基于傅里叶分解原理的同步电机三次谐波磁场分析

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关于三次谐波

三次谐波电流主要来自于单相整流电路。

图示的是一个典型的单相整流电路，电路中的电容是平滑电容，大部分整流电路中都包含这个电容，否则直流电压的纹波很大。

这个电容是导致三次谐波电流的主要原因。

熟悉电路的人都知道，平滑电容的电压被充电到交流电的峰值后，就维持在交流电峰值附近。

当交流电的电压低于电容上的电压时，电网上没有电流流入负载。

这时，负载的电流由电容供给，随着输出电流，电容的电压开始降低，在某个时刻，交流电的电压会高于电容上的电压，这时，电网上才会有电流流入电容(给电容充电，使电容上的电压升高)和负载中。

因此，电网仅在接近电压峰值的时刻向负载输入电流，电流的形状为脉冲状。

通过付立叶分析可知，这种脉冲状的波形包含丰富的三次谐波成分。

脉冲状的电流中包含了高次谐波成分，3次谐波电流最大。

传统负荷与现代符合的重要区别是，传统负荷大部分是线性负荷，现代负荷大部分是非线性负荷：1.通信设备、ＵＰＳ电源2.电脑为代表的信息设备、办公自动化设备3.大型医疗设备4.电视机为代表的家用电器，特别是变频空调、电磁炉等5.节能灯、调光灯等照明设备6.大尺寸的ＬＥＤ屏幕电视机和计算机电流波形调光灯和节能灯电流波形电视机和计算机的电流为很窄的脉冲波，这是很典型的单相整流电路的电流波形，实际上，任何使用开关电源作为直流电源的设备都。

会产生这种电流的波形。

这是三次谐波电流的主要来源。

目前大量使用的大尺寸LED屏幕，采用很多开关电源并联供电，因此LED 屏幕产生的3次谐波电流很大。

节能灯也是目前常见的负载，他的电流也是脉冲状的。

实际上，现代建筑物中，节能灯导致的三次谐波电流已经成为主要的危害。

三次谐波引起跳闸常识告诉我们，电流的持续时间短了，要保持一定的有效值，就必须具有更高的峰值。

这个图中所显示的是一台1500W的设备，按照正弦波电流计算，电流的有效值应该为7A左右，峰值电流为10A左右，但是，这里的峰值达到了60A。

这就会导致通过检测峰值电流工作的保护装置误动作三次谐波引起变压器过热普通变压器消谐波变压器谐波电流在流过变压器时，会造成变压器的损耗增加，从而导致变压器的温度过高。

基于气隙磁场调制理论的永磁同步电机磁场分析与特性对比

中图分类号：ＴＭ３５１文献标志码：Ａ文章编号：１００４⁃７０１８（２０２１）０５⁃００２５⁃０６
ＭａｇｎｅｔｉｃＦｉｅｌｄＡｎａｌｙｓｉｓａｎｄＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＣｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆＰｅｒｍａｎｅｎｔＭａｇｕｅｔＳｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ
ＭｏｔｏｒＢａｓｅｄｏｎＡｉｒ⁃ＧａｐＦｉｅｌｄＭｏｄｕｌａｔｉｏｎＴｈｅｏｒｙ
（ＦＳＣＷ），ｐｅｒｍａｎｅｎｔｍａｇｎｅｔｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｍａｃｈｉｎｅ，ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ，ｔｏｔａｌｈａｒｍｏｎｉｃｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎｒａｔｅ（ＴＨＤ）
齿上，电机槽满率高、绕组端部短且利用率高。但是
０引言
随着永磁材料的发展，永磁同步电机因其转矩
是初始励磁磁动势经过调制器的调制形成的；气隙
电枢反应磁场可以看作是绕组通电后产生的磁动势
经过调制器的调制形成的。空载运行绕组作为滤波
器选择有效谐波产生反电动势，负载运行时永磁磁
场和电枢反应磁场相互作用产生转矩。
本文选择的是表贴式ＩＳＤＷ和ＦＳＣＷ永磁同步
电机，其转子铁心是光滑的圆柱形，因此转子铁心并
２０２１年第４９卷第５期

Ｄ
设计分析
ｅｓｉｇｎａｎｄａｎａｌｙｓｉｓ
基于气隙磁场调制理论的永磁同步电机磁场分析与特性对比
刘亚平１，胡青璞１，刘朝阳２
（１黄河水利职业技术学院电气工程学院，开封４７５００４；２中国联合网络通信濮阳分公司，濮阳４５７３００）
摘要：从气隙谐波磁场的角度对具有相同尺寸参数的１２槽４极整数槽分布绕组与６槽４极分数槽集中绕组
永磁同步电机进行了综合对比。基于气隙磁场调制理论，建立了分布绕组与集中绕组永磁同步电机的气隙永磁磁

基于maxwell通过傅里叶变换获取谐波幅值的方法

基于maxwell通过傅里叶变换获取谐波幅值的方法
Maxwell电磁场理论是研究电磁场规律的基础，傅里叶变换则是分析信号频谱的重要工具。

本文介绍一种基于Maxwell电磁场理论，通过傅里叶变换获取谐波幅值的方法。

首先，根据Maxwell方程组，可以得到电磁波的传播方程。

在该方程中，电磁场可以分解为基波和谐波的叠加。

基波是频率最低的分量，而谐波则是频率是基波的整数倍的分量。

因此，如果我们想要获取某一频率的谐波幅值，可以先通过Maxwell方程组求解出该频率对应的电磁场分量，然后再进行傅里叶变换。

具体地，假设我们想要获取第n个谐波的幅值，首先需要将Maxwell方程组中的电磁场分解为基波和谐波两部分。

然后，我们可以用复数形式表示电磁场，即E=E0exp(jωt)，其中E0表示复振幅，ω是角频率。

在该形式下，电磁场的傅里叶变换为：
F(ω)=2π∫E0exp(-jωt)dt
根据傅里叶变换的性质，我们可以将上式中的E0表示为：
E0=F(-ωn)+F(ωn)
其中，ωn=2πn/T，T是周期。

因此，我们可以通过求解Maxwell 方程组得到频率为ωn的电磁场分量，然后进行傅里叶变换，就可以得到第n个谐波的幅值了。

需要注意的是，Maxwell方程组的求解需要使用数值计算方法，而且由于实际电磁场中存在噪声干扰等因素，所以傅里叶变换的结果也可能存在误差。

因此，在实际应用中需要进行合理的处理和分析。

3次谐波

在电力系统中谐波产生的根本原因是由于非线性负载所致。

当电流流经负载时，与所加的电压不呈线性关系，就形成非正弦电流，即电路中有谐波产生。

谐波频率是基波频率的整倍数，根据法国数学家傅立叶(M．Fourier)分析原理证明，任何重复的波形都可以分解为含有基波频率和一系列为基波倍数的谐波的正弦波分量。

谐波是正弦波，每个谐波都具有不同的频率，幅度与相角。

谐波可以区分为偶次与奇次性，第3、5、7次编号的为奇次谐波，而2、4、6、8等为偶次谐波，如基波为50Hz时，2次谐波为l00Hz，3次谐波则是150Hz。

一般地讲，奇次谐波引起的危害比偶次谐波更多更大。

在平衡的三相系统中，由于对称关系，偶次谐波已经被消除了，只有奇次谐波存在。

对于三相整流负载，出现的谐波电流是6n±1次谐波，例如5、7、11、13、17、19等，变频器主要产生5、7次谐波。

“谐波”一词起源于声学。

有关谐波的数学分析在18世纪和19世纪已经奠定了良好的基础。

傅里叶等人提出的谐波分析方法至今仍被广泛应用。

电力系统的谐波问题早在20世纪20年代和30年代就引起了人们的注意。

当时在德国，由于使用静止汞弧变流器而造成了电压、电流波形的畸变。

1945年J.C.Read发表的有关变流器谐波的论文是早期有关谐波研究的经典论文。

到了50年代和60年代，由于高压直流输电技术的发展，发表了有关变流器引起电力系统谐波问题的大量论文。

70年代以来，由于电力电子技术的飞速发展，各种电力电子装置在电力系统、工业、交通及家庭中的应用日益广泛，谐波所造成的危害也日趋严重。

世界各国都对谐波问题予以充分和关注。

国际上召开了多次有关谐波问题的学术会议，不少国家和国际学术组织都制定了限制电力系统谐波和用电设备谐波的标准和规定。

谐波研究的意义，道德是因为谐波的危害十分严重。

谐波使电能的生产、传输和利用的效率降低，使电气设备过热、产生振动和噪声，并使绝缘老化，使用寿命缩短，甚至发生故障或烧毁。

无刷直流电机驱动控制的3 次谐波检测法

uns=
1 3
(u3+
) u h ighfreq
(9)
从式 (9) 可知, 3 次谐波信号可以从电阻网络中
点和电机中性线之间获得, 并不需要专门的电路以
叠加电机三相端电压。而且, 即使没有电机的中性
线, 同样可以很简便地获得 3 次谐波信号, 下面将接
着讨论这个问题。如图 3 中, 直流总线的负端标记为
g, 根据基尔霍夫电压定律 (KVL ) 不难得出式 (10)、
式 (11) 及式 (12) :
u ag+ u gn + u ns+ u sa= 0
(10)
u bg+ u gn + u ns+ u sb = 0
(11)
u cg+ u gn + u ns+ u sc= 0
(12)
假设电机运行于自同步状态 (即无刷机状态) ,
对应 6 拍, 这样就可以正确控制逆变器的换相。检测
a 相电压的过零点是可以实现的, 因为在 a 相电压
过零期间, a 相中没有电流, 只需要一个具有高截止
频率的低通滤波器来削弱高频分量, 然后进行过零
比较, 就可以把 a 相正向过零点转化成电平的跳变。
需指出的是, 这种方法对低通滤波器的延时要求不高, 因为只要延时在 0 到 30°范围以内就不会影响换相逻辑。
+
ecs
式中, rs 为电机的相电阻, L s 为相电感, eas、ebs、 ecs为三相开路相电压, 也就是反电势电压, 它是转子 (1) 磁通以及定子绕组参数的函数。对于整距磁极和整距定子相绕组, 上述电机三相反电势电压谐波表达式分别如式 (2) 所示:

三次谐波(参考)

三次谐波在物理学和电类学科中都有三次谐波的概念f(t)=∑(k=0,n)cos(kwt+ak) 任何一个波函数都可以进行傅里叶分解如上的形式当k=0时的分量f(t)=cos(a0)成为基波分量以此类推当k=3时f(t)=cos(3wt+a3)称为三次谐波三次谐波污染主要存在于低压配电网中，以建筑系统最为严重。

其对电网的危害主要有：功率损耗增加、设备寿命缩短、接地保护功能失常、遥控功能失常、电网过热等；对配电站会造成电子器件误动作、电容器损坏、附加磁场、中性线过载和电缆着火。

文章主要介绍了消除三次谐波的各种方法及性能比较。

关键词三次谐波滤波滤波器1 三次谐波源在电力系统中，正常供电频率是50HZ，所谓“三次谐波”，就是在50HZ的电路中，夹杂有150HZ的交流正弦波，这个150HZ的交流正弦波由于是50HZ的三倍，于是称之为三次谐波。

输电及配电系统规定：在频率恒定情况下，电压和电流均以正弦波波形运行。

然而在非线性负荷接入系统时，产生的附加的谐波电流会引起电流和电压畸变。

产生三次谐波的非线性单相负荷主要有（不考虑暂态及非正常工作状态）：（1）荧光灯、节能灯及其镇流器；①市场调查表明，目前国内市场绝大多数的荧光灯电子镇流器三次谐波电流含量高达80%～90%；②高档的电子镇流器三次谐波电流含量分三种标准：标准：其谐波电流含量<37%；标准：其谐波电流含量<30%；带灯丝预热控制的电子镇流器其谐波电流含量<10%。

市场上的商品实际上达不到标准要求；③节能型电感镇流器标准规定<20%，其中三次谐波电流含量占主要成分。

（2）电弧焊接设备（电弧的非线性类负荷）；（3）计算机开关型电源及显示器（大型显示屏幕）；（4）彩色电视机及监视器，如证券公司、体育场馆、商业中心和新闻中心的电视墙的显示幕墙。

普通型彩色电视机可达127%，三次谐波电流含量高达90%；（5）晶闸管调压电源（如加热器、调光器、电化学电源等）；（6）晶闸管调功电源（如加热器、电化学电源等）；（7）整流电源（如电器的工作电源、充电器、直流传动及电化学电源等）；（8）开关型稳压电源及；（9）变频器①变频的家用电器，如空调、洗衣机、风机、泵、微波炉；②工业及建筑用的调速电动机；③中频电源。

基于转子形状优化设计的三次谐波注入式五相IPMSM气隙磁场优化

基于转子形状优化设计的三次谐波注入式五相IPMSM气隙磁场优化IPMSM（Interior Permanent Magnet Synchronous Motor）是一种广泛应用于工业和交通领域的电机类型。

在设计IPMSM时，气隙磁场的优化对于提高电机的性能至关重要。

本文将介绍一种基于转子形状优化设计的三次谐波注入式五相IPMSM气隙磁场优化的方法。

首先，我们需要了解三次谐波注入技术。

在传统的五相永磁同步电机中，气隙磁场是通过磁铁在转子上产生的。

而在三次谐波注入技术中，通过在气隙上注入三次谐波电流，可以显著改善气隙磁场质量。

这样可以减小磁铁对气隙磁场的影响，提高电机的转矩和效率。

接下来，我们需要优化转子形状。

转子的形状对气隙磁场有重要影响。

通过优化转子的形状，我们可以改善气隙磁场的分布和质量。

具体来说，我们可以通过改变转子的极弧宽度、极距以及极对称性等参数来优化转子的形状。

通过数值仿真和优化算法，我们可以确定最佳的转子形状，以实现最优的气隙磁场分布。

最后，我们需要进行气隙磁场优化。

通过将三次谐波注入技术应用于五相IPMSM中，我们可以调节注入的三次谐波电流的幅值和相位，以进一步优化气隙磁场。

具体来说，我们可以通过数值仿真和实验测试来确定最佳的三次谐波注入参数，以实现最佳的气隙磁场质量。

通过以上的优化设计方法，我们可以实现三次谐波注入式五相IPMSM气隙磁场的优化。

优化后的气隙磁场可以显著提高电机的性能，包括提高转矩密度、降低转子损耗和减小转子噪音。

因此，这种优化设计方法在电机工程领域具有重要的应用价值。

总而言之，本文介绍了一种基于转子形状优化设计的三次谐波注入式五相IPMSM气隙磁场优化方法。

通过优化转子形状和调节三次谐波注入参数，可以实现最优的气隙磁场分布和质量，从而提高电机的性能。

这种优化设计方法在电机工程领域具有重要的应用价值，可以推动IPMSM技术的发展。

浅析基于傅立叶变换的谐波检测法

浅析基于傅立叶变换的谐波检测法摘要：基于傅立叶变换的谐波检测法，在谐波检测、无功补偿和频谱分析方面，均获得较广泛的应用。

它是根据离散傅立叶变换(DFT)过渡到快速傅立叶变换(FFT)的基本原理而构成的.本文对这一检测方法进行了全面的分析，并在此基础上，简单阐述了一些常见的问题，并提出了改进一些改进措施。

关键词：谐波检测傅里叶变换改进措施Abstract: based on the Fourier transform of the harmonic assay, in the harmonic detection, reactive power compensation and spectrum analysis, all get a wide range of applications. It is based on discrete Fourier transform (DFT) transition to fast Fourier transform (FFT), constitute the basic principle of. This paper the detection methods comprehensive analysis, and on this basis, this paper briefly expounds the some common questions, and put forward improving some improvement measures.Keywords: harmonic detection Fourier transform improvement measures1 概述1822年法国数学家傅立叶首次提出并证明了将周期函数展开为正弦级数的原理，从而奠定了傅立叶级数FP(Fourier Progression)和傅立叶变换(Fourier Transformation)的理论基础．1965 年，库利与图基（Cooley，J.W.和Tukey，J.W.）总结并发展了前人的研究成果，提出了一种快速且通用的进行离散傅立叶变换DFT(Discrete Fourier Transformation)的计算方法，称为“快速傅立叶变换（FFT）”。

感应电机三次谐波磁通对损耗的影响

———耋篓鬻黧翼鬻霆麟——＜湖南水利水电＞２０１年第６期欧阳明（长沙电力学院水利水电学院长沙市４１００１５）周腊吾（湖南大学长沙市４１００８２）【摘要】现代感应电机设计中提高磁密导致磁路中三次谐波磁通的增加，这一研究表明三次谐波磁密分布对感应电机损耗的影响。

感应电机各截面的磁通分布相互关联，通常最饱和的截面有扁平形状的磁密分布。

【关键词】三次谐波磁通分布损耗前言随着现代电机设计理论的不断完善和材料工业的迅速发展，现代感应电机设计中有一种趋势——选用较饱和的磁密，进而在磁路中会产生三次谐波磁通，在三角形联接的感应电机中，三次谐波磁通的含量达到基波磁通的１８％（空载、饱和条件下）和Ｉｌ％（满载、饱和条件下）。

文章主要就受三次谐波磁通影响的铁芯损耗和不同气隙形状下的铁芯和杂散损耗进行研究。

ｌ饱和对三次谐波磁通和磁密分布的影响感应电机磁性材料的饱和是一种非线性现象。

图１表明正弦分布的励磁磁势Ｂ对应于非正弦磁密分布Ｂ，，因此产生了谐波磁通，其中三次谐波磁通是主要分量。

假设铁芯（轭）中不消耗磁势，定转子槽形都很窄，且磁化曲线包括了气隙磁导，那么，不含三次谐波的基波磁密（如图２ａ所示），初相角与基波同相的三次谐波磁密与基波叠加，就变成了扁平的磁密分布（如图２ｂ所示），初相角与基波反相的三次谐波磁密与基波叠加，就变成了尖峰的磁密分布（如图２ｃ所示）ｉＨ．厂一Ｆｊ‘图１正弦励磁对应非正弦磁密分布曲线如图３所示，感应电机中，铁芯轭磁密分布是齿磁密分布的积分，而齿磁密分布反可表示为：Ｂ，＝ＡＩＣＯＳ（Ｏ－ｏ＿’ｔ）＋Ａ３ｃｏｓ（３０－３“）（１）故铁芯轭磁密分布Ｂｊ为驴Ｃ』撕詈出－ｃ．詈［ＡｌＳｊｎ（伊“）＋等ｓｊｎ（３０－３∞ｚ）］（２）３２０ａ）正弦磁密分布曲线ｗ０ｂ）扁平磁密分布曲线１．２ｃ－）尖峰磁密分布曲线图２ｔ℃嚣…分布！子铁芯／＼，ｌ◆＼／、一／胁夕定子齿■———————————————————————◆：０。

低压配电系统中三次谐波的分析与有源电力滤波器解决方案

低压配电系统中三次谐波的分析与有源电力滤波器解决方案安科瑞王志彬2019.1【摘要】在非线性电气设备运行中时常会产生谐波电流，若没有得到有效的处理，会直接影响到低压配电系统的运行安全。

本文介绍了低压配电系统谐波电流的危害和现状，结合谐波特点分析了谐波电流对低压配电系统的影响，并提出一些有效的抑制措施。

针对已经投入使用的大型商业广场低压配电系统N线电流异常情况进行评估总结。

结合理论和实测数据分析产生异常的原因，以及带来的危害叙述，并给出解决问题的方法和建议方案。

【关键词】低压配电系统；谐波电流；电容器；抑制措施；三相不平衡；N线电流；三次谐波；有源滤波随着我国社会经济建设步伐的不断加快，科学技术水平得到进一步的提高，开关电源、整流器和变频器等非线性电气设备使用越来越频繁，对供电系统的电能质量要求有所提高。

在非线性电气设备运行过程中势必会产生谐波电流，这不仅影响到配电系统本身的正常运作，而且也会影响到其他电气设备的安全。

谐波电流导致电气设备异常和事故有逐年增长的趋势，已成为了低压配电系统的一大公害。

因此，如何降低谐波对配电系统的危害成为了技术人员急需解决的问题。

本文分析了谐波电流对低压配电系统的影响，寻找有效的抑制措施解决谐波危害，保证配电系统的正常运行。

1.谐波的危害理想的电网提供的电压应该是标准频率和规定的电压幅值。

谐波电流和谐波电压的出现使用电设备所处的环境恶化，对用电设备和通信系统带来了很大的危害，由谐波引起的设备故障不断发生。

2.工厂低压配电系统谐波的现状在工厂中强电、弱电多个系统并存，高压（35kV、6kV）、低压（380V、220V、24V）多种电压等级并存，交流、直流多种供电制并存，所以有效抑制谐波电流创造更好的电磁兼容环境，是保证生产流程正常运转的首要任务。

工厂内存在大量的非线性电气设备，归纳起来有以下几种。

2.1变配电室直流屏在工厂内有变配电室自用电的直流屏、6kV变电所操作系统的直流屏。

三次谐波(参考)

文章主要介绍了消除三次谐波的各种方法及性能比较。

输电及配电系统规定：在频率恒定情况下，电压和电流均以正弦波波形运行。

然而在非线性负荷接入系统时，产生的附加的谐波电流会引起电流和电压畸变。

市场上的商品实际上达不到标准要求；③节能型电感镇流器标准规定<20%，其中三次谐波电流含量占主要成分。

三次谐波励磁发电机并网问题及改善方法

三次谐波励磁发电机并网问题及改善方法
刘宇;李向明
【期刊名称】《黑河科技》
【年(卷),期】1998(000)004
【摘要】根据发电机并网过程中出现的问题，通过分析三次谐波励磁发电原理，提出改善方法及措施。

【总页数】2页(P11-12)
【作者】刘宇;李向明
【作者单位】黑河市西沟水电站;黑河市西沟水电站
【正文语种】中文
【中图分类】TM312.06
【相关文献】
1.三次谐波励磁的水轮发电机并网问题
2.三次谐波励磁发电机并网后静态稳定性下降的补救措施
3.三次谐波磁场励磁同步发电机综述：谐波发电机系统运行的稳定性 II
4.三次谐波励磁在柴油发电机组中的应用
5.三次谐波励磁发电机并网后静态稳定性下降的补救措施
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三次谐波励磁原理

三次谐波励磁原理咱先得知道啥是谐波哈。

你可以把电想象成一群小音符在电线里跳舞。

正常的电呢，就像是规规矩矩按照基本节奏跳动的音符。

但是呢，谐波就像是那些调皮捣蛋的小音符，不按照常规节奏来，在正常的电的频率基础上，出现了一些倍数频率的波动，三次谐波就是频率为基波频率三倍的那种小捣蛋。

那这个三次谐波和励磁又有啥关系呢？你看啊，在发电机里，励磁就像是给发电机的磁场注入活力的魔法。

传统的励磁方式有它的小麻烦，而三次谐波励磁就像是一种超级酷炫的新魔法。

在发电机的定子绕组里，会产生三次谐波电势。

这个电势啊，就像是隐藏在角落里的小宝藏。

它是由于发电机的一些特殊结构和电磁关系产生的。

你可以把定子绕组想象成一个神奇的小窝，在这个小窝里，三次谐波电势就这么悄悄地诞生了。

然后呢，这个三次谐波电势就被我们巧妙地利用起来啦。

我们通过特殊的电路，把这个三次谐波电势引出来。

这就像是发现了宝藏后，用小铲子把宝藏挖出来带走一样。

这个特殊电路就像是小铲子，精准地把三次谐波电势从定子绕组这个大集体里分离出来。

接着，这个被引出来的三次谐波电势会被送到励磁绕组里。

这时候啊，就像是给一个小娃娃注入了新的能量。

励磁绕组得到了这个三次谐波电势带来的能量后，就可以增强发电机的磁场啦。

你想啊，磁场就像是发电机的力量源泉，磁场变强了，发电机就能更欢快地发电啦。

而且哦，三次谐波励磁还有它的小机灵之处呢。

它能够根据发电机负载的变化自动调整励磁电流。

比如说，当发电机的负载突然变大了，就像是一个人突然要扛很重的东西一样。

这时候，三次谐波电势也会跟着发生一些变化，然后通过电路的调节，就会给励磁绕组送去合适的能量，让磁场也跟着调整，这样发电机就能稳稳地应对负载的变化啦。

再说说这个三次谐波电势的大小和特性。

它和发电机的很多因素都有关系呢。

像发电机的铁芯形状、绕组的匝数等等。

就像是不同的小窝会孕育出不同大小的宝藏一样。

而且啊，三次谐波电势在不同的运行状态下也会有不同的表现。

基于Maxwell的电机气隙磁场谐波分析程序

件，利用ＶＢＡ语言所设计的电机气隙磁场谐波分析通用程序，是在文献［３］的基础上进行的一项
深入研究。文献［３］仅仅分析了整数槽电动机和分数槽电动机的气隙磁场，并没有涉及到不同相
ｇａｉｎｅｄｗｉｔｈｈｉｇｈａｃｃｕｒａｃｙｔｈｒｏｕｇｈａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｗａｖｅ￣ｒｍ
ＧｕａｎｇｄｏｎｇＤｏｎｇｇｕａｎＭｏｔｏｒＣｏ．，Ｌｔｄ．
摘
要：使用ＡｎｓｏｆｔＭａｘｗｅｌｌ２Ｄ对气隙磁场波形进
指出当分数槽电动机采用集中绕组时，气隙磁场波形趋于矩形，畸变率大，使得极间不对称，从而造成谐波含量高，谐波幅值大。目前，最新版本的有限元分析软件Ａｎｓｏｆｔ
行傅里叶分解，利用ＶＢＡ语言设计了电机气隙磁场谐波分析程序。该程序通过对１２槽１Ｏ极永磁同步电动机６０ｏ相带、大小相带和１２０。相带绕组时的气隙磁场波形进行分析，可以快速准确地得到各次谐波幅值及其所对应的次数。该程序对磁场谐波的分析具有一定的实用价值。关键词：气隙磁场
理论与设计
基于Ｍａｘｗｅｌｌ的电机气隙磁场谐波分析程序
黄光建黄开胜赖文海２吴帮超
１广东工业大学（５１０００６）
２广东省东莞电机有限公司（５２３１４１）

同步发电机三次谐波与励磁匹配的研究的开题报告

同步发电机三次谐波与励磁匹配的研究的开题报告一、研究背景和意义同步发电机是电力系统中最为常见的发电机设备之一，其承载着电网负荷的重要责任。

然而，随着电力系统的发展，越来越多的新能源发电设备接入电网，带来了严重的电力系统稳定性问题。

其中，同步发电机三次谐波及其与励磁匹配问题是导致系统不稳定的主要因素之一。

三次谐波是电力系统中最为常见的谐波，其出现会导致电流和电压波形的失真，引起系统的强制和自愈振荡等问题。

此外，如果同步发电机调节系统与励磁系统之间存在不匹配，也会导致系统不稳定。

因此，研究同步发电机三次谐波与励磁匹配问题，对于保障电力系统的稳定运行具有非常重要的意义。

二、研究内容和方法本研究将首先分析同步发电机三次谐波及其对稳定性的影响，从理论上推导出同步发电机三次谐波特性，并建立相应的数学模型。

然后，我们将研究同步发电机励磁系统的特性及其相关参数的选择，建立励磁系统的数学模型，进一步分析励磁系统对同步发电机三次谐波的影响。

最后，我们将采用数值仿真和实验验证相结合的方法，进行同步发电机三次谐波与励磁匹配的研究。

通过仿真和实验，我们将验证理论模型的正确性，并考虑不同工况下的影响因素，对同步发电机三次谐波与励磁匹配问题进行深入的研究。

三、预期研究成果和意义本研究旨在研究同步发电机三次谐波与励磁匹配的问题，为电力系统的稳定运行提供有力的理论支持和实践指导。

预期的研究成果包括：1. 建立同步发电机三次谐波和励磁系统的数学模型，深入分析其相互作用的机理。

2. 验证理论模型的正确性，并考虑不同工况下的影响因素，对同步发电机三次谐波与励磁匹配问题进行深入的研究。

3. 提供有效的调节策略和控制方案，实现同步发电机三次谐波与励磁匹配，提高电力系统的稳定性和可靠性。

本研究对于推动我国电力系统的发展具有重要意义，有望成为同步发电机三次谐波与励磁匹配问题领域的重要研究成果，具有广泛的应用前景。

基于Maxwell通过傅里叶变换获取谐波幅值的方法

—98—工装设计基于Maxwell 通过傅里叶变换获取谐波幅值的方法张艳明（河北电机股份有限公司，河北石家庄 051430）摘要：在永磁电机的设计中，有限元软件的应用避不可少。

当使用有限元软件设计永磁电机时，如何获取空载反电动势、气隙磁密的谐波幅值是一个麻烦的问题。

本文使用了传统的傅里叶分析结合Maxwell 的自定义输出的方法，可以实现替代软件自带的快速傅里叶分析，相比与软件自带的FFT 功能，我们可以定义空载反电动势或气隙磁密的某次谐波为优化目标，通过使用参数话扫描、单目标优化和多目标优化的方法来优化谐波。

本文以功率35kW、最高转速6000rpm 永磁同步电机为例，对其空载反电动势分别使用Maxwell 自带快速傅里叶变换与本方法求取谐波幅值，从而计算空载反电动势的各谐波含量，通过将计算结果进行对比，证明了该方法的正确性。

关键词：永磁电机；空载反电动势；傅里叶变换；谐波引言永磁同步电机相比于与感应电机，具有高效率、高功率因数、体积小和重量轻等特点，利于节能减排。

然而在设计阶段，永磁电机的磁场较感应电机更为复杂，磁路计算无法满足电气设计的精度要求，必须使用有限元仿真软件（Maxwell ）来完成设计和优化。

如何降低反电动势、气隙磁密的谐波含量是电机设计人员冥思苦想需要解决的问题，因为反电动势和气隙磁密的总谐波含量（THD ）越低，一般该设计的铁耗、转矩脉动、齿槽转矩、nvh 等性能都会越好。

但在Maxwell 中，虽然可以通过使用FFT report 功能可以查询谐波含量，但无法将谐波含量做为优化目标，无法使用参数化扫描和优化工具来快速优化该目标, 设计周期长。

为此，本文提出了一种使用傅里叶变换的理论公式，对反电动势进行傅里叶变换，求取关键阶次谐波含量，可以结合参数化扫描和优化工具快速完成永磁电机的优化设计。

1 空载反电动势空载反电动势E 0是永磁同步电机非常重要的参数。

E 0是由电动机中永磁体产生的空载气隙基波磁通在电枢绕组中感应产生，其值为其中E 0—— 空载反电动势；f —— 电源频率；K dp —— 绕组系数；N —— 每相匝数； ——空载气隙磁通2傅里叶变换的公式高等数学中，以周期T 为周期的函数f(x)在区间内[-T/2,T/2]上满足狄利克雷条件，即在区间[-T/2,T/2]上；1连续或只有有限个第一类间断点；2只有有限个极限点，那么在[-T/2,T/2]上就可以展成傅里叶级数。

发电机三次谐波定子接地保护误动原因分析

发电机三次谐波定子接地保护误动原因分析陶军;阿敏夫;乌小茜;辛晓莺;贾宇飞【摘要】根据发电机三次谐波电势的产生机理及三次谐波比率计算原理和动作方程,对定值设置不合理或调试方法不当、电气设备运行参数采集错误、发电机负荷变化引发保护误判等引发的三次谐波定子接地保护误动进行分析,并提出相应的定值优化建议.【期刊名称】《内蒙古电力技术》【年(卷),期】2019(037)003【总页数】4页(P87-90)【关键词】发电机;三次谐波;定子接地保护;电压比【作者】陶军;阿敏夫;乌小茜;辛晓莺;贾宇飞【作者单位】内蒙古电力科学研究院,呼和浩特 010020;内蒙古电力科学研究院,呼和浩特 010020;内蒙古电力科学研究院,呼和浩特 010020;内蒙古华宁热电有限公司,内蒙古乌兰察布 012000;北方联合电力有限责任公司包头第二热电厂,内蒙古包头 014030【正文语种】中文【中图分类】TM31;TM7730 引言发电机定子绕组和铁心之间的绝缘损坏会引发单相接地故障，该故障占发电机故障的70%～80%，故障电弧可能导致定子绕组和铁心烧损，并发展为定子绕组相间或匝间短路。

因此，继电保护和安全自动装置技术规程规定，100 MW以下的发电机应装设保护区不小于90%的定子接地保护，100 MW及以上的发电机应装设100%的定子接地保护[1]。

100%定子接地保护由2部分组成：一部分是基波零序电压接地保护，其保护范围从发电机端指向中性点，覆盖定子绕组的85%～90%；另一部分是三次谐波定子接地保护，其保护范围从中性点指向发电机端，覆盖定子绕组的15%～20%。

三次谐波定子接地保护的作用是灵敏地发出接地告警：一方面，由于发电机中性点附近发生接地故障时，所产生的故障电流小、零序电压低，因此可以只发信号；另一方面，发电机中性点附近第1次接地故障如果没有被及时发现，再次接地一般为相间或匝间故障，将损坏发电机，因此要求三次谐波定子接地保护必须有较高的灵敏度。