最新交流电机的谐波问题
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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。
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。
kp
siny19
0 0
6/12
1/5
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。
5/5
2.1.1.2 谐波磁场产生的电动势
谐波每极磁通量
基波
1
2
B1ml
谐波 2BmlνBB1m m1
1/5
2.1.1.3 谐波电动势的危害
考虑谐波后的相电动势
E φE φ1E φ3E φ5 Eφ Eφ 21Eφ 23Eφ 25
2/5
2.1.1.3 谐波电动势的危害
考虑谐波后的线电动势有效值
1/4
2.1.1.1 谐波磁场及其特点
气隙磁密
bδ
(p70 p125) (p81 p143)
2/4
2.1.1.1 谐波磁场及其特点
气隙磁密的分解
b
b1
b3 b5
3/4
2.1.1.1 谐波磁场及其特点
谐波磁密
b δ b 1 b 3 b 5
bBmsin
1,3,5,
4/4
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
2.1.1.4 普通谐波电动势的削弱方法
采用分布绕组（q值对分布系数的影响）
2.1.1.1 谐波磁场及其特点
谐波磁密的特点
转速
n ns
频率
f f1
极对数 p p
极距
槽距电角度
1/5
2.1.1.2 谐波磁场产生的电动势
谐波相电动势有效值
基波 Eφ14.4N 4wk1f11
谐波 Eφ4.4N 4wkf
2/5
2.1.1.2 谐波磁场产生的电动势
谐波短距系数
基波
➢ 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；
➢ 使发电机本身的杂散损耗增大，效率下降，温升增加； ➢ 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
谐波电动势的危害（续）
➢ 可能引起输电线路中的电容和电感发生谐振，产生过 电压；
kp1
s
in
y1
9
0
谐波
kp
sin
y1
90
3/5
2.1.1.2 谐波磁场产生的电动势
谐波分布系数 基波
sin q
k d1
2
q sin
2
谐波
sin q
kd
2
q sin
2
4/5
2.1.1.2 谐波磁场产生的电动势
谐波电动势频率
基波
f1
pn s 60
谐波 f p6n06p0snf1
交流电机的谐波问题
参考书籍
[1] 肖湘宇主编，电能质量分析与控制，中国电力出版社，2004 [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 [3] 许实章著，新型电机绕组－理论与设计，机械工业出版社，2001 [4] 李发海，朱东起编著，电机学（第三版），科学出版社，2002 [5] 汤蕴璆，史乃编著，电机学，机械工业出版社，2001 [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 [7] 朱耀忠等，电机与电力拖动，北京航空航天大学出版社，2005 [8] 李永东主编，交流电机数字控制系统，机械工业出版社，2002
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
Y联结 EL 3 Eφ 21Eφ 25Eφ 27
D联结 EL Eφ 21Eφ 25Eφ 27
3/5
2.1.1.3 谐波电动势的危害
D联结时的三次及其倍数谐波环流
E φ 3
A
E φ 3
I3
C
I3
3 E φ 3 3Z3
E φ 3
B
Eφ3 I3Z3
4/5
2.1.1.3 谐波电动势的危害
谐波电动势的危害
8/12
2.1.1.4 普通谐波电动势的削弱方法
采用短距绕组（节距的选择方法）
应选择尽可能接近于整距的短ห้องสมุดไป่ตู้距 p127,p146 式4-31
y1
1
1 v
9/12
2.1.1.4 普通谐波电动势的削弱方法
采用短距绕组（实际节距的选择） kpv
1.0
v =1
0.5 v =5
0 1 0.9
v =7 0.8 0.7
➢ 使感应电动机产生有害的附加转矩和损耗，降低其运 行性能。
1/12
2.1.1.4 普通谐波电动势的削弱方法
主要方法
➢ 使气隙磁场的分布波形尽可能接近正弦波 ➢ 采用对称三相绕组 ➢ 采用短距绕组 ➢ 采用分布绕组
2/12
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（凸极机）
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 。
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
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。
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。
kp
siny19
0 0
6/12
1/5
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。
5/5
2.1.1.2 谐波磁场产生的电动势
谐波每极磁通量
基波
1
2
B1ml
谐波 2BmlνBB1m m1
1/5
2.1.1.3 谐波电动势的危害
考虑谐波后的相电动势
E φE φ1E φ3E φ5 Eφ Eφ 21Eφ 23Eφ 25
2/5
2.1.1.3 谐波电动势的危害
考虑谐波后的线电动势有效值
1/4
2.1.1.1 谐波磁场及其特点
气隙磁密
bδ
(p70 p125) (p81 p143)
2/4
2.1.1.1 谐波磁场及其特点
气隙磁密的分解
b
b1
b3 b5
3/4
2.1.1.1 谐波磁场及其特点
谐波磁密
b δ b 1 b 3 b 5
bBmsin
1,3,5,
4/4
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
2.1.1.4 普通谐波电动势的削弱方法
采用分布绕组（q值对分布系数的影响）
2.1.1.1 谐波磁场及其特点
谐波磁密的特点
转速
n ns
频率
f f1
极对数 p p
极距
槽距电角度
1/5
2.1.1.2 谐波磁场产生的电动势
谐波相电动势有效值
基波 Eφ14.4N 4wk1f11
谐波 Eφ4.4N 4wkf
2/5
2.1.1.2 谐波磁场产生的电动势
谐波短距系数
基波
➢ 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；
➢ 使发电机本身的杂散损耗增大，效率下降，温升增加； ➢ 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
谐波电动势的危害（续）
➢ 可能引起输电线路中的电容和电感发生谐振，产生过 电压；
kp1
s
in
y1
9
0
谐波
kp
sin
y1
90
3/5
2.1.1.2 谐波磁场产生的电动势
谐波分布系数 基波
sin q
k d1
2
q sin
2
谐波
sin q
kd
2
q sin
2
4/5
2.1.1.2 谐波磁场产生的电动势
谐波电动势频率
基波
f1
pn s 60
谐波 f p6n06p0snf1
交流电机的谐波问题
参考书籍
[1] 肖湘宇主编，电能质量分析与控制，中国电力出版社，2004 [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 [3] 许实章著，新型电机绕组－理论与设计，机械工业出版社，2001 [4] 李发海，朱东起编著，电机学（第三版），科学出版社，2002 [5] 汤蕴璆，史乃编著，电机学，机械工业出版社，2001 [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 [7] 朱耀忠等，电机与电力拖动，北京航空航天大学出版社，2005 [8] 李永东主编，交流电机数字控制系统，机械工业出版社，2002
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
Y联结 EL 3 Eφ 21Eφ 25Eφ 27
D联结 EL Eφ 21Eφ 25Eφ 27
3/5
2.1.1.3 谐波电动势的危害
D联结时的三次及其倍数谐波环流
E φ 3
A
E φ 3
I3
C
I3
3 E φ 3 3Z3
E φ 3
B
Eφ3 I3Z3
4/5
2.1.1.3 谐波电动势的危害
谐波电动势的危害
8/12
2.1.1.4 普通谐波电动势的削弱方法
采用短距绕组（节距的选择方法）
应选择尽可能接近于整距的短ห้องสมุดไป่ตู้距 p127,p146 式4-31
y1
1
1 v
9/12
2.1.1.4 普通谐波电动势的削弱方法
采用短距绕组（实际节距的选择） kpv
1.0
v =1
0.5 v =5
0 1 0.9
v =7 0.8 0.7
➢ 使感应电动机产生有害的附加转矩和损耗，降低其运 行性能。
1/12
2.1.1.4 普通谐波电动势的削弱方法
主要方法
➢ 使气隙磁场的分布波形尽可能接近正弦波 ➢ 采用对称三相绕组 ➢ 采用短距绕组 ➢ 采用分布绕组
2/12
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（凸极机）
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 。
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