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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 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） 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。
p127,p146 式4-31
应选择尽可能接近于整距的短节距
1 y1 1 v
2.1.1.4 普通谐波电动势的削弱方法

9/12
采用短距绕组（实际节距的选择） kpv v =1 1.0 0.5 0 1 0.9 0.8 0.7 v =5 v =7
可以兼顾 削弱5、 7次谐波
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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 )
7
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
1/5齿谐波电动势的产 Nhomakorabea原因 p115 p144 T4-15
电枢铁心表面开有槽，尤其大型电 机几乎都是开口槽，使得气隙磁通 的波形会受到电枢齿槽的影响（齿 下气隙较小，磁导大；而槽口处气
说明：齿谐波 与基波的的短 距系数相等。 推导
2.1.2.1 齿谐波电动势及其产生原因

4/5
齿谐波电动势的分布系数
q sin 2mq 1 sin 2mq 1 2m 2 k d 2 mq 1 2mq 1 2mq 1 q sin q sin 2 2mq sinq q 2 sinq 2 kd1 q sin 2 q sin 2

12/12
采用分布绕组（q值对分布系数的影响）
q 越大则各次谐波分布系数越
kdν
1.0 0.5
0
0.5 1.0
1 3 的增多，使冲剪工时和材料 5 消耗增多，槽有效面积减少，
5 10
小；但q增多也意味着总槽数
q 增加成本。一般2≤ q ≤6，二
极汽轮机6≤ q ≤12 。
2.1.1 普通谐波电动势
2.1.1.1 谐波磁场及其特点(谐波电动势产生原因) 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

1/4
气隙磁密
(p70
p125) (p81
p143)
bδ



2.1.1.1 谐波磁场及其特点
–
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
（p124 ，137） （p143 ，159）
2.1.1 普通谐波电动势 2.1 谐波电动势 2.1.2 齿谐波电动势 2.2 谐波磁动势
!!!!!
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
2.1.1.4 普通谐波电动势的削弱方法

2/12
使气隙磁场的分布接近正弦波（凸极机）
min
bp
max

max 1.5 ~ 2.0 min
bp 极弧系数： 0.70 ~ 0.75

3/5
D联结时的三次及其倍数谐波环流
Eφ3
A
Eφ3
I3
Eφ3
C
B
3Z 3 Eφ3 I 3 Z 3
I3
3 Eφ 3
2.1.1.3 谐波电动势的危害


4/5
谐波电动势的危害
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；
k p 5 sin( 5
以削弱5次谐波为例 k值 y1 1

y1
90 )
2k y1 5
0
2 (4/5)τ
3 (6/5)τ
(2/5) τ
kp5 kp1
0 0.5878
0 0.9511
0 0.9511
2.1.1.4 普通谐波电动势的削弱方法

8/12
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

3/12
使气隙磁场的分布接近正弦波（隐极机）
2 2

0.70 ~ 0.8
2.1.1.4 普通谐波电动势的削弱方法


4/12
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。
综上说明：齿谐 波与基波的的绕 组系数相等.!!!! 推导
说明：齿 谐波与基 波的的分 布系数也 相等
2.1.2.1 齿谐波电动势及其产生原因

5/5
高阶齿谐波电动势
Q k 1 2kmq 1 p
k 1,2,3,

4/5
谐波电动势频率！！！！
基波
pns f1 60
转速 n ns 频率 f f1
极对数p p
谐波
p n pns f f1 60 60
极距
槽距电角度

2.1.1.2 谐波磁场产生的电动势

5/5
谐波每极磁通量
基波
1
隙较大，磁导小），从而影响电枢
绕组感应电动势波形，产生较强的 齿谐波。
2.1.2.1 齿谐波电动势及其产生原因

2/5
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(一
阶齿谐波)；对气隙较小的小型同步发电机，这种谐波更加

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。
2.1.1.4 普通谐波电动势的削弱方法

5/12
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。
实质是使得：kp sin
第二讲： 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 书生 [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 电子版

[3] 许实章著，新型电机绕组－理论与设计，机械工业出版社，2001 超星
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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 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）
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；
2.1.1.3 谐波电动势的危害


5/5
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；

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。
2.1.1.4 普通谐波电动势的削弱方法


1/12
主要方法
[4] 李发海，朱东起编著，电机学（第三版），科学出版社，2002 超星 [5] 汤蕴璆，史乃编著，电机学，机械工业出版社，2001 教材 [6] 汤蕴璆，张亦黄，范瑜编著，交流电机动态分析，机械工业出版社，2005
–
A区新馆二楼“自然科学图书阅览室”

[7] 朱耀忠等，电机与电力拖动，北京航空航天大学出版社，2005 书生 [8] 李永东主编，交流电机数字控制系统，机械工业出版社，2002 电子版
Eφ E E E
2 φ1 2 φ3 2 φ5
2.1.1.3 谐波电动势的危害

2/5
考虑谐波后的线电动势有效值
Y联结
EL 3 E E E
2 φ1 2 φ5 2 φ7
D联结
EL E E E
2 φ1 2 φ5 2 φ7