永磁同步电机因其特有的永磁体结构,相较于感应电机,构成永磁体的永磁材料在电机运行中存在不可逆的失磁风险。因此,为保障永磁同步电机的安全可靠运行,对电机失磁故障内部电磁场多特征量变化进行深入研究,分析并提取可靠故障特征量成为解决永磁同步电机失磁故障诊断的关键问题之一。本文以表贴式永磁同步电机失磁故障为研究方向,深入分析电机在不同程度失磁故障时电磁场、电磁力、电磁转矩、定子铁心表面电磁振动等关键性能参数的变化以及内部多物理场的耦合影响,通过深入研究失磁故障下永磁电机的运行状态和电磁参数的变化,分析并提取与失磁故障紧密相联的多个特征量,总结特征量的变化规律,为永磁同步电机失磁故障诊断分析和实现多特征量信号融合的失磁在线监测提供理论支持,对实现永磁同步电机安全可靠运行具有重要意义。论文的主要研究内容如下:(1)建立永磁同步电机二维有限元模型,采用时步有限元法在二维瞬态场中分析了电机不同程度失磁状态下气隙磁场、电枢电流、反电势波形、磁链波形、磁场轨迹及定子铁心磁密特性的变化规律。基于傅里叶级数谐波分解理论,对比分析不同程度失磁状态下气隙磁场、感应电势以及电流谐波含量变化情况,最后根据上述电磁参数相应的变化特点,对永磁同步电机失磁故障状态下电磁场多个特征量进行综合分析研究。(2)采用数学推导方式对永磁同步电机定转子磁动势、电磁力密度和电磁转矩作理论分析,研究电磁力密度和电磁转矩与气隙磁密径向、切向分量等电磁参数的内在联系,并对电机不同工况运行状态下电磁力密度的空间分布、时间分布特性以及不同时刻定子铁心内表面所受电磁合力进行定量分析,为后文研究永磁同步电机失磁故障下电磁力变化规律作对比分析奠定基础。(3)对比分析永磁同步电机永磁体部分失磁及所有永磁体失磁状态下电磁力参数和电磁转矩的变化情况,综合分析电机失磁故障下电磁力密度空间分布、时间分布谐波特性和定子铁心内表面所受电磁合力的频域特性,归纳所属电磁力参数和电磁转矩特征量数据集,揭示电磁力参数与电磁转矩作为电机内在特征量随永磁体不同程度失磁状态下的变化规律。(4)结合前文的分析研究,采用电磁-结构耦合分析方法进一步研究永磁同步电机永磁体失磁故障下定子铁心表面的电磁振动,首先采用谐响应分析得到电机额定负载运行时各个方向上的振动位移,其次对比分析永磁体部分失磁及所有永磁体均匀失磁时定子铁心表面沿x、y、z轴方向上振动位移变化情况,最后,对失磁故障状态下电机定子铁心表面各个方向的振动位移变化规律进行了综合分析。