隨著水輪發電機單機容量的不斷增大，單位體積的損耗也同步增長。采用傳統的空氣冷卻方式已不能滿足電機散熱的要求，因而，三峽等超大型水輪發電機采用定子水內冷方式，以提高電機的散熱能力和極限容量。
目前，盡管國內外在電機溫度場計算方面已做了許多，但就大型水輪發電機水內冷定子三維溫度場計算而言，還缺少先進實用的計算方法，不能適應三峽等超大型水輪發電機的設計及制造需要。在有限元計算工作中，建立幾何模型等前處理工作往往花費很多的時間和精力，特別是象電機這樣復雜的裝配體，利用常規的建模方法是很困難的。隨著計算機及軟件技術的高速發展，利用三維CAD軟件，比較輕松地建立復雜模型已經成為現實。
本文利用三維CAD與有限元分析軟件相結合的方法，計算水內冷定子繞組及鐵心的三維溫度分布。
傳熱學經典理論回顧按付立葉熱傳導定律，物體內單位時間內通過單2000 .№3大電機技術位面積所傳遞的熱量與物體內的溫度梯度成正比，即式中q---單位時間內沿法向通過導熱面積的熱流量，即熱流密度向量λ---導熱系數，W/m℃（材料特性，與T有關應寫為k，非線性當物體為均勻導熱體時，是常數）T---物體溫度，℃。負號表示沿該梯度方向溫度是下降的。
根據熱力學能量守恒定律，在一定時間內，一體積元內所產生的熱量，應等于同一時間內從這一體積元表面傳導出去的熱量與留在體積元內的熱量之和。根據前兩條定律，應用微分分析法，即可得到有內部熱源時具有各向異性介質的固體熱傳導方程式中q---內部熱源密度，W/m在直角坐標下，該方程可寫為對于穩態問題，溫度不隨時間變化，在物體內部所有點上，上述方程都必須成立，而在物體表面上必須滿足下列邊界條件：第一類邊界條件（溫度邊界條件）的環境溫度是已知的。
第二類邊界條件（熱流邊界條件）在邊界上熱傳導為定值q（向外），即沿該邊界的法向溫度梯度為給定值。當q =0時，也就是此面上沒有熱傳導，稱為絕熱邊界條件上的邊界熱流輸入---垂直于物體表面的熱傳導率。
第三類邊界條件（熱交換邊界條件）邊界S上從物體內部傳到邊界上的熱流量，應等于通過該邊界散到周圍介質中的熱流量。周圍介質溫度。將各類邊界條件代入方程，最終獲得一個線性方程組，解此方程組即可得到各個節點的溫度值。基本假設a.考慮定子繞組銅耗時，認為渦流效應對每根股線的影響相同，即取其平均值b .把槽楔及導線外的絕緣認為是同一種物質c.端部繞組在鼻端嚙合處認為沒有熱交換，可做絕熱面處理d .端部只考慮繞組部分。
幾何模型和計算區域利用三維CAD軟件---SOLIDWORKS ，制作劉家峽和三峽水輪發電機水內冷定子模型。考慮到結構的對稱性，取一個齒距進行分析計算，因線圈水冷時溫度沿軸向變化，軸向取包括上下端部線圈在內的整個區域（a）劉家峽（b）三峽水輪發電機水內冷定子溫度場的分析方法2000.№3 5邊界條件及熱源。傳熱系數在計算區域內，存在繞組銅線、絕緣和鐵心疊片等物質。其中，鐵心疊片是熱的各向異性媒質，其軸向傳熱系數比徑向傳熱系數小得多。其他為熱的各向同性媒質。
表面散熱系數定子鐵心、通風溝、氣隙和端部繞組絕緣表面的散熱系數，采用試驗結合經驗公式的方法確定，而水內冷空心導線內表面的散熱系數，根據雷諾數等計算得到。熱源計算區域內存在以下損耗：定子繞組銅損耗及附加損耗。定子齒和軛鐵損耗。定子齒附加損耗。
分析步驟
a.利用三維CAD軟件---SOLIDWORKS制作幾何模型。
b.把在SOLIDWORKS中所做的三維模型，存成parasolid格式，通過有關接口直接輸入到有限元分析軟件中。
c.在有限元分析軟件中將模型中所有相交面分別粘成一個面。
d.進入前處理，定義單元類型，材料特性并劃分網格。
e.施加載荷及邊界條件，選擇求解器并求解。
f.進入后處理，給出彩色云圖或節點溫度。
網格劃分由于自由網格對于單元形狀沒有限制，而映射網格只包含六面體單元，因此，定子直線段采用六面體二十節點單元映射網格，端部采用四面體十節點單元自由網格，六面體與四面體之間采用棱錐單元過渡。
計算結果與實測對比利用上述方法計算了劉家峽和三峽水內冷定子三維溫度場，三維溫度分布溫度場計算的結果與實測結果的比較。定子線圈最高定子鐵心最高2000 .№3大電機技術推力軸承油膜厚度測試技術的發展。
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