为解决我国多段圆弧极靴大型水轮发电机设计、制造中的关键技术,为设计制造部门提供决策依据,本文对多段圆弧极靴形状优化设计、发电机电磁参数计算和动态性能数字仿真等问题进行了深入、系统的分析和研究。 首先,重点讨论了适合于连续变量及离散变量多极值点目标函数的全局优化算法。率先将模拟退火算法成功地应用于电机电磁场逆问题的求解计算,并对它进行了若干改进。主要表现在:①提出了根据控制参数大小选用不同调节公式的步长向量自适应调整算法;②提出了判断Metropolis过程的动态稳定判据和③提出了模拟退火算法和其它优化算法相结合的混合优化策略。 其次,通过对电机二维稳态磁场、瞬态涡流场和端部准三维行波电磁场等的计算,给出了发电机稳态和瞬态参数的多种实用计算方法。计算出了电磁设计中常用参数曲线和等效的直、交轴励磁曲线,为工程设计和动态分析中考虑饱和的影响提供了实用的计算方法和软件。 然后,本文建立了大型水轮发电机极弧优化设计中电磁场逆问题的数学模型;解决了计算过程中计算精度和计算时间之间的矛盾以及优化过程中剖分网格变形等问题,开发了“水轮发电机多段圆弧极靴优化设计软件”;在此工作的基础上通过多台实际电机的极弧优化设计,研究了多段圆弧极靴的分布规律和分析了发电机的技术经济指标。 最后,分别从瞬变电磁场和路两方面建立了大型水轮发电机动态过程的数学模型和计算方法。本文研究的特点是综合考虑了电网的影响,重点解决了转速变化及其对参数的影响、铁磁材料饱和非线性因素的处理、通用故障模型和模型接口方法以及电磁场计算方面数值振荡的抑制等问题.在此基础上开发了“大型水轮(汽轮)发电机动态过程数字仿真软件包”,并计算了各种工况引起的发电机的机、电暂态过程,其中有些在国内首次算出。