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
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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,
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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（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
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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。
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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）。