随着我国高速铁路的飞速发展,电力机车牵引传动系统及其关键技术装备也得到快速发展。客运高速、货运重载是目前电力机车发展的两个主要方向。异步牵引电机作为电力机车牵引传动系统中的关键技术装备之一,其运行可靠性直接关系到电力机车的安全运行。由于不同型号电力机车对异步牵引电机的要求不同,近年来,轨道牵引的发展致使牵引传动系统所需要的牵引电机类型和型号繁多,大大增加了异步牵引电机的设计频率,若仍采用传统建模方法和电磁校核手段,耗时费力。因此,针对目前异步牵引电机设计与制造过程中存在的问题,本文开展了如下主要研究工作:(1)分析了电机电磁场分析的基本原理和数值分析方法,在此基础上,建立了电机场路耦合的数学模型,并结合ANSYS软件,建立异步牵引电机的场路耦合方程和有限元仿真模型,为异步牵引电机电磁场分析软件平台的开发提供了理论支撑。(2)开发了一套异步牵引电机电磁场分析软件平台。针对大功率异步牵引电机的设计,利用ANSYS软件的UIDL语言编写了人性化的人机交互界面,并编写了基于APDL参数化设计语言的异步牵引电机场路耦合的正弦涡流场分析及瞬态电磁场分析的电磁场通用分析程序,并通过人机交互界面驱动这些电磁通用分析程序,实现了异步牵引电机的快速建模及电磁场仿真,并将开发的专业软件包集成到ANSYS标准界面中。(3)以某电机厂提供的一台异步牵引电机为研究对象,对软件平台的可行性进行了验证。通过本文开发的电磁场分析平台对该样机的电磁场进行了模拟分析,得出了电机负载情况下电机内部磁力线的分布、转子导条电流密度的分布、定子侧电流曲线、气隙磁密曲线、谐波含量图、电磁转矩曲线等。并将分析计算结果与试验测试结果进行了对比分析,结果表明:仿真计算与测试结果保持良好的一致性,从而验证了本文开发软件平台具有很好的工程可行性。(4)在异步牵引电机电磁场分析平台上,开发了转子断条故障分析功能模块。针对异步牵引电机常见的转子断条故障,分析了不同转子断条故障对电机气隙磁场、转子导体电流以及运行中电磁转矩的影响,并将仿真结果与理论分析结果进行了对比分析,结果表明:基于场路耦合法的转子断条故障仿真结果能准确模拟出异步牵引电机的故障条件下的电磁暂态过程,为异步牵引电机的在线故障监测提供了理论依据。