本论文围绕大容量汽轮发电机的进相运行展开了研究工作。全文共分七章。第一章首先阐述了发电机进相运行的重要性和迫切性，对国内外相关方面的研究概况作了较为系统全面的综述，并对本论文的研究内容作了简单介绍。第二章给出了低频三维涡流电磁场的复边值问题，并介绍了复矢量场的一些理论基础。然后分别利用伴随算子和伴随场函数(广义相互作用原理)、最小作用原理和拉格朗日乘子法(广义变分原理)，建立了低频三维涡流电磁场中非自伴算子问题的变分描述。上述三种方法所得的结果与Galerkin法的结果完全一致。第三章介绍了圆柱坐标系下基于拱形体单元的三维稳态温度场有限元计算模型，并将变分法的结果与Galerkin法的结果进行了对比。第四章建立了汽轮发电机端部三维行波涡流电磁场的数学模型，在涡流控制方程中引入了罚函数项以使库伦规范自动满足，并应用广义相互作用原理导出了对应的泛函变分及其有限元计算格式。然后对多台大容量汽轮发电机端部的涡流电磁场进行了实例计算，并分析了罚函数项对数值解稳定性的影响以及影响端部电磁场的各种因素。第五章建立了大型汽轮发电机端部三维温度场的有限元计算模型，并应用传热学理论研究了散热系数、等效热传导系数等问题。然后求解了QFSS-300-2型汽轮发电机端部大压圈上的三维温度场分布，并与两台机组多种工况下的实测数据进行了对比。第六章介绍了二维稳态温度场的边值问题及其等价变分，导出了其有限元计算格式。然后求解了QFQS-200-2型汽轮发电机端部压圈上的温度分布，并与实测数据进行了对比。第七章首先定性研究了汽轮发电机从迟相运行到进相运行过程中不同区域上磁场强度的变化规律。然后介绍了发电机变参数数学模型，结合实测数据以及最小二乘回归分析计算了发电机稳态运行时的相关电气参数，并分析了发电机各物理量之间的相互关系。随后分析了不同工况下发电机端部结构件上的涡流损耗及温升的变化趋势。最后，利用发电机变参数模型给出了发电机的饱和功角特性、静稳极限以及运行极限图。