目前世界各国发电设备和发电量主要还是由火力发电、核电和水电组成,近年来正在积极开展利用风能、太阳能等其他能源的发电设备工作,但是无论是火电或是核电,都是由汽轮发电机把机械能转变成电能送到电网上供人类使用的,我国和全世界的发电量约80%是由汽轮发电机提供的,因而汽轮发电机的发展与国民经济的发展有着密切的关系。现代化电力系统是以大电厂、大机组、高电压、高自动化程度为标志的现代化大电网,必须实现大电网与大机组之间的协调,充分发挥它们相互作用的有利因素与技术经济效益,防止由于它们相互影响,造成大电网或大机组事故。为了确保电网安全稳定运行,解决大型汽轮发电机设计中的关键问题,本文对大型汽轮发电机的负序运行能力进行了深入的研究,通过有限元法系统的分析了大电机在稳态、瞬态负序电流的影响下的运行情况。首先,在综合国内外最新研究成果的基础上,以有限元法为核心,分别建立了大型汽轮发电机负序涡流场、负序涡流场与温度耦合场的有限元模型,为工程实际应用提供了多种可供选择的模型和算法。其次,鉴于发电机负序能力分析既包括电磁分析又包括热分析的电磁-热耦合场分析问题,在综合、比较各种涡流分析方法的优、缺点,以及本文研究问题的特点基础上,确定了负序运行能力分析中涡流-温度耦合场的顺序耦合分析方法,并建立了相应的磁-热耦合分析的有限元模型。最后,以上海汽轮发电机公司引进、制造的两极三相1200MW的水、氢、氢冷却汽轮发电机为分析对象,分析、计算了百万千瓦级汽轮发电机的稳态、瞬态运行能力。