速、效率高,以及结构简单等优点。因此,本文将对三次谐波励磁与永磁励磁相结合形成的新型发电机的基本结构、工作机理、性能计算以及样机实验等进行研究。提出了一种基于三次谐波与永磁体励磁的无刷混合励磁同步发电机,该发电机在传统有刷三次谐波混合励磁电机的基础上,通过在转子上布置与定子三次谐波绕组节距相同的谐波绕组,借助定子三次谐波绕组与转子谐波绕组之间的电磁感应作用,将励磁功率传递到转子侧,实现了电机的无刷化。分析了三次谐波无刷同步发电机中定子三次谐波绕组和转子谐波绕组电动势的产生机理及无刷励磁原理,并给出了三次谐波无刷混合励磁同步发电机基本结构。运用电磁场分析软件,建立了三次谐波无刷混合励磁同步发电机有限元模型,计算了定子基波绕组和三次谐波绕组空载特性、转子谐波绕组空载特性,以及三次谐波励磁系统的运行特性。研制了一台三次谐波无刷混合励磁发电机样机,搭建了该样机测试平台,并对运行性能进行了测试。理论计算和实验结果均表明:该混合励磁发电机通过改变定子三次谐波绕组电流大小,可以调节发电机端电压,且两者结果基本吻合,验证了提出的无刷励磁原理的正确性,以及计算方法的准确性。