该文对谐波励磁发电机的电磁场计算、谐波磁场分析计算、谐波励磁系统的设计与优化等问题进行了系统的研究，给出了三次谐波励磁系统的谐波与励磁匹配的设计方法，解决了长期困扰三次谐波励磁发电机设计的难题。该文介绍了针对电机磁场计算的ANSYS二次开发过程，说明了基于齿磁通法的界面化电磁场计算程序的具体算法和程序编写，二次开发的电磁场计算程序通用性强，计算速度快、使用方便。该文根据傅立叶级数分解原理推导出了三段法，该方法是专门用于分析三次谐波磁场特性的新方法，是调整和控制三次谐波磁场的基本理论。根据三段法，电机的一个极距分为三段分别进行研究；这三段的相对磁阻是影响谐波磁场的关键因素，而各段的相对磁阻随着饱和程度的变化而变化，调整各段的相对磁阻即可调整电机的三次谐波磁场的变化特性，从而满足三次谐波磁场与励磁匹配的需要。采用三段法对电机的气隙、极弧系数、磁极偏心、阻尼条等几个关键因子对三次谐波磁场的影响进行了计算分析，得到了电机磁路设计中，谐波与励磁匹配的指导性结论。该文论述了谐波绕组的设计，其主要包括如何满足谐波绕组输出功率和波形的要求。从三次谐波励磁系统等效电路出发，推导了谐波绕组电抗的计算方法，从而确定谐波绕组匝数，实现三次谐波励磁系统的输出功率与励磁匹配。根据正弦绕组原理，该文还提出了新型的谐波绕组，该绕组能有效的削弱高次谐波电势，保证绕组电压波形满足AVR的要求。最后通过实验证明了该文所采用的计算方法的准确性，通过实例说明了基于谐波与励磁匹配理论的谐波励磁发电机设计过程，并证明了该文理论的正确性和方法的可行性。