目前，三次谐波励磁已成为同步发电机一种常用的励磁方式。但是，由于三次谐波磁场受磁路饱和、气隙、齿槽和磁极形状的影响很大，目前的设计方法缺乏对三次谐波励磁的准确分析计算，所以无法把握三次谐波励磁系统负载性能。为此，本文采用电磁场数值计算对谐波励磁同步发电机的负载性能进行了深入的分析。本文的研究结果为三次谐波励磁分析提供了一种新的思路，也为三次谐波励磁发电机的设计和研究提供了坚实的理论基础和强有力的设计手段。 本文首先介绍了同步电机负载时的电磁场计算方法，描述了同步发电机负载电磁场的励磁绕组和电枢绕组载荷的施加方法，及其边界条件的处理，以及同步电机负载定子斜槽计算的方法，给出了同步电机负载时ANSYS软件分析的命令流程序的流程图和样机的基本数据。 其次，介绍了开发的基于ANSYS命令流方式的负载电磁场计算软件和绕组电压计算的后处理软件，论述了两种计算绕组感应电势的方法——傅立叶分解法和齿磁通法，并分析了这两种计算方法的优缺点。应用傅立叶分解法和齿磁通法分别计算了谐波励磁同步发电机负载时基波绕组和谐波绕组电压的大小和波形，并通过试验对计算结果进行验证。 然后，在不考虑饱和的前提下，采用线性理论对谐波励磁同步发电机进行负载时谐波励磁的特性进行了分析，得到了基波和三次谐波的磁势、磁通和电压的相量图，分析了励磁绕组和定子绕组磁势对基波和三次谐波电压的影响，定性的把握了三次谐波励磁的复励特性。 最后，对同步发电机谐波励磁特性进行电磁场分析。在励磁电流不变的情况下，改变电枢电流大小，对其进行了大量的电磁场计算，分别得出电枢电流和空载电势同相时和电枢电流和空载电势正交时的一组外特性曲线，从而进行励磁电流、电枢电流与谐波绕组电压的关系电磁场分析以及同步发电机直轴负载时、交轴负载时谐波励磁特性的电磁场分析。