基于傅里叶分解原理的同步电机三次谐波磁场分析
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

Magnetic Field Analysis and Performance Comparison of Permanent Maguet Synchronous
Motor Based on Air⁃Gap Field Modulation Theory
( FSCW) , permanent magnet synchronous machine, finite element method, total harmonic distortion rate( 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
esign and analysis
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)”。
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it e t n , n h g i d f r amo i ma n t ed wa u n o 3 s ci s a d t e ma nt e o d h r n c o u 3 g ei f l s s mme y te ag b ac s m o e i tga rm h ci d b h le r i u ft e r l o t e h n f
3 s cins e to .Cac ltn h g ei e st n rdi e e ed e rels te c a a trsiso d h r nc ma n tcfed l ua ig t e ma n t d n iy u de f rntf l u l ,h h r ceitc f3r a mo i g ei l c f i t i
次谐波特 性 曲线 , 曲线 可 以反 映 出电机 一个 极 距 该
下三段 的饱 和程 度 。根据 谐波励 磁系统 的要求和 三 次谐 波特性 曲线 , 设计 者 较 容易 找 到 电机设 计 中 的
Ab ta t a e n t e F u irs r sp i cp e a n w meh d fra a y ig 3 d h r nc ma n t ed i y c r — s r c :B s d o h o re ei rn il , e to o n l z r amo i g e i f l n s n h o e n ci设计 新… … ,
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儆持电棚 20 第 期 基 于傅 里 0 年 6 1
基 于傅 里 叶分 解原 理 的 同步 电机 三次 谐 波磁 场分 析
Ke r y wo ds:y c r n u lcrc lma hie; d hamo c; a nei ed a l ss; o re s n h o o s ee tia c n 3r r ni m g t f l nay i F u ir ci
0引 言
在 电机 中 , 次谐 波通 常 被认 为是 有 害 的高次 三
LU J n g o , A u - n , U h n c i I i - u W N H of Q E S a -a a i
( . ac agU i r t, a ca g30 3 , h a2 A BT l o e ea r Ld , ac ag3 0 3 , hn ) 1 N n hn nv s y N nh n 30 C i ;. B e hw G nrt s t. N n h n 3 0 C ia ei 1 n l o 1
关键 词 : 同步 电机 ; 次 谐 波 ; 场 ; 三 磁 傅 叶
中 图分 类 号 :M3 1 T 4
文 献标 识 码 : A
文 章 编 号 :0 4 7 1 (00 0 — 0 4 0 10 - 0 8 2 1 )6 03 - 3
An l ss o d Ha m o c M a n tc Fil n S nc o u ne a o sBa e n Fo ir Se is a y i f3r r ni g e i ed i y hr no s Ge r t r s d o ure r e
c n b a c ltd, n h u v n iae h a u ain o ep l i e t n . e in r a n h a l f h e e a a e c l uae a d te c r e id c t ste s t rt f h oe n 3 s ci s D sg e n f d t e fu t o eg n r — o t o c i s t
刘建国 万火金 阙善材 , ,
( . 昌大学 , 1南 江西南昌 3 03 ;.南 昌 A B发电机有 限公 司, 30 12 B 江西南 昌 30 3 ) 30 1
摘 要: 介绍 了一 种 基 于 傅 里 叶级 数 分 解 原 理用 于 同步 发 电机 中一 次谐 波磁 场 分 析 的 新 方 法 , 据 该 方 法 , 根 同
trfo h u v n o r s o d n au ai n sau .T e e a l n mp o e n a s w r i e n te e d o r m te c re a d c re p n ig s t r t t ts h x mpe a d i r v me tme n e e gv n i h n . o
步电机一个极距将分为三段进行研究 , 三次谐波磁密幅值分别 由这二段磁密积分后代 数相加得到。计算 不同的励
磁 电 流 下 的三 次 谐 波 磁 密 , 而得 到三 次 谐 波 特 性 曲 线 , 曲 线 可 以 反 映 出 电机 一 个 极 距 下 三 段 的饱 和 程 度 。根 从 该
据谐波励磁系统的要求 和三次谐波特性 曲线 , 设计者较容易找到电机设计 中的缺陷或 指导新产 品开发 。文 中给 出 了算例 和谐波磁场特性 的调整方法。