随着经济的快速发展，全球气候变暖和能源供应紧张等影响人类生存的问题正日益突出。在全世界节能减排的大趋势下，清洁、绿色、可再生能源正受到人们的青睐。水力发电作为开发技术成熟、全球能源量最大的可再生能源，正在被人们重视和得到有效利用。作为水力发电的重要设备之一，水轮发电机正朝着大容量的趋势发展，随着单机容量的增大发电机的电磁负荷和热负荷同时增大，有关大型水轮发电机的电磁分析、温度与热应力的研究尤为重要。电机的发热、冷却、热应力以及故障分析的研究，涉及到电磁场理论、流体力学、结构力学、计算方法等多种学科及领域，是综合性较强的研究课题，具有较高的学术研究价值和工程实际意义。本文以250MW水轮发电机为例，建立了二维瞬态电磁场计算模型，利用时步有限元法，对发电机内的瞬态电磁过程进行了计算分析，研究了额定电流短路时磁场三次谐波在齿部的大小及分布情况；在此基础上，计算了发电机定子侧的不同损耗，包括：空载基本铁耗和附加损耗，短路电流等于额定电流时齿部三次谐波附加损耗，股线的涡流损耗。此外，以第二章计算的定子损耗分布求得热源，建立了半个齿槽、半个铁心段的三维温度场计算模型，并确定了其边界条件，计算并分析了水轮发电机定子三维温度分布情况；研究了计及额定电流短路齿部三次谐波附加损耗时温度分布的变化，对比分析了不同股线涡流损耗系数分布对定子温度分布的影响。最后，建立了水轮发电机一个极距范围内定子整个轴向的计算模型，进行了三维温度与热应力的耦合计算，得到了定子热应力分布，并对不同风速、风温、损耗值对铁心热应力的影响进行了分析，结合以往发电机运行故障实例，对可能由温度与热应力等引起的发电机故障作了预测，得到了一些有益的结论，为今后大型水轮发电机的优化设计和故障诊断提供了参考。