交流电机的谐波问题[重点]
交流电机断电 干扰的原因
交流电机断电干扰的原因
交流电机断电时产生干扰的原因主要有两个：
1. 电源中的谐波分量：如果交流电机的控制回路与电源线路存在谐波，当电机运行时，这些谐波可能会通过辐射、传导等方式对其他电子设备产生干扰。
2. 机械振动：交流电机在运行过程中，机械振动也可能产生电磁干扰。
这是因为电机的机械部件或电气系统的不稳定可能导致振动的传播，这种电磁波的释放可能会影响其他设备的正常工作。
因此，为了减少交流电机断电时的干扰，可以采取一些措施，如使用滤波器以减少谐波的分量，改进电机的设计和制造以提高其稳定性等。
电机的三次谐波
电机的三次谐波全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：电机是一种将电能转换为机械能的设备，广泛应用于工业生产和日常生活中。
在电机的运行过程中，会产生各种谐波现象，其中三次谐波是影响电机性能和电网稳定性的重要因素之一。
三次谐波是指电压或电流的频率为基波频率的三倍的谐波分量。
在电机中，由于电机线圈的电感作用，电压和电流的波形不再是正弦波，而是含有谐波分量。
当电压和电流中存在较大的三次谐波时，会导致电机运行不稳定、损耗增加、噪音增加等问题。
三次谐波会对电机产生一系列影响。
三次谐波会使电机的工作效率降低。
由于三次谐波会引起磁场的变化，使得电机在工作时出现额外的电磁损耗，从而降低了电机的效率。
三次谐波还会引起电机的噪音增加。
当电机中存在大量三次谐波时，会导致电机内部的振动加剧，产生更多的噪音。
这不仅会对工作环境造成噪音污染，也会影响电机的寿命和稳定性。
三次谐波还会对电网的稳定性产生负面影响。
当电机中存在大量的三次谐波时，这些谐波会通过电网传播到其他设备和系统中，引起电网电压的不稳定，甚至引发电网谐波污染。
这会对电网的正常运行造成干扰，影响其他设备的性能，甚至会导致设备的故障和损坏。
为了减少电机中的三次谐波，可以采取一些措施。
首先是优化电机设计和选用合适的材料。
在电机设计阶段，可以采用合理的绕组结构和材料，减少电机中的电感和电阻对谐波的影响，从而减少三次谐波的产生。
其次是通过滤波器和变流器来控制三次谐波。
在电机运行时，可以通过安装滤波器和变流器来消除三次谐波，减少对电机的影响。
三次谐波是影响电机性能和电网稳定性的重要因素之一。
了解三次谐波的产生机理和影响，采取有效措施减少三次谐波的产生，对于保障电机的正常运行和电网的稳定性具有重要意义。
希望通过对三次谐波问题的深入研究和解决，能够提高电机的运行效率和电网的稳定性，推动电力行业的发展。
第二篇示例：让我们来了解一下什么是三次谐波。
在电机运行过程中，电流和电压中不仅含有基波（即电源频率的谐波），还可能存在着一些非整数倍于电源频率的谐波，这些非整数倍谐波便是电机的谐波成分。
交流电机的谐波问题PPT共86页
采用分布绕组（q值对分布系数的影响）
k dν
1.0
0.5
0
0.5 1.0
5
7
q 越大则各次谐波分布系数越
1 小；但q增多也意味着总槽数
3 的增多，使冲剪工时和材料
5 消耗增多，槽有效面积减少，
10 q 增加成本。一般2≤ q ≤6，二
极汽轮机6≤ q ≤12 。
采用三相对称绕组
➢ 采用三相对称绕组时，无论是Y联结还是D联结，其线电 动势中都不存在3次以及3的奇数倍次谐波。
➢ 当采用D联结时，3次谐波环流引起附加损耗，降低效率， 增加发热，所以同步发电机一般用Y联结。
5/12
2.1.1.4 普通谐波电动势的削弱方法
采用短距绕组（削弱原理）
适当选择绕组元件的节距，使某次谐波的短距系数等于 或接近于0 ，便可达到消除或削弱该次谐波的目的。
1.0
v =1
0.5 v =5
0 1 0.9
v =7 0.8 0.7
y1/τ=5/6
10/12
2.1.1.4 普通谐波电动势的削弱方法
采用短距绕组（消除谐波的物理解释）
以削弱5次谐波为例
4 5
e
e
2e
11/12
2.1.1.4 普通谐波电动势的削弱方法
采用分布绕组（削弱谐波示意图）
12/12
2/5
2.1.2.1 齿谐波电动势及其产生原因
齿谐波电动势的产生原因 p125 T4-12
kp
siny190 0
6/12
2.1.1.4 普通谐波电动势的削弱方法
采用短距绕组（削弱条件）
y1 90 k 180
谈如何降低三相交流电机的谐波磁势
(1)电动机的附加损耗增加 , 使电动机的温 度升高 , 效率降低 ;(2)产生振动和噪声 ;(3)产生 附加转矩 , 使电动机的起动性能变坏。
为此 , 必须设法减少电动机中的磁势谐波 。
1 减小谐波强度的方法
在三相电动机中 , 不存在 3次及其整数次的 谐波 , 在 30°相带和 60°相带绕组的电动机中也不 存在偶次谐波 。 谐波的次数同相带数有关 , 可由
下列公式 (谐波判别式 )计算得到
υ=m k +1 (k =±1, ±2, ±3, … )
(1)
即一个 m 相的对称绕组 , 只产生序次为 υ= m k +1的各次谐波 。
基波分布系数可表示为
K d 1
sinq =
q sin
α 2 α 2
(4)
υ次谐波的分布系数可表示为
K dv
s inq =
q sin
vα
2 vα
2
(5)
式中 , q —每极每相槽数 ;α—槽电角度 。
2. 2 短距系数 K p
基波短距系数可表示为
K p1
=s in
y
π 2
(6)
度 Em55 (%)(55次内各次相带谐波的综合强度 ) 为最小 , 约 束条件是 :每槽导 体数相同 。 众所周
知 , 普通单双层绕组采用一部分槽为单层 , 一部分
槽为双层的同心式结构 。 在一个相带内每极每相
槽数 q排列成 s - d - s, 其中 d 为单层槽数 , s为双
层槽数 。自然 , q =s +d。 单 双层绕组 分为 A、B
谐波 介绍 原理
4.3 电机谐波的利用
I。 “利用谐波起动感应电机”, ([3]: p25-86 ) J。 “利用齿谐波辨识电机转速”([8]: p250-251 )
谐波问题 谐波电动势和磁动势
2.1 谐波电动势 2.2 谐波磁动势
（p124 ，137） （p143 ，159）
参考书籍
第二讲 谐波问题 （p124 ，137） 谐波电动势和磁动势（p143 ，159）
2.1 谐波电动势 2.2 谐波磁动势
参考书籍
2.1 谐波电动势
2.1.1 普通谐波电动势 2.1.2 齿谐波电动势
2.1.1 普通谐波电动势
2.1.1.1 谐波磁场及其特点 2.1.1.2 谐波磁场产生的电动势 2.1.1.3 谐波电动势的危害 2.1.1.4 削弱办法
2.1.1.1 谐波磁场及其特点
交流电机的谐波问题
额定频率为基波频率奇数倍的谐波，被称为“奇次谐 波”，如3、5、7次谐波 4.2、偶次谐波 额定频率为基波频率偶数倍的谐波，被称为“偶 次谐波”，如2、4、6、8次谐波。 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。
q sin 2 kd1 q sin 2
kd
q sin 2 q sin
2
2.1.1.2 谐波磁场产生的电动势
4/5
谐波电动势频率 基波
谐波
pns f1 60 p n pns f f1 60 60
交流电机电枢绕组中各次谐波是怎样削弱的
去 ｃｓ￣ｗｔ 去 Ｃ （＋ ｅ １ 。 ｌ （一 ￣ｘ １Ｓ ｗ 一２） ｏｃ ） Ｏ￣ ｏ
图 ７ 一
图（ ） ｃ 分别是每 个短距线圈单独产 生的磁势在气隙空 间的
分 布 图 。 （ ） 它 们 合 成 的 总磁 势 波形 图 。 图 １ｄ 磁 势 波形 图 ： Ｗｌ ）
维普资讯
２０ ０７年第 １ ５期 （ 总第 ６ ） ７期
职 业 圈 Ｚ ＩＥＱ Ａ ＨＹ Ｕ Ｎ
ＮＯ． ５， ０ ７ １ ２０
（ ｕ ｕａｉ ｔ Ｏ６ ） Ｃ ｍ ｌｔ ｅ Ｎ ． ｖｙ ７
交流电机电枢绕组中各次谐波是怎样削弱的
谢 勇来
＝
【 关键词 】 ； 短矩 分布线圈； 波磁势 ； 谐 磁势向量 【 中图分类号 】 Ｍ １ 【 Ｔ ３１ 文献标识码 】 Ａ
【 文章编号 】６ １ ５６ （Ｏ７ １一 １ Ｏ １７ — ９ ９ ２０ ）５ 叭６ 一 ２ 常有人在重修 了一台交流电机后或在修理之前 ，总免不 了 要问， 交流电机 电枢绕组中还存在高次谐波吗？ 大部分电机 电枢
ｉ ． ［ ｓ Ｗ １ １０ ） ４ ｃ （ － ２ 。 ／ ０ ２ ｔ
ｉ＝ ｃｓＷ ｌ２０ √ Ｉ （ －４。） ｃ ｏ ｔ
１ ． 基波磁势 。 设各相 电流在电机气隙 圆周方向产生的基波磁 势为 ：
￡ ＝ ｌ ｓｗ ｌ ｃｏ ｆ×Ｃ Ｏ（ ＯＳ
知其原理何在 ， 为满足广大 电机修理工的要求 ， 在这方面本 人谈 点浅见 。下面针对交流电机电枢绕组产生 的磁势来进行这方 面的分析 ，在图 １中是单相双层短距绕组 ，在一对极范 围内，
式 ： ： 。可 三 成 波 势 一 旋 磁 中 姜 。 见 相合 基 磁 是 个 转 势，
电力系统谐波问题分析及防治措施
电力系统谐波问题分析及防治措施摘要：电力谐波会增加电能损耗、降低设备寿命,威胁电力设备和用电设备安全可靠运行,并对周边的通讯等设施造成干扰。
分析电网谐波的产生和影响,并及时提出谐波的综合治理办法,对于防止谐波危害、提高电能质量是十分必要的。
本文概述了谐波及其产生、谐波的危害,以及谐波治理方法。
关键词：电力系统；谐波；来源；危害；治理方法谐波的定义与来源1、谐波的定义国际上对谐波公认的定义是：“谐波是一个周期电气量的正弦波分量,其频率为基波频率的整数倍”。
在电力系统中，谐波分为谐波电压和谐波电流，其对系统的影响通常用“谐波含有率”和“总谐波畸变率”两个参数来衡量。
具体定义如下:谐波含有率:第h次谐波分量方均根值与基波分量方均根值之比。
HRU(h次谐波电压含有率)，HRI(h次谐波电流含有率);总谐波畸变率:除基波外的所有谐波分量在一个周期内的方均根值与基波分量方均根值之比。
U，I;THD(总谐波电压畸变率)，THD(总谐波电流畸变率);谐波含有率仅反应单次谐波在总量中的比重，而总谐波畸变率则概括地反映了周期波形的非正弦畸变程度。
谐波按矢量相序又可分有正序谐波、负序谐波和零序谐波。
所谓正序是指，3个对称的非正弦周期相电流或电压在时间上依次滞后120°，而负序滞后240°，零序則是同相。
其特征如表1:表1 正序谐波=3h-2，负序谐波=3h-1，零序谐波=3h。
在平衡的三相系统中，由于对称关系，不会在供电电网中产生任何偶次谐波。
谐波的定义与来源具体来说谐波产生的原因有以下三个方面：(1) 发电源的质量不高而产生的谐波发电机的结构中，由于三相绕组在制作上无法做到绝对对称，铁心也很难做到绝对均匀一致，所以磁通密度沿空间的分布只能做到接近正弦分布，所以磁通中都有高次谐波，电势中也就有高次谐波，其中三次谐波占主要成分[2]。
(2) 输配电系统产生的谐波在输配电系统中则主要是变压器产生谐波，变压器饱和时的励磁电流只含有奇次谐波，以3次谐波最大，可达额定电流0.5%，对于三相变压器，3倍次谐波的磁通经由邮箱外壳构成闭合磁路，因而磁通中对应该次的谐波较小（单相铁芯的10%），绕组中有三角形接法时，零序性谐波电流在闭合的三角形接线中环流而不会注入电网。
最新交流电机的谐波问题
采用短距绕组（削弱条件）
y1 90 k 180
k 1,2,
y12k k1,2,3,
7/12
2.1.1.4 普通谐波电动势的削弱方法
采用短距绕组（短距对基波电势的影响） 以削弱5次谐波为例
k值
1
2
3
y1
(2/5) τ
(4/5)τ
(6/5)τ
kp1
0.5878 0.9511 0.9511
min
max
bp
max1.5~2.0
min
bp 0.70~0.75
3/12
2.1.1.4 普通谐波电动势的削弱方法
使气隙磁场的分布接近正弦波（隐极机）
2
2
0.7~ 00.8
4/12
2.1.1.4 普通谐波电动势的削弱方法
采用三相对称绕组
➢ 采用三相对称绕组时，无论是Y联结还是D联结，其线电 动势中都不存在3次以及3的奇数倍次谐波。
➢ 当采用D联结时，3次谐波环流引起附加损耗，降低效率， 增加发热，所以同步发电机一般用Y联结。
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2.1.1.4 普通谐波电动势的削弱方法
采用短距绕组（削弱原理）
适当选择绕组元件的节距，使某次谐波的短距系数等于 或接近于0 ，便可达到消除或削弱该次谐波的目的。
kp
siny19
0 0
6/12
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2.1.2.1 齿谐波电动势及其产生原因
齿谐波电动势
对同步发电机的空载电势波形进行分析，发现在q为整数的 时候，存在着较强的次数为(Q/p)±1=2mq±1的高次谐波； 对气隙较小的小型同步发电机，这种谐波更加突出。这就 是所谓的“齿谐波”电动势。
电机的三次谐波-概述说明以及解释
电机的三次谐波-概述说明以及解释1.引言1.1 概述电机的三次谐波是指电机运行时所产生的频率为基波频率的三次倍的谐波信号。
在电机运行的过程中，由于非线性元件的存在，如磁性材料的饱和效应、非线性磁导率等原因，会导致电机产生谐波。
三次谐波是其中重要的一种谐波成分。
三次谐波对电机的运行和性能产生了一定的影响。
首先，三次谐波会引起电机的额外损耗，导致电机效率降低，还可能引发温升过高等问题。
其次，三次谐波还会导致电机的轴承和绝缘材料等部件的老化速度加快，降低电机的寿命。
此外，三次谐波还会对电机周围的其他设备产生干扰，影响电气系统的正常工作。
因此，对于电机产生的三次谐波的抑制具有重要的意义。
为了降低电机产生的三次谐波，有一系列的抑制方法可供选择。
一种常见的方法是在电机供电系统中加入三相变压器，通过调节变压器的接线方式和变比来抑制谐波。
此外，还可以采用滤波器、电容器等被动滤波器来消除谐波。
同时，还可以通过改善电机的设计和制造工艺，减少非线性元件的使用，以降低三次谐波的产生。
综上所述，电机的三次谐波作为一种频率为基波频率的三倍的谐波信号，在电机运行中具有一定影响。
为了降低三次谐波的影响，需要采取相应的抑制措施，以提高电机的性能和工作效率。
在未来的研究和应用中，应继续深入探索电机三次谐波的特性和抑制方法，以满足电气系统对电机稳定性和可靠性的要求。
1.2文章结构文章结构部分的内容如下：1.2 文章结构本文将按照以下顺序来介绍电机的三次谐波问题。
首先，在引言部分，我们将概述本文的内容，并明确文章的目的。
接下来，正文部分将包括两个主要的小节。
第一个小节将介绍三次谐波的定义，包括它的数学表达式和物理特性。
第二个小节将探讨三次谐波的产生原因，涵盖电机本身和供电网络等方面。
最后，在结论部分，我们将总结三次谐波对电机产生的影响，并提出一些抑制三次谐波的方法。
通过这样的文章结构，我们将完整地讨论电机的三次谐波问题，希望能够对读者有所启发和帮助。
电机的三次谐波
电机的三次谐波全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：电机的三次谐波是指在电机运行过程中产生的频率为3倍基波频率的谐波信号。
在电机运行过程中，除了产生基波信号外，还会产生各种谐波信号。
三次谐波是其中一种常见的谐波信号之一，对电机的运行和性能均有一定影响。
电机的三次谐波信号主要是由于电机内部的非线性元件或者外部的非线性负载引起的。
在电机运行过程中，由于电流和磁场的变化，会产生不同频率的波形信号。
而非线性负载或者元件会导致电流波形发生畸变，从而产生谐波信号。
三次谐波信号在电机中的存在会对电机的运行和性能产生一定影响。
三次谐波会导致电机的功率因数下降。
在电网中，功率因数是一个重要的参数，它反映了电路中有功功率和无功功率之间的比例。
当电机中存在三次谐波信号时，会导致电机的功率因数下降，从而影响电网的稳定性。
三次谐波还会导致电机的损耗增加。
在电机中，三次谐波信号会产生额外的电流和磁场，从而使电机的损耗增加。
电机损耗的增加会导致电机的效率降低，影响电机的性能。
三次谐波还会对电机产生振动和噪音。
在电机的运行过程中，由于谐波信号的存在，会导致电机内部的振动和噪音增加。
这不仅会对电机本身造成损坏，还会对周围环境产生影响。
为了减少电机中的三次谐波信号，可以采取一些措施。
可以选择质量好的电机产品。
高质量的电机产品内部元件和结构设计较为合理，可以有效地减少谐波信号的产生。
可以加装谐波滤波器。
谐波滤波器可以通过滤除谐波信号来减小电机中的谐波效应。
可以对电机进行定期检测和维护。
及时发现并处理电机中的故障和问题，可以有效地减少谐波信号的产生。
电机的三次谐波信号是电机运行过程中不可避免的问题。
它会对电机的功率因数、损耗、振动和噪音等方面产生影响。
为了减小三次谐波的影响，需要采取相应的措施。
只有做好电机的维护和管理工作，才能确保电机的运行稳定性和性能。
第二篇示例：电机是现代社会中不可或缺的重要设备，它们广泛应用于各个领域，如工业生产、交通运输、家庭用电等。
交流电机定子绕组内的磁动势谐波和反电动势谐波概述
交流电机定子绕组内的磁动势谐波和反电动势谐波概述摘要：综合分析了交流电机定子绕组内的磁动势谐波和反电动势谐波这两类谐波的原理和性质。
从谐波转矩、谐波漏抗和谐波损耗三个方面分析了谐波对交流电机性能的影响，阐述了谐波的抑制及用途。
关键词：谐波；磁动势；分数槽；电动势；齿谐波0.引言交流电机中的谐波与电机的损耗、噪声、转矩、绕组电抗等密切相关[1-5]。
现有的文章多数仅专注于某一种特定谐波，而对交流电机定子绕组内谐波的综合概述还比较少。
本文综合考虑交流电机定子绕组内的磁动势谐波和反电动势谐波，对这两种谐波的产生机理、特性，以及对电机的影响等方面进行了分析和总结，并讨论了谐波的危害和谐波的一些有利的用途。
1.定子绕组磁动势谐波1.1 磁动势谐波的成因磁动势谐波是一种空间上的谐波，由于每相绕组都是由有限个产生方波的绕组线圈去逼近正弦分布，电机中不可避免地产生磁动势谐波。
整数槽绕组基波磁动势的极对数与电机的极对数相等，谐波磁动势的极对数则为基波极对数的整数倍。
分数槽绕组更复杂，绕组的特殊结构造成极数不明显，使绕组中明显包含多种极对数的谐波。
分数槽绕组磁动势中与电机转子极对数相同的谐波成分称为“基波”；多于转子极对数的谐波称为“高次谐波”；少于转子极对数的谐波称为“次谐波”；多于转子极对数但又不能被它整除的谐波叫做“分数次谐波”。
1.2磁动势谐波的性质定子绕组中的基波电流和谐波电流都会产生谐波磁动势，为得到普遍的多相绕组谐波合成磁动势表达式，需对文献[1]中通入正弦电流的三相绕组合成磁动势的公式加以修改。
2.定子绕组反电动势谐波2.1 反电动势谐波的成因反电动势谐波通常有两个成因：一方面，即使电机的气隙磁导均匀，气隙磁动势中的谐波成分仍会产生磁密谐波，感生出谐波电动势；另一方面，电机开有齿槽，导致磁导不均匀，磁动势与不均匀磁导作用，感应出齿谐波电动势。
2.2 反电动势谐波的性质γ次转子磁动势谐波感应出的谐波电动势的电角频率是γω；而无论的取值是多少，定子绕组次谐波磁动势感应出的谐波电动势的电角频率都为。
交流电源系统中的电流谐波产生原因及危害分析
电流谐波产生原因
具有非线性特性的电气设备 当正弦电压加在非线性负载两端时，流经非线性 负载的电流波形不为正弦波，产生了大量的谐波。
非线性负载是导致交流电源系统中产 生电流谐波的负载
线性负载（Linear load): 当施加可变正弦电压时， 其负载阻抗参数恒定的那种负载。 非线性负载（Non-linear load): 负载阻抗参数（Z） 不总为恒定常数，随诸如电压或者时间等其他参 数而变化的那种负载。
交流电源系统中的电流谐波 产生原因及危害分析
2012/4/19
1
概述
电流谐波产生原因 电流谐波危害分析
电流谐波抑制技术
2012/4/19 2
概述
随着电力系统的发展以及电力市场的开 放，电能质量问题越来越引起广泛关注。由 于各种非线性负载(谐波源)应用普及，产生 的谐波对电网的污染日益严重。因此，谐波 及其抑制技术己成为国内外广泛关注的课题。
2012/4/19
24
应对措施: LC无源滤波 功率因数校正技术 有源滤波
2012/4/19
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2012/4/19
26
对电力变压器的危害
谐波会使变压器的铜损和铁损增加，变压器的实际容量减少。 同时，谐波还会使变压器噪声增大。
对电力电缆的危害
谐波次数升高，频率上升，电缆导体集肤效应明显，导致导体 的交流电阻增大，使电缆的允许通过电流减小。
2012/4/19 13
谐波电流的危害
对用电设备的危害
对电动机的危害
- 2 I s in 2 2 ( n 1) 0 ( n 2 k , k 1, 2 , 3, ...) 2 2 I 2 (1 n s in n s in c o s n c o s ) ( n 2 k 1, k 1, 2 , 3, ...) 2 n 1
电机电磁方案改善电机谐波的方法_概述说明以及解释
电机电磁方案改善电机谐波的方法概述说明以及解释1. 引言1.1 概述电机谐波是指电机系统中频率为电源供应频率的整数倍的额外频率成分。
随着工业和家用电器的广泛使用，电机谐波问题也日益突出。
谐波会导致电机工作不稳定、效率降低、产生振动和噪音等不良影响。
因此，研究并采取相应措施来改善电机谐波问题具有重要意义。
1.2 文章结构本文将从以下几个方面阐述电磁方案改善电机谐波的方法：首先，对电机谐波问题进行全面分析，包括定义与影响因素以及谐波对电机性能的影响和挑战；其次，总结现有解决方案，并分析其优缺点；然后，详细介绍基于电机设计的优化方法、控制策略优化与谐波抑制技术应用以及使用滤波器减少谐波对电力系统的影响等具体方法；接着，通过实例分析和方法有效性验证来验证这些方法在实际场景下的可行性，并讨论实际应用案例及结果评估；最后，总结研究成果，回顾本文贡献，并展望未来工作。
1.3 目的本文的目的在于提供一个全面而系统的概述和解释，介绍电磁方案改善电机谐波问题的方法。
通过对现有解决方案的概述和分析，结合具体方法的介绍与实例分析，旨在为读者提供对于电机谐波问题认识的深入理解以及改善谐波问题时所需要考虑和采取的有效方法。
同时也希望为今后相关领域的研究和工程实践提供参考和指导。
2. 电机谐波问题分析2.1 电机谐波的定义与影响因素电机谐波是指在电机运行过程中，产生的频率为整数倍于基波频率的额外频率成分。
这些额外频率的产生主要是由于以下几个因素所导致：- 电源不纯度：电网供应的电力可能存在非线性和谐振等问题，使得输出电流含有丰富的高次谐波成分；- 电机设计缺陷：一些传统的电机设计可能无法有效抑制谐波产生或滤除已有的谐波成分；- 控制策略不当：在实际操作中，控制策略选择、参数调整以及采样频率等因素都会对谐波产生和抑制产生重要影响。
2.2 谐波对电机性能的影响与挑战谐波问题对电机性能和系统稳定性会造成诸多负面影响。
首先，高次谐波会导致转矩脉动和振荡现象。
谐波产生的原因
一、谐波产生的原因产生谐波的原因主要有以下三方面：1、在交流发电机里，定子、转子间气隙中磁感应强度的分布，总会由于齿、槽的影响以及气隙不可能绝对均匀而导致各相电势波形虽然对称，却是非正弦波形，三相电势中含有奇次谐波；2、即使电源电势是正弦波，但是电力线路上的许多用电设备(如非线性设备)，也能产生谐波电流，谐波电流通过电力线路回流到电力电源中；3、作用在同一线路中的数个正弦电势，如果它们的频率各不相同，那么电路中的电流将是各个不同频率电流分量的迭加，同样会产生谐波电流。
二、配电网中的谐波源1、从谐波源的性质上，可分为下列两类：第一类为恒压谐波源，它的特点是其谐波电压与外接阻抗无关。
例如，电力系统中的发电机所产生的谐波电势只取决于发电机本身的结构和工作情况。
第二类为恒流谐波源，它的特点是其谐波含量与电力系统的参数无关，主要取决于它本身的参数和工作情况，配电网中非线性用电设备则是这种谐波源的典型代表。
在配电网中，第一类谐波源产生的谐波量较小；第二类谐波源产生的谐波是大量的。
2、从产生谐波的规律上，谐波源可分成下列三种：①稳态谐波源这种谐波源的特点是注入网络中的谐波电流，当网络中的感性和容性负荷不变时，其谐波幅值也不变，例如，网络中的发电机、变压器、电动机、可控和不可控整流设备等，都属于这种谐波源。
②动态谐波源这种谐波源的特点是随负荷的变化而剧烈变化，如大容量的冲击负荷、电气机车的换流设备、大型电弧炉等，都属于这种谐波源。
③暂态谐波源这种谐波源的特点是稳态运行时不会向系统注入高次谐波，仅在过渡过程中产生暂态性谐波电流，其持续时间为数毫秒到几十毫秒。
如变压器在空载投入时产生的励磁涌流、电容器的合闸涌流中均含有2、3、4次高次谐波电流，这种谐波电流往往引起电力系统谐振和过电压。
三、高次谐波对配电网的危害一般来说，高次谐波很少来自上一级电力系统，而主要来自同一电压等级中的可控用电设备和整流设备。
据统计，由于高次谐波而损坏的电气设备中，电力电容器约占40%(其中串联电抗器约占30%)，变压器约占10%、用电设备约占7%，等等。
交流电动机运行过程中的磁势谐波分析
因占有的空间等于 2 360 电角度，故电角度 = 2 机械角度� 总之 ，对于极对数为 的电机 ，电 角度 = 机械角 度� 因此 ，形 成两极电 机， 应 将定子全部槽数按极数均分为两部分，每部分再 按三相均分为三个区段 ， 共得六个区段 ，称为六 个相带， 依次命名为 A � Z � B � X � C �Y ， 每个 相带内包括一个或几个槽，如图 3 所示 �如此类 推可形成四极电机等，如图 4 所示 �
2012 年第 28 卷第 2 期
� 石油化工安全环保技术 � P E TR O C H E M IC A L SA F E TY AN D E NV IR ON M E N TAL P R OTE C TION TE C H N OLOG Y
15
安全与环保设计
交 流 电 动 机 运 行 过 程 中 的 磁 势 谐 波 分 析
部中的电流均流入纸面， 三相绕组产生的合成磁 场由上向下，是一个两极磁场 � 因此，使三相绕 电动机的核心部件为绕组 ， 交流绕组的形式 � 组在定子槽内互差 120 电角 度， 并按 A � Z �B � ，但其构成原则皆为 : 在导体数目 虽然互不相同 一定的情况下 ，绕组的合成电势和磁势在波形上 接近正弦波， 在幅值上获得的基波电势和基波磁 势最大，定� 转子绕组的损耗小，用铜量省� 对 于三相绕组，各相的电势和磁势对称，电阻与电 抗平衡，绕组的绝缘和机械强度可靠，散热性能好 和用铜量省是衡量电动机性能优略的刚性指标 � X �C �Y 的顺序排列， 则当通入对称的三相交流 电流时，即可得到一个两极的三相绕组� 绕组的 展开图如图 2 所示� 当电机具有两对极时 ， 绕组的布置如图 2 所 示 �沿整个定子铁芯内圆开有 12 个槽 ，组成的三 相绕组相当于图 1 所示二极交流电机的绕组重复 一次� 这里的电角度和机械角度是有区别的 � 电
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交流电机的谐波问题
参考书籍
l[1] 肖湘宇主编，电能质量分析与控制，中国电力出版社，2004
l[2]George J. Wakileh著，徐政译，电力系统谐波－基本原理、分析方法和滤波器设计，机械工业出版社，2003
l[3] 许实章著，新型电机绕组－理论与设计，机械工业出版社，2001 l[4] 李发海，朱东起编著，电机学（第三版），科学出版社，2002
l[5] 汤蕴璆，史乃编著，电机学，机械工业出版社，2001
l[6] 汤蕴璆，张亦黄，范瑜编著，交流电动机动态分析，机械工业出版社，2004
l[7] 朱耀忠等，电机与电力拖动，北京航空航天大学出版社，2005
l[8] 李永东主编，交流电机数字控制系统，机械工业出版社，2002
阅读参考书籍后的作业
l 1 谐波的基本概念（[1]: p164-201, [2]: p4~35）
A。
基波与谐波的定义，谐波计算方法，谐波评价指标
l 2 变压器中的谐波
B。
铁心饱和时单相变压器的励磁电流（[4]: p15-16）三相变压器空载运行的电动势（[4]: p54-56）
l 3 电机中的谐波
由于电机自身磁势、磁路以及与电机相连的电源和负载的非线性特性，实际电机中总会存在各种各样的谐波。
这些谐波会影响电机的正常运行，有必要对它们产生的机理、特点及其对电机影响的情况进行介绍。
阅读参考书籍后的作业
3.1 电机中的空间谐波
电机的空间谐波是由于电机内部磁势和磁阻在空间上分布不均匀而引起的谐波磁场，例如：凸极同步电机的主极磁场、齿谐波磁场等都含有丰富的空间谐波。
电机的空间谐波磁场具有相同的机械角频率但极距却各不相同。
C。
凸极同步电机的主极磁场（[5]: p124-125）电机中的齿谐波磁场（[5]: p125-126）
3.2 电机中的时间谐波
l电机的时间谐波是由连接于电机绕组的电压或负载中的非线性特性在电机内部产生的谐波电压和电流，例如：变频器供电的感应电动机或通过HVDC输送电力的同步发电机中就含有丰富的时间谐波。
由时间谐波电压或电流产生的电机磁场具有相同的极距与极对数但频率却各不相同。
D。
时间谐波源（[2]: p37-65）变频器供电的感应电动机（[6]: p229-249）
阅读参考书籍后的作业
l 4 电机谐波的抑制与利用
– 4.1 电机谐波的危害
E。
“空间高次谐波对异步电动机的影响”,([7]: p191-192 )
F。
“非正弦电源对异步电机的影响”([7]: p211-214 )
– 4.2 电机谐波的抑制
G。
“消弱电机空间谐波的方法”, ([5]: p127-129 )
H。
“电力系统时间谐波的抑制”([2]: p87-114, [1]: p204-219 )
– 4.3 电机谐波的利用
I。
“利用谐波起动感应电机”, ([3]: p25-86 )
J。
“利用齿谐波辨识电机转速”([8]: p250-251 )
谐波问题（p124 ，137）谐波电动势和磁动势（p143 ，159）
2.1 谐波电动势
2.2 谐波磁动势
参考书籍
第二讲谐波问题（p124 ，137）
谐波电动势和磁动势（p143 ，159）
2.1 谐波电动势
2.2 谐波磁动势
参考书籍
2.1 谐波电动势
2.1.1 普通谐波电动势
2.1.2 齿谐波电动势
2.1.1 普通谐波电动势
2.1.1.1 谐波磁场及其特点
2.1.1.2 谐波磁场产生的电动势
2.1.1.3 谐波电动势的危害
2.1.1.4 削弱办法
2.1.1.1 谐波磁场及其特点l气隙磁密(p70 p125) (p81 p143)
2.1.1.1 谐波磁场及其特点l气隙磁密的分解
2.1.1.1 谐波磁场及其特点l谐波磁密
2.1.1.2 谐波磁场产生的电动势l谐波相电动势有效值
2.1.1.2 谐波磁场产生的电动势l谐波短距系数
2.1.1.2 谐波磁场产生的电动势l谐波分布系数
2.1.1.2 谐波磁场产生的电动势l谐波电动势频率
1
2.1.1.3 谐波电动势的危害l考虑谐波后的相电动势
2.1.1.3 谐波电动势的危害l考虑谐波后的线电动势有效值
2.1.1.3 谐波电动势的危害l D联结时的三次及其倍数谐波环流
4/5 2.1.1.3 谐波电动势的危害
l谐波电动势的危害
Ø使发电机电动势波形变坏，降低供电质量，影响用电设备的运行性能；
Ø使发电机本身的杂散损耗增大，效率下降，温升增加；Ø输电线中的高次谐波所产生的电磁场，会对附近的通信线路产生干扰；
5/5 2.1.1.3 谐波电动势的危害
l谐波电动势的危害（续）
2.1.1.4 普通谐波电动势的削弱方法l主要方法
2.1.1.4 普通谐波电动势的削弱方法l使气隙磁场的分布接近正弦波（凸极机）
2.1.1.4 普通谐波电动势的削弱方法l使气隙磁场的分布接近正弦波（隐极机）
2.1.1.4 普通谐波电动势的削弱方法l采用三相对称绕组
2.1.1.4 普通谐波电动势的削弱方法l采用短距绕组（削弱原理）
2.1.1.4 普通谐波电动势的削弱方法l采用短距绕组（削弱条件）
2.1.1.4 普通谐波电动势的削弱方法l采用短距绕组（短距对基波电势的影响）
2.1.1.4 普通谐波电动势的削弱方法l采用短距绕组（节距的选择方法）
2.1.1.4 普通谐波电动势的削弱方法l采用短距绕组（实际节距的选择）
2.1.1.4 普通谐波电动势的削弱方法l采用短距绕组（消除谐波的物理解释）
2.1.1.4 普通谐波电动势的削弱方法l采用分布绕组（削弱谐波示意图）
数越
槽数和材料
2≤q
q ≤12 。
2.1.2 齿谐波电动势
2.1.2.1 齿谐波电动势及其产生原因
2.1.2.2 齿谐波电动势的削弱方法
2.1.2.1 齿谐波电动势及其产生原因l齿谐波电动势
2.1.2.1 齿谐波电动势及其产生原因l齿谐波电动势的产生原因p125 T4-12
2.1.2.1 齿谐波电动势及其产生原因l齿谐波电动势的短距系数
2.1.2.1 齿谐波电动势及其产生原因l齿谐波电动势的分布系数
2.1.2.2 齿谐波电动势的削弱方法l增加每极每相槽数
2.1.2.2 齿谐波电动势的削弱方法l减小槽口气隙磁导的变化
2.1.2.2 齿谐波电动势的削弱方法l采用斜槽或斜磁极p126
2.1.2.2 齿谐波电动势的削弱方法l采用斜槽（斜槽系数的推导方法）
2.1.2.2 齿谐波电动势的削弱方法l采用斜槽（基波斜槽系数）
2.1.2.2 齿谐波电动势的削弱方法l采用斜槽（谐波斜槽系数）
2.1.2.2 齿谐波电动势的削弱方法l采用斜槽（消除v次谐波的条件）p126
2.1.2.2 齿谐波电动势的削弱方法l采用斜槽（斜槽距离的确定）
2.1.2.2 齿谐波电动势的削弱方法
l采用斜槽（斜一个齿距后对齿谐波的影响）。