牵引传动系统是轨道交通车辆装备的核心。牵引电机作为牵引传动系统关键部件，其可靠性直接影响车辆的稳定运行。目前牵引电机主要采用定期检修的方式，存在“过修”和“欠修”等问题，不可避免地造成人力、物力的浪费。本文依托国家自然科学基金高铁联合基金重点项目“高速铁路电力牵引系统的安全性预测与控制”，重点针对牵引感应电机定子绕组匝间短路故障和转子断条故障展开研究，探讨了基于特征信号和基于模型的故障诊断方法，并通过大量的仿真和试验结果进行了验证。论文主要工作如下：
　　首先，为了克服传统感应电机模型用于故障模拟时的局限性，本文基于多回路法推导了正常电机电压方程和磁链方程，并通过绕组函数法分析了任意转子位置下定子与转子回路之间耦合互感的解析表达式；在此基础上，引入磁饱和系数并修正多回路模型中的电感参数，提出了一种考虑磁饱和效应的正常感应电机多回路模型。以此为基础，针对定子绕组匝间短路故障和转子断条故障，分析了故障后感应电机参数变化规律，推导了故障后的电压方程和磁链方程，提出了一种基于多回路法的定子绕组匝间短路故障和转子断条故障模型，实现了感应电机故障状态的模拟，为故障诊断算法的仿真验证提供可用的故障电机模型。
　　然后，分析了定子绕组匝间短路故障在牵引感应电机瞬时有功功率和转矩中产生的故障特征频率，并通过电压重构原理和闭环的磁链观测器估计了瞬时有功功率和转矩信号，提出了一种基于瞬时有功功率和转矩信号的定子绕组匝间短路故障诊断算法，解决了牵引感应电机动态运行时的定子绕组匝间短路故障检测问题。研究了转子断条故障在电机电流中引入的基波边带故障特征成分、空间磁势谐波故障特征成分以及时间谐波电流故障特征成分，提出了一种基于电机电流中基波与谐波故障特征成分的转子断条故障诊断算法；针对这些故障特征成分用于转差频率非常小时的局限性，提出了一种基于低频信号注入的转子断条故障诊断方法，具有不依赖转差频率的优点，解决了牵引感应电机惰行运行时的转子断条故障检测问题。
　　最后，分析了轨道交通牵引感应电机参数变化机理，在此基础上，通过直流信号注入法辨识定子电阻参数并估计得到转子电阻参数，同时采用磁化曲线校正励磁电感，提出了一种牵引感应电机参数在线补偿策略，为故障诊断方法中准确电机模型的建立奠定了基础。设计了定子绕组匝间短路故障参数统一表达式，建立了简化的定子绕组匝间短路故障数学模型，并对比正常与故障电机电流得知故障残差中含有故障率和故障相位相关信息，进而通过对故障残差进行分析和评价，提出了一种基于状态观测器的定子绕组匝间短路故障诊断算法。以转子断条故障导致转子等效电阻增加为切入点，归纳了转子断条故障后转子电阻矩阵参数的统一表达式，建立了简化的转子断条故障数学模型；在此基础上，以转子电阻增量和故障位置为变量，通过含遗忘因子的递推最小二乘法估计得到断条导条数和相位，提出了一种基于最小二乘法参数辨识的转子断条故障诊断算法。所提方法实现了定子绕组匝间短路故障与转子断条故障严重程度估计和故障位置定位。