牵引传动系统作为轨道交通车辆装备的核心单元，其性能在一定程度上直接决定着轨道交通车辆的动力品质、能耗和控制特性，也影响着车辆的经济性、舒适性与可靠性。早期的轨道交通车辆采用直流电机来实现牵引控制。伴随着电力电子技术的飞速发展，由可变电压和频率的逆变器控制的异步电机牵引传动系统得到了广泛应用，并逐步取代了直流电机牵引系统。近年来，伴随着钕、铁、硼等永磁原材料成本的下降和技术的提高，永磁同步电机以其高效率和高功率密度等特性，吸引了轨道交通车辆牵引系统研发人员的高度关注。

永磁同步电机具有如下主要特点[1，2]：

（1）电磁转矩波动小、转速平稳、动态响应快、过载能力强，使得永磁同步电机十分适合在负载转矩变化较大的工况下运行。

（2）高效率、高功率因数。与异步电机相比，永磁同步电机不需无功励磁电流，因此能获得比异步电机更高的功率因数，有效降低了定子电流和定子铜耗，且在稳态运行时无转子铜耗，使得与同规格的异步电机相比，效率可提高2%～8%。

（3）体积小、质量轻。近年来，随着永磁体性能的不断提高，同一功率等级下电机的体积和质量都有较大的减少。

（4）可靠性高。与直流电机和电励磁同步电机相比，永磁同步电机没有电刷，结构简单，系统的可靠性得到大大提高。

当永磁同步电机应用于轨道车辆牵引系统时，由于其优异的性能和固有特点，能够进一步提高轨道车辆牵引系统的性能[3-5]，并可使轨道车辆牵引系统取得以下方面的突破[2，6]：(www.daowen.com)

（1）凭借其体积小、高转矩密度的特点，使得取消传动齿轮箱实现轨道车辆的直接传动成为可能，在提高牵引系统效率的同时，可以克服由于使用齿轮箱带来的结构体积、磨损和维修等一系列问题。

（2）可以减轻传动系统的质量，提高装车功率。较轻的质量和较高的效率可以实现牵引能量的节省，从而达到节能降耗的目的。

（3）给转向架的设计提供了更多的自由空间，提高了车辆的经济性和动力学性能。

正是由于永磁同步电机在轨道交通车辆牵引系统中应用的诸多优势，以法国阿尔斯通公司（Alstom）、德国西门子公司（Siemens）、加拿大庞巴迪公司（Bombardier）、日本东芝公司（Toshiba）和东日本铁路公司（JR East）为代表的轨道交通装备制造企业都已完成了高速动车组、地铁车辆、低地板车辆、单轨车以及机车调车等领域的永磁同步牵引系统的样机开发和试验考核，并进入工程化和商业化应用阶段[7，8]。中国中车集团旗下株洲电力机车研究所有限公司也已完成了地铁车辆永磁同步牵引系统的研制并于2011 年年底在沈阳地铁2 号线成功装车，实现了永磁同步牵引系统在国内轨道交通领域的首次应用，结束了中国铁路没有永磁牵引系统的历史。中国首辆装载690 kW 大功率永磁牵引驱动系统的高速列车也于2014 年11 月在中车集团青岛四方机车车辆股份有限公司下线并进入全面测试阶段。长沙地铁1 号线使用的永磁同步电机也已于2015 年5 月16 日成功交付，这是国内首次将永磁同步电机装载在整列地铁车辆上使用。永磁同步牵引系统已成为轨道交通牵引传动的未来发展方向，轨道交通领域的永磁牵引时代已然开启[6，9]。

然而由于我国幅员辽阔，列车运行跨度大，轨道牵引控制系统的现场应用环境受到诸如振动与冲击、高低温及湿度、粉尘、盐雾、外部磁场、海拔高度等影响，再加上城市轨道车辆用永磁牵引电机频繁启动、加减速、制动等以及高速列车用永磁牵引电机长期处于高速高温状态，这些因素均有可能诱发电机驱动控制系统故障及电机本体的不可逆失磁故障。假如这些存在于电机驱动系统中的故障无法及时被诊断且得到纠正，故障有可能进一步扩大，甚至造成整个系统失效，车辆不能正常运行，可能给国家和人民造成巨大的损失直至灾难性后果。所以，为了保障轨道车辆运行的安全可靠，有必要开展永磁同步牵引电机控制系统的故障检测与诊断研究，以防止灾难性事故的发生。

永磁同步电机驱动控制系统故障通常分为三类：电机本体故障、电机驱动电路（变频器）故障和电机传感器故障。根据美国电力研究学会（EPRI）对电机驱动系统故障统计的结果，有超过一半的故障是由电机本体和传感器故障引起的。基于此，本书将重点针对轨道交通永磁同步牵引系统中的永磁体（电机本体）失磁问题和电流传感器故障开展研究。