CN106292629A - 一种高铁牵引电机复合故障模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高铁牵引电机复合故障模拟方法，通过建立高铁牵引电机定子匝间短路与转子断条复合故障模型进行高铁牵引电机定子匝间短路与转子断条复合故障的模拟，其中，建立高铁牵引电机复合故障模型的具体步骤为：根据高铁牵引电机转子断条与定子匝间短路复合故障发生原理，引入复合故障系数矩阵，建立高铁牵引复合故障三相坐标系下的模型；将三相坐标系下的高铁牵引复合故障模型通过坐标变换到两相静止坐标系下，进而得到简化的高铁牵引复合故障模型。本发明解决了高铁牵引多回路复合故障模型计算的复杂、维数大、参数获取困难、效率低的问题，只需要设置复合故障系数矩阵，就可以模拟高铁牵引定子匝间短路与转子断条复合故障。

Description

一种高铁牵引电机复合故障模拟方法

技术领域

本发明涉及一种高铁牵引电机复合故障模拟方法，属于复合故障技术领域。

背景技术

异步电机作为能量转换装置，在很多领域得到了广泛的应用。随着中国高速铁路向高速和重载方向发展，作为高速列车牵引***的心脏的异步电机，受到了高度的重视。异步电机是高速列车牵引交流传动***的核心部件之一，在高速列车前进时，异步电机将电能转换为机械能，在高速列车制动时，牵引电机作为发电机使用，将机械能转换为电能，回馈电网。但是，因为牵引电机的负载会随着需求的不同而频繁变化，工作的环境恶劣等，这些因素会增大其故障发生的概率。当列车发生故障时，若没有及时发现，会造成严重的伤亡事故，巨大的经济损失和社会影响。

由于高铁牵引电机转子导条与端环之间的连接处很薄弱，运行环境恶劣，以及转子负载波动，牵引电机转子需要承受很大的热应力与机械应力，所以电机转子导条很容易断裂。导条断裂产生的铜屑会损坏定子绕组的绝缘层，造成定子绕组匝间短路。所以在实际的工程中，牵引电机存在转子断条与定子匝间短路复合故障。因此研究转子断条与定子匝间短路复合故障建模方法是有必要的，以便于异步电机该复合故障诊断的研究。

国内外学者围绕异步电机单故障建模已经开展了很多工作，而对于复合故障建模的研究还很少。很多研究都是在三相坐标系子下建立异步电机的数学模型，通过增加故障相电阻阻值来模拟转子断条故障，减少故障相定子电阻阻值来模拟定子匝间短路故障。而对于异步电机定子匝间短路与转子断条的复合故障模型，相关研究很少，主要是多回路复合故障模型。但是多回路复合模型维数大，计算复杂，很多参数难以获得。

发明内容

针对现有多回路复合故障模型繁琐复杂的不足，本发明提供一种高铁牵引电机定子匝间短路与转子断条复合故障模拟方法，通过坐标变换矩阵，将三相坐标系下的异步电机复合故障模型转换到两相静止坐标系下，通过引入复合故障系数矩阵，注入复合故障，从而获得异步电机复合故障模型。该方法简单明了，物理意义明确，易于编程实现，计算量少，适合于实际应用，本发明解决了高铁牵引多回路复合故障模型计算的复杂、维数大、参数获取困难、效率低的问题，只需要设置复合故障系数矩阵，就可以模拟高铁牵引定子匝间短路与转子断条复合故障，以便于后续高铁牵引转子断条与定子匝间短复合故障的研究。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

本发明提供一种高铁牵引电机复合故障模拟方法，通过建立高铁牵引电机定子匝间短路与转子断条复合故障模型进行高铁牵引电机定子匝间短路与转子断条复合故障的模拟。

其中，建立高铁牵引电机定子匝间短路与转子断条复合故障模型的具体步骤如下：

步骤1，根据高铁牵引电机定子匝间短路与转子断条复合故障的发生原理，计算复合故障系数矩阵；

步骤2，将复合故障系数矩阵引入三相坐标系下的高铁牵引电机数学模型，建立三相坐标系下的高铁牵引电机复合故障模型；

步骤3，采用坐标变换，将三相坐标系下的高铁牵引电机复合故障模型转化到两相静止坐标系下，从而得到两相静止坐标系下的高铁牵引电机复合故障模型。

作为本发明的进一步优化方案，步骤2中高铁牵引电机数学模型由电压方程、磁链方程、转矩方程和运动方程组成。

作为本发明的进一步优化方案，步骤1中根据高铁牵引电机定子匝间短路与转子断条复合故障的发生原理，计算复合故障系数矩阵，具体为：

和

其中，F_s为三相坐标系下定子匝间短路故障系数矩阵，F_r为三相坐标系下转子断条故障系数矩阵；Δs为定子匝间短路系数，表征定子匝间短路故障的严重程度，Δr为转子断条系数，表征转子断条的严重程度，n₁为定子绕组匝间短路匝数，N₁为定子绕组每相串联匝数，n₂为转子导条断裂根数，N₂为转子导条数。

作为本发明的进一步优化方案，步骤2中建立三相坐标系下的高铁牵引电机复合故障模型，具体为：

电压方程为：

其中，u_sABC＝[u_A u_B u_C]^T为高铁牵引电机定子三相电压矩阵，u_A为高铁牵引电机定子A相电压，u_B为高铁牵引电机定子B相电压，u_C为高铁牵引电机定子C相电压；u_rabc＝[u_a u_bu_c]^T为高铁牵引电机转子三相电压矩阵，u_a为高铁牵引电转子a相电压，u_b为高铁牵引电机转子b相电压，u_c为高铁牵引电机转子c相电压；R_s为高铁牵引电机定子三相电阻矩阵，R₁表示高铁牵引电机定子每相电阻；R_r为高铁牵引电机转子三相电阻矩阵，R₂表示高铁牵引电机转子每相电阻；i_sABC为高铁牵引电机定子三相电流矩阵，i_sABC＝[i_A i_B i_C]^T，i_A为高铁牵引电机定子A相电流，i_B为高铁牵引电机定子B相电流，i_C为高铁牵引电机定子C相电流；i_rabc为高铁牵引电机转子三相电流矩阵，i_rabc＝[i_a i_b i_c]^T，i_a为高铁牵引电机转子a相电流，i_b为高铁牵引电机转子b相电流，i_c为高铁牵引电机转子c相电流；p为微分算子；为高铁牵引电机定子三相磁链矩阵， 为高铁牵引电机定子A相磁链，为高铁牵引电机定子B相磁链，为高铁牵引电机定子C相磁链；为高铁牵引电机转子三相磁链矩阵， 为高铁牵引电机转子a相磁链，为高铁牵引电机转子b相磁链，为高铁牵引电机转子c相磁链；

磁链方程为：

其中，L_ss为高铁牵引电机定子三相绕组的自感矩阵，L_m为高铁牵引电机定子绕组与转子绕组互感，L_l1为高铁牵引电机定子绕组漏感；L_rr为高铁牵引电机转子三相绕组的自感矩阵，L_l2为高铁牵引电机转子绕组漏感；M_sr为高铁牵引电机定子绕组与转子绕组的互感矩阵，θ为三相坐标系中高铁牵引电机定子A轴与转子a轴的夹角；

转矩方程为：

T_e＝-n_pL_m[(i_Ai_a+i_Bi_b+i_Ci_c)sinθ+(i_Ai_b+i_Bi_c+i_Ci_a)sin(θ+2π/3)+(i_Ai_c+i_Bi_a+i_Ci_b)sin(θ-2π/3)]

运动方程为：

$p\mathrm{\ω}=\frac{n_p}{J}(T_e-T_l)$

ω＝pθ

其中，T_e为电磁转矩，T_l表示负载转，J表示转动惯量，n_p表示极对数，ω为电机角速度。

作为本发明的进一步优化方案，步骤3中三相坐标变换到两相静止坐标的变换矩阵为：

$C_{3s/2s}=\sqrt{\frac{2}{3}}\left[\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right]$

$C_{3r/2s}=\sqrt{\frac{2}{3}}\left[\begin{array}{ccc}cos\mathrm{\θ}& cos(\mathrm{\θ}-2\mathrm{\π}/3)& cos(\mathrm{\θ}+2\mathrm{\π}/3)\\ -sin\mathrm{\θ}& -sin(\mathrm{\θ}-2\mathrm{\π}/3)& -sin(\mathrm{\θ}+2\mathrm{\π}/3)\end{array}\right]$

其中，C_3s/2s表示高铁牵引电机定子三相坐标系变换到两相静止αβ坐标系中的转换矩阵，C_3r/2s表示高铁牵引电机转子三相坐标转换到两相静止αβ坐标系中的转换矩阵。

作为本发明的进一步优化方案，步骤3中采用坐标变换，将三相坐标系下的高铁牵引电机复合故障模型转化到两相静止坐标系下，具体为：

$\left[\begin{array}{c}{i}_{s\mathrm{\α}\mathrm{\β}}\\ i_{r\mathrm{\α}\mathrm{\β}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{C}_{3s/2s}& 0\\ 0& C_{3r/2s}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_{sABC}\\ i_{rabc}\end{array}\right]$

T_e＝-n_pL_m[(i_Ai_a+i_Bi_b+i_Ci_c)sinθ+(i_Ai_b+i_Bi_c+i_Ci_a)sin(θ+2π/3)+(i_Ai_c+i_Bi_a+i_Ci_b)sin(θ-2π/3)]

其中，u_sαβ＝[u_sα u_sβ]^T为高铁牵引电机定子两相静止坐标系下电压矩阵，u_sα为高铁牵引电机定子两相静止坐标系下α轴电压，u_sβ为高铁牵引电机定子两相静止坐标系下β轴电压；u_rαβ＝[u_rα u_rβ]^T为高铁牵引电机转子两相静止坐标系下电压矩阵，u_rα为高铁牵引电机转子两相静止坐标系下α轴电压，u_rβ为高铁牵引电机转子两相静止坐标系下β轴电压；为高铁牵引电机定子两相静止坐标系下磁链矩阵，为高铁牵引电机定子两相静止坐标系下α轴磁链，为高铁牵引电机定子两相静止坐标系下β轴磁链；为高铁牵引电机转子两相静止坐标系下磁链矩阵，为高铁牵引电机转子两相静止坐标系下α轴磁链，为高铁牵引电机转子两相静止坐标系下β轴磁链；i_sαβ＝[i_sαi_sβ]^T为高铁牵引电机定子两相静止坐标系下电流矩阵，i_sα为高铁牵引电机定子两相静止坐标系下α轴电流，i_sβ为高铁牵引电机定子两相静止坐标系下β轴电流；i_rαβ＝[i_rα i_rβ]^T为高铁牵引电机转子两相静止坐标系下电流矩阵，i_rα为高铁牵引电机转子两相静止坐标系下α轴电流，i_rβ为高铁牵引电机转子两相静止坐标系下β轴电流；

两相静止坐标系下的高铁牵引电机复合故障模型具体为：

电压方程为：

其中，为高铁牵引电机两相静止坐标系下定子匝间短路故障系数矩阵，f_sα为高铁牵引电机两相静止坐标系下定子α轴故障系数、f_sβ为高铁牵引电机两相静止坐标系下定子β轴故障系数；为高铁牵引电机两相静止坐标系下转子断条故障系数矩阵，f_rα为高铁牵引电机两相静止坐标系下转子α轴故障系数、f_rβ为高铁牵引电机两相静止坐标系下转子β轴故障系数；

磁链方程为：

其中，为高铁牵引电机两相静止坐标系下定子绕组电感；为高铁牵引电机两相静止坐标系下转子绕组电感；为高铁牵引电机两相静止坐标系下定子绕组与转子绕组互感；

转矩方程为：

T_e＝n_pM(i_rαi_sβ-i_sαi_rβ)

运动方程为：

$T_e=T_l+\frac{J}{n_p}p\mathrm{\ω}$

ω＝pθ。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

(1)复合故障模型所需的参数容易获取；(2)降低了模型的维数，减少了计算量。(3)表达式清晰简洁，具有明确的物理意义，易于编程实现。

附图说明

图1是C_3s/2s坐标转换矩阵框图。

图2是高铁牵引电机复合故障定子电压方程框图。

图3是高铁牵引电机复合故障转子电压方程框图。

图4是高铁牵引电机复合故障磁链方程框图。

图5是高铁牵引电机复合故障转矩方程框图。

图6是高铁牵引电机复合故障运动方程框图。

图7是高铁牵引电机复合故障模型整体框图。

图8是无故障高铁牵引电机转速图。

图9是高铁牵引电机复合故障转速图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明提供了一种高铁牵引电机定子匝间短路与转子断条复合故障模拟方法，模拟高铁牵引电机定子匝间短路与转子断条复合故障，得到复合故障数据，为复合诊断研究提供数据；解决高铁牵引电机定子匝间短路与转子断条复合故障如何模拟的技术问题；通过设置复合故障系数矩阵，可以模拟高铁牵引电机复合故障。所述定子匝间短路是指因定子绕组绝缘层损坏而造成短路的现象，所述转子断条是指转子导条断裂。

高铁牵引电机的数学模型主要由电压方程、磁链方程、转矩方程和运动方程部分组成。

(1)根据高铁牵引电机复合故障发生原理，计算复合故障系数矩阵。

$\mathrm{\Δ}r=\frac{3n_2}{N_2-3n_2}---\left(0.1\right)$

$\mathrm{\Δ}s=-\frac{n_1}{N_1}---\left(0.2\right)$

$F_s=\left[\begin{array}{ccc}1+\mathrm{\Δ}s& 0& 0\\ 0& 1& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]---\left(0.3\right)$

$F_r=\left[\begin{array}{ccc}1+\mathrm{\Δ}r& 0& 0\\ 0& 1& 0\\ 0& 0& 1\end{array}\right]---\left(0.4\right)$

其中，Δr为转子断条系数，表示转子断条的严重程度，Δs为定子匝间短路系数，表示定子匝间短路故障的严重程度，F_s为定子匝间短路故障系数矩阵，F_r为转子断条故障系数矩阵，N₂为转子导条数，N₁为定子绕组每相串联匝数，n₂为转子导条断裂根数，n₁为定子绕组匝间短路匝数。

(2)建立高铁牵引电机复合故障三相坐标系下的数学模型；

电压方程为：

其中，u_sABC＝[u_A u_B u_C]^T为高铁牵引电机定子三相电压矩阵，u_A为高铁牵引电机定子A相电压，u_B为高铁牵引电机定子B相电压，u_C为高铁牵引电机定子C相电压；u_rabc＝[u_a u_bu_c]^T为高铁牵引电机转子三相电压矩阵，u_a为高铁牵引电转子a相电压，u_b为高铁牵引电机转子b相电压，u_c为高铁牵引电机转子c相电压；R_s为高铁牵引电机定子三相电阻矩阵，R₁表示高铁牵引电机定子每相电阻；R_r为高铁牵引电机转子三相电阻矩阵，R₂表示高铁牵引电机转子每相电阻；i_sABC为高铁牵引电机定子三相电流矩阵，i_sABC＝[i_A i_B i_C]^T，i_A为高铁牵引电机定子A相电流，i_B为高铁牵引电机定子B相电流，i_C为高铁牵引电机定子C相电流；i_rabc为高铁牵引电机转子三相电流矩阵，i_rabc＝[i_a i_b i_c]^T，i_a为高铁牵引电机转子a相电流，i_b为高铁牵引电机转子b相电流，i_c为高铁牵引电机转子c相电流；p为微分算子；为高铁牵引电机定子三相磁链矩阵， 为高铁牵引电机定子A相磁链，为高铁牵引电机定子B相磁链，为高铁牵引电机定子C相磁链；为高铁牵引电机转子三相磁链矩阵， 为高铁牵引电机转子a相磁链，为高铁牵引电机转子b相磁链，为高铁牵引电机转子c相磁链；u_r＝0。

磁链方程为：

其中，L_ss为高铁牵引电机定子三相绕组的自感矩阵，L_m为高铁牵引电机定子绕组与转子绕组互感，L_l1为高铁牵引电机定子绕组漏感；L_rr为高铁牵引电机转子三相绕组的自感矩阵，L_l2为高铁牵引电机转子绕组漏感；M_sr为高铁牵引电机定子绕组与转子绕组的互感矩阵，θ为三相坐标系中高铁牵引电机定子A轴与转子a轴的夹角。

转矩方程为：

T_e＝-n_pL_m[(i_Ai_a+i_Bi_b+i_Ci_c)sinθ+(i_Ai_b+i_Bi_c+i_Ci_a)sin(θ+2π/3)+(i_Ai_c+i_Bi_a+i_Ci_b)sin(θ-2π/3)] (0.7)

运动方程为：

$p\mathrm{\ω}=\frac{n_p}{J}(T_e-T_l)---\left(0.8\right)$

ω＝pθ (0.9)

其中，T_e为电磁转矩，T_l表示负载转，J表示转动惯量，n_p表示极对数，ω为电机角速度。

(3)如图1所示的坐标转换矩阵框图，采用坐标变换矩阵将三相坐标系下的复合故障数学模型转换到两相静止坐标系下。

a)坐标变换矩阵，C_3s/2s如图1所示：

$C_{3s/2s}=\sqrt{\frac{2}{3}}\left[\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right]---\left(0.10\right)$

$C_{3r/2s}=\sqrt{\frac{2}{3}}\left[\begin{array}{ccc}cos\mathrm{\θ}& cos(\mathrm{\θ}-2\mathrm{\π}/3)& cos(\mathrm{\θ}+2\mathrm{\π}/3)\\ -sin\mathrm{\θ}& -sin(\mathrm{\θ}-2\mathrm{\π}/3)& -\sin (\mathrm{\θ}+2\mathrm{\π}/3)\end{array}\right]---\left(0.11\right)$

其中，C_3s/2s表示高铁牵引电机定子三相坐标系变换到两相静止αβ坐标系中的转换矩阵，C_3r/2s表示高铁牵引电机转子坐标转换到两相静止αβ坐标系中的转换矩阵。

b)两相静止坐标系下复合故障模型推导过程如下：

$\left[\begin{array}{c}{i}_{s\mathrm{\α}\mathrm{\β}}\\ i_{r\mathrm{\α}\mathrm{\β}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{C}_{3s/2s}& 0\\ 0& C_{3r/2s}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_{sABC}\\ i_{rabc}\end{array}\right]---\left(0.14\right)$

T_e＝-n_pL_m[(i_Ai_a+i_Bi_b+i_Ci_c)sinθ+(i_Ai_b+i_Bi_c+i_Ci_a)sin(θ+2π/3)+(i_Ai_c+i_Bi_a+i_Ci_b)sin(θ-2π/3)] (0.15)

其中，u_sαβ＝[u_sα u_sβ]^T为高铁牵引电机定子两相静止坐标系下电压矩阵，u_sα为高铁牵引电机定子两相静止坐标系下α轴电压，u_sβ为高铁牵引电机定子两相静止坐标系下β轴电压；u_rαβ＝[u_rα u_rβ]^T为高铁牵引电机转子两相静止坐标系下电压矩阵，u_rα为高铁牵引电机转子两相静止坐标系下α轴电压，u_rβ为高铁牵引电机转子两相静止坐标系下β轴电压；为高铁牵引电机定子两相静止坐标系下磁链矩阵，为高铁牵引电机定子两相静止坐标系下α轴磁链，为高铁牵引电机定子两相静止坐标系下β轴磁链；为高铁牵引电机转子两相静止坐标系下磁链矩阵，为高铁牵引电机转子两相静止坐标系下α轴磁链，为高铁牵引电机转子两相静止坐标系下β轴磁链；i_sαβ＝[i_sαi_sβ]^T为高铁牵引电机定子两相静止坐标系下电流矩阵，i_sα为高铁牵引电机定子两相静止坐标系下α轴电流，i_sβ为高铁牵引电机定子两相静止坐标系下β轴电流；i_rαβ＝[i_rα i_rβ]^T为高铁牵引电机转子两相静止坐标系下电流矩阵，i_rα为高铁牵引电机转子两相静止坐标系下α轴电流，i_rβ为高铁牵引电机转子两相静止坐标系下β轴电流。

(4)最后得到两相静止坐标系下的高铁牵引电机定子匝间短路与转子断条复合故障模型。

如图2和图3所示，电压方程为：

其中，为高铁牵引电机两相静止坐标系下定子匝间短路故障系数矩阵，f_sα为高铁牵引电机两相静止坐标系下定子α轴故障系数、f_sβ为高铁牵引电机两相静止坐标系下定子β轴故障系数；为高铁牵引电机两相静止坐标系下转子断条故障系数矩阵，f_rα为高铁牵引电机两相静止坐标系下转子α轴故障系数、f_rβ为高铁牵引电机两相静止坐标系下转子β轴故障系数；u_rα＝0，u_rβ＝0。

如图4所示，磁链方程为：

其中，为高铁牵引电机两相静止坐标系下定子绕组电感；为高铁牵引电机两相静止坐标系下转子绕组电感；为高铁牵引电机两相静止坐标系下定子绕组与转子绕组互感。

如图5所示，转矩方程为：

T_e＝n_pM(i_rαi_sβ-i_sαi_rβ) (0.18)

如图6所示，运动方程为：

$T_e=T_l+\frac{J}{n_p}p\mathrm{\ω}---\left(0.19\right)$

ω＝pθ。 (1.29)

高铁牵引电机定子匝间短路与转子断条复合故障模型框图如图7所示，仿真结果如图8和图9所示。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种高铁牵引电机复合故障模拟方法，其特征在于，通过建立高铁牵引电机定子匝间短路与转子断条复合故障模型进行高铁牵引电机定子匝间短路与转子断条复合故障的模拟，其中，建立高铁牵引电机定子匝间短路与转子断条复合故障模型的具体步骤如下：

步骤1，根据高铁牵引电机定子匝间短路与转子断条复合故障的发生原理，计算复合故障系数矩阵；

步骤2，将复合故障系数矩阵引入三相坐标系下的高铁牵引电机数学模型，建立三相坐标系下的高铁牵引电机复合故障模型；

步骤3，采用坐标变换，将三相坐标系下的高铁牵引电机复合故障模型转化到两相静止坐标系下，从而得到两相静止坐标系下的高铁牵引电机复合故障模型。

2.根据权利要求1所述的一种高铁牵引电机复合故障模拟方法，其特征在于，步骤2中高铁牵引电机数学模型由电压方程、磁链方程、转矩方程和运动方程组成。

3.根据权利要求1所述的一种高铁牵引电机复合故障模拟方法，其特征在于，步骤1中根据高铁牵引电机定子匝间短路与转子断条复合故障的发生原理，计算复合故障系数矩阵，具体为：

和

其中，F_s为三相坐标系下定子匝间短路故障系数矩阵，F_r为三相坐标系下转子断条故障系数矩阵；Δs为定子匝间短路系数，表征定子匝间短路故障的严重程度，Δr为转子断条系数，表征转子断条的严重程度，n₁为定子绕组匝间短路匝数，N₁为定子绕组每相串联匝数，n₂为转子导条断裂根数，N₂为转子导条数。

4.根据权利要求3所述的一种高铁牵引电机复合故障模拟方法，其特征在于，步骤2中建立三相坐标系下的高铁牵引电机复合故障模型，具体为：

电压方程为：

其中，u_sABC＝[u_A u_B u_C]^T为高铁牵引电机定子三相电压矩阵，u_A为高铁牵引电机定子A相电压，u_B为高铁牵引电机定子B相电压，u_C为高铁牵引电机定子C相电压；u_rabc＝[u_a u_b u_c]^T为高铁牵引电机转子三相电压矩阵，u_a为高铁牵引电转子a相电压，u_b为高铁牵引电机转子b相电压，u_c为高铁牵引电机转子c相电压；R_s为高铁牵引电机定子三相电阻矩阵，R1表示高铁牵引电机定子每相电阻；R_r为高铁牵引电机转子三相电阻矩阵，R₂表示高铁牵引电机转子每相电阻；i_sABC为高铁牵引电机定子三相电流矩阵，i_sABC＝[i_A i_B i_C]^T，i_A为高铁牵引电机定子A相电流，i_B为高铁牵引电机定子B相电流，i_C为高铁牵引电机定子C相电流；i_rabc为高铁牵引电机转子三相电流矩阵，i_rabc＝[i_a i_b i_c]^T，i_a为高铁牵引电机转子a相电流，i_b为高铁牵引电机转子b相电流，i_c为高铁牵引电机转子c相电流；_p为微分算子；为高铁牵引电机定子三相磁链矩阵， 为高铁牵引电机定子A相磁链，为高铁牵引电机定子B相磁链，为高铁牵引电机定子C相磁链；为高铁牵引电机转子三相磁链矩阵， 为高铁牵引电机转子a相磁链，为高铁牵引电机转子b相磁链，为高铁牵引电机转子c相磁链；

磁链方程为：

其中，L_ss为高铁牵引电机定子三相绕组的自感矩阵，L_m为高铁牵引电机定子绕组与转子绕组互感，L_l1为高铁牵引电机定子绕组漏感；L_rr为高铁牵引电机转子三相绕组的自感矩阵，L_l2为高铁牵引电机转子绕组漏感；M_sr为高铁牵引电机定子绕组与转子绕组的互感矩阵，θ为三相坐标系中高铁牵引电机定子A轴与转子a轴的夹角；

转矩方程为：

T_e＝-n_pL_m[(i_Ai_a+i_Bi_b+i_Ci_c)sinθ+(i_Ai_b+i_Bi_c+i_Ci_a)sin(θ+2π/3)+(i_Ai_c+i_Bi_a+i_Ci_b)sin(θ-2π/3)]

运动方程为：

$p\mathrm{\ω}=\frac{n_p}{J}(T_e-T_l)$

ω＝pθ

其中，T_e为电磁转矩，T_l表示负载转，J表示转动惯量，n_p表示极对数，ω为电机角速度。

5.根据权利要求4所述的一种高铁牵引电机复合故障模拟方法，其特征在于，步骤3中三相坐标变换到两相静止坐标的变换矩阵为：

$C_{3s/2s}=\sqrt{\frac{2}{3}}\left[\begin{array}{ccc}1& -\frac{1}{2}& -\frac{1}{2}\\ 0& \frac{\sqrt{3}}{2}& -\frac{\sqrt{3}}{2}\end{array}\right]$

$C_{3r/2s}=\sqrt{\frac{2}{3}}\left[\begin{array}{ccc}cos\mathrm{\θ}& cos(\mathrm{\θ}-2\mathrm{\π}/3)& cos(\mathrm{\θ}+2\mathrm{\π}/3)\\ -sin\mathrm{\θ}& -sin(\mathrm{\θ}-2\mathrm{\π}/3)& -sin(\mathrm{\θ}+2\mathrm{\π}/3)\end{array}\right]$

其中，C_3s/2s表示高铁牵引电机定子三相坐标系变换到两相静止αβ坐标系中的转换矩阵，C_3r/2s表示高铁牵引电机转子三相坐标转换到两相静止αβ坐标系中的转换矩阵。

6.根据权利要求5所述的一种高铁牵引电机复合故障模拟方法，其特征在于，步骤3中采用坐标变换，将三相坐标系下的高铁牵引电机复合故障模型转化到两相静止坐标系下，具体为：

$\left[\begin{array}{c}{i}_{s\mathrm{\α}\mathrm{\β}}\\ i_{r\mathrm{\α}\mathrm{\β}}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}{C}_{3s/2s}& 0\\ 0& C_{3r/2s}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{i}_{sABC}\\ i_{nabc}\end{array}\right]$

T_e＝-n_pL_m[(i_Ai_a+i_Bi_b+i_Ci_c)sinθ+(i_Ai_b+i_Bi_c+i_Ci_a)sin(θ+2π/3)+(i_Ai_c+i_Bi_a+i_Ci_b)sin(θ-2π/3)]

其中，u_sαβ＝[u_sα u_sβ]^T为高铁牵引电机定子两相静止坐标系下电压矩阵，u_sα为高铁牵引电机定子两相静止坐标系下α轴电压，u_sβ为高铁牵引电机定子两相静止坐标系下β轴电压；u_rαβ＝[u_rα u_rβ]^T为高铁牵引电机转子两相静止坐标系下电压矩阵，u_rα为高铁牵引电机转子两相静止坐标系下α轴电压，u_rβ为高铁牵引电机转子两相静止坐标系下β轴电压；为高铁牵引电机定子两相静止坐标系下磁链矩阵，为高铁牵引电机定子两相静止坐标系下α轴磁链，为高铁牵引电机定子两相静止坐标系下β轴磁链；为高铁牵引电机转子两相静止坐标系下磁链矩阵，为高铁牵引电机转子两相静止坐标系下α轴磁链，为高铁牵引电机转子两相静止坐标系下β轴磁链；i_sαβ＝[i_sαi_sβ]^T为高铁牵引电机定子两相静止坐标系下电流矩阵，i_sα为高铁牵引电机定子两相静止坐标系下α轴电流，i_sβ为高铁牵引电机定子两相静止坐标系下β轴电流；i_rαβ＝[i_rα i_rβ]^T为高铁牵引电机转子两相静止坐标系下电流矩阵，i_rα为高铁牵引电机转子两相静止坐标系下α轴电流，i_rβ为高铁牵引电机转子两相静止坐标系下β轴电流；

两相静止坐标系下的高铁牵引电机复合故障模型具体为：

电压方程为：

其中，为高铁牵引电机两相静止坐标系下定子匝间短路故障系数矩阵，f_sα为高铁牵引电机两相静止坐标系下定子α轴故障系数、f_sβ为高铁牵引电机两相静止坐标系下定子β轴故障系数；为高铁牵引电机两相静止坐标系下转子断条故障系数矩阵，f_rα为高铁牵引电机两相静止坐标系下转子α轴故障系数、f_rβ为高铁牵引电机两相静止坐标系下转子β轴故障系数；

磁链方程为：

其中，为高铁牵引电机两相静止坐标系下定子绕组电感；为高铁牵引电机两相静止坐标系下转子绕组电感；为高铁牵引电机两相静止坐标系下定子绕组与转子绕组互感；

转矩方程为：

T_e＝n_pM(i_rαi_sβ-i_sαi_rβ)

运动方程为：

$T_e=T_l+\frac{J}{n_p}p\mathrm{\ω}$

ω＝pθ。