永磁同步电机具有高功率密度、高效率、结构简单、易于维护等优点,在电动汽车、风力发电、伺服驱动等领域有着广泛地应用。但由于永磁体的固有性质,导致永磁电机的气隙磁场调节较为困难。混合励磁电机结合了永磁电机和电励磁电机的优点,较好地解决了永磁电机励磁调节困难以及电励磁电机效率低的问题,具有良好的应用前景。因此,围绕一种新型混合励磁同步发电机的基础理论、谐波励磁系统设计、运行性能计算,以及样机研制和实验进行了系统的研究。提出了一种基于三次谐波的混合励磁同步发电机,针对该新型混合励磁电机的基本结构、气隙磁场调节原理,以及三次谐波的产生机理等基础理论进行了研究。分析了三次谐波励磁系统输出最大励磁电流的条件,给出了定子三次谐波绕组和转子励磁绕组设计原则以及设计方法,通过对不同三次谐波绕组匝数下的仿真结果的比较与分析,得出了最佳的设计方案。借助有限元和电路仿真软件,建立了三次谐波的混合励磁同步发电机系统场路耦合仿真模型,针对该发电机的空载特性、外特性,调整特性以及励磁控制等性能进行了仿真计算。仿真结果验证了该发电机励磁原理的正确性,同时也表明了其具有较宽的调压范围以及较高的效率。根据该发电机基础理论和仿真结果,设计并研制了一台基于三次谐波的混合励磁同步发电机样机,搭建了样机实验平台。针对样机的空载特性、外特性,调整特性以及励磁控制等性能分别进行了测试,并与仿真结果进行了对比。对比表明:仿真结果与实验结果基本一致,进一步验证了该混合励磁同步发电机理论的正确性,以及谐波励磁方案的可行性,具有一定的实际应用价值和应用前景。