传统的励磁机由于转子侧电刷和滑环的存在,必然会产生电弧和火花,易发热使得温升过高,对电机的通风和冷却设计也加大难度。本文研究的无刷交流励磁机采用的是无刷励磁方式,这种励磁方式有两方面的好处:一是随着发电机的容量不断增加,励磁电流也会增加,没有电刷和滑环部件,励磁电流就不会受到增长的限制,适合大型汽轮发电机组。二是转子与旋转整流器同步旋转,消除了换流所引起的火花、摩擦损耗、发热和噪音问题,同时也适合工作在像易爆炸这样的特殊环境。本文首先对同步无刷交流励磁机的分析方法和基本的结构理论作了详细的叙述。针对无刷交流励磁机铁心结构的复杂性和铁磁材料饱和特性的影响,采用场路结合的方法和有限元软件Ansoft Maxwell,对无刷交流励磁机进行有限元分析,从模型的建立、设定、剖分到后处理进行了具体的研究。选择Ansoft的瞬态场来分析无刷交流励磁机的磁场分布和气隙磁密分布,施加不同励磁电流得到不同的空载端电压,从而计算得到无刷交流励磁机的空载特性曲线。通过搭建外电路来模拟电机外部负载状态,得出不同工况下的磁场分布和气隙磁密,利用迭代法计算出额定工况下的负载励磁电流。最后计算得到的空载基波电势与实测结果相符,且计算的额定励磁电流误差较小,给此类电机电磁场的设计提供理论依据。此方法具有实用性,可为一般无刷交流励磁机提供励磁电流计算作为参考。文中对一台28kW同步无刷交流励磁机的电磁设计过程作了详细介绍,列出了电机具体参数,分析了电机内部的电磁关系。最后根据无刷交流励磁机和有限元计算原理,将Maxwell 16.0作为开发平台,使用Visual Basic for Application(VBA)程序开发语言,对该电机的建模、添加材料、施加激励、剖分以及后处理进行二次开发。对无刷交流励磁机建模中的定子绕组、磁极、转子槽实现参数化,具有一键求解,自动剖分的功能。基于Excel的开发平台,设计可视化界面,加强人机的信息交互,减少重复性的步骤,提高设计人员的效率,缩短电机的设计周期。