随着我国特高压、远距离输电技术的不断发展,大型、特大型电力变压器、电机等电工设备不断投入运行,而这些大型电工产品的设计与性能分析通常会涉及电、磁、热、力等多物理场耦合问题。随着计算机性能的提升、电磁场数值计算技术的不断发展,人们已广泛使用电磁场数值仿真商用软件分析大型电工产品电磁场与热场耦合问题,但在进行磁热耦合计算时往往采用单向耦合方法(这里称为传统耦合方法),即先进行磁场的仿真计算得到损耗,再将损耗值作为温度场计算的热源求解温升分布。这种传统耦合方法忽略了铁磁材料电磁特性的温度效应,然而电工产品电磁性能的准确分析离不开对电工材料电磁特性参数的准确描述,电工钢片广泛用作电机和变压器铁心材料或磁屏蔽材料,其磁特性及损耗随着温度变化而变化,反过来又会影响铁心温升分布。在此背景下,本文开展了考虑电工钢片磁特性温度效应的电机与变压器磁热耦合问题研究,探究材料温度效应对电磁、热场耦合仿真分析结果的影响,为电工设备的安全运行、防止局部过热问题研究给出参考。主要研究内容有:首先,实验测量并分析了50AW600晶粒无取向电工钢片和30ZH120取向电工钢片在温度范围为20℃-120℃、间隔10℃时的平均磁化曲线、磁滞回环和损耗曲线。实验时将单片电工钢片磁特性测试仪放置在一个温度范围可控制在20℃-400℃的恒温干燥箱内,通过控制箱内温度实现电工钢片不同温度磁特性测量。其次,研究了一种考虑电工钢片磁特性温度效应的磁热迭代耦合计算方法。借助于商用磁场仿真软件MagNet和温度场仿真软件ThermNet实现迭代耦合,耦合过程中每次进行磁场计算时都需要根据当前温度场仿真结果更新材料的平均磁化曲线和损耗曲线,然后根据当前磁场计算的损耗分析温升分布,如此反复迭代直至耦合结束。再次,基于上述测量数据及迭代耦合方法仿真分别计算了一台永磁无刷直流电机的铁心温度分布、一台500kV特大型电力变压器铁心及磁屏蔽的温度分布,并与未考虑硅钢片的温度效应的传统耦合方法仿真结果进行了对比分析,指明了在磁热耦合过程中考虑硅钢片磁特性的温度效应的必要性。最后,制作了一台简单单相变压器铁心模型,模拟变压器空载运行状态,利用热像仪测试了铁心表面温度分布,并与仿真计算结果进行了对比分析。