汽轮发电机是火力发电厂、燃气-蒸汽联合循环电站和核电站的关键设备之一,是电能的直接生产者,汽轮发电机的发展在电力工业的发展中占有重要地位。在汽轮发电机众多冷却方式中,空气冷却方式因具有成本低廉,维护方便等优势而被广泛应用。本文以一台150MW的空冷汽轮发电机为研究对象,针对转子、定子采用磁性槽楔时对整机电磁参数、损耗以及定子侧温升进行了详细的分析,探究了磁性槽楔对发电机的影响,得出了一些有益于指导发电机设计的结论。汽轮发电机转子直径相对较大且转速较高,转子槽楔需承受高速旋转的励磁绕组所产生的离心力。在汽轮发电机使用过程中,转子槽楔起到克服交变离心力作用。在励磁绕组直接冷却的空冷汽轮发电机中,转子槽楔成为绕组冷却通道的一部分。此外,转子槽楔还起到部分阻尼绕组的作用。大容量汽轮发电机的转子槽楔一般采用非磁性的铝合金或者铝青铜等材料。磁性槽楔在中高压电动机以及水轮发电机中已有较多使用经验,主要体现在降低了气隙的谐波含量,提高了电机的效率。而在汽轮发电机中还未大范围应用,本文以此为研究背景,针对磁性槽楔在汽轮发电机中应用时的相关科学问题进行了深入细致研究。本文提出在发电机转子开口槽内嵌入弱磁性槽楔和一种高强度的导磁导电的Fe-Cu合金槽楔进行对比研究,替代通常的铝合金或硬铝槽楔,通过建立该发电机二维电磁场数学模型,计算了三种不同磁性槽楔时发电机的饱和电抗值,给出了对应的电抗变化关系。此外,基于二维时步有限元法计算了发电机转子采用铝合金槽楔、弱磁性槽楔和导磁导电槽楔时转子的损耗,研究了采用三种不同槽楔材料时定子铁芯铁耗数值和转子损耗的变化以及转子槽楔形状改变时的定子铁芯铁耗数值和转子损耗的变化规律。研究了汽轮发电机转子不同槽分度对电机电磁场的影响,建立了汽轮发电机的不同槽分度下的数学模型,分别计算了转子带有非磁性槽楔槽、弱磁性槽楔和导磁导电的Fe-Cu合金槽楔时不同槽分度下的电磁场。同时,研究了不同槽分度情况下改变转子槽楔材料对发电机同步饱和电抗值、磁场波形和损耗的影响规律;建立了计及多种因素下150WM空冷汽轮发电机的单槽数学模型,研究了单槽模型中,定子槽内横向漏磁通的分布规律和相关因素,并在此基础之上,研究了定子槽内横向漏磁通对股线涡流电密分布、股线涡流损耗分布的影响规律。此外,还给出了由横向漏磁通引起的不等股股线涡流的解析表达式;通过建立一个叠片段的单定子槽三维温度场数学模型,计算得到了未采用磁性槽楔、不同位置处定子槽楔以及转子采用磁性槽楔时的定子温度场与流体场分布规律,得出了采用转子磁性槽楔可在一定程度上改善定子最高温升的结论。此外,还对比了定子采用磁性槽楔和转子采用磁性槽楔时的温度场分布,通过对比分析得出了转子更宜于采用磁性槽楔的结论。通过对上述科学问题的深入细致研究,得到了磁性槽楔在大型汽轮发电机中的应用规律、最优转子槽分度的确定方法、定子槽内横向漏磁通变化规律及其对股线附加涡流损耗的影响规律和整机瞬时温度场变化规律,为大型汽轮发电机设计生产奠定了坚实的理论基础。