随着我国铁路的迅速发展,电力牵引交流传动系统作为铁路上列车的动力源泉,其是否可靠对于列车的安全运行有着至关重要的作用。但是目前牵引传动系统主电路中IGBT模块和传感器经常发生故障,导致列车异常运行,甚至发生停车等突发事故。为了能够快速定位故障,便于后期的维修更换以及降低运行成本,研究牵引传动系统的在线故障诊断技术就显得十分重要。首先,本文以牵引逆变器系统中IGBT、速度传感器和电流传感器作为研究对象,简要介绍了主电路中IGBT和传感器的故障原因。接着详细分析了IGBT单管故障和双管故障,以及速度传感器故障和电流传感器故障,并探究了这些故障对系统所造成的影响,为在线实时故障诊断提供了一定基础。其次,通过分析牵引逆变器系统在正常状态和IGBT故障状态下三相电压和电流的变化,推导出了不同IGBT故障类型所对应的故障特征,据此本文分别给出了两种可在线的IGBT故障诊断方法：基于电压残差的故障诊断和基于电流残差的故障诊断。并且为了便于诊断定位,分别设计了两种方法的诊断规则表。在仿真环境下验证了两种诊断算法的正确性,且诊断时间均不超过一个基波周期,并依据诊断结果对比分析了它们的优缺点。再次,针对速度传感器故障和电流传感器故障,本文应用了一种基于全阶观测器的故障诊断方法,设计了观测器模型,利用其对电机转速和三相电流在线估计,并与传感器的反馈测量值进行对比,产生相应的残差向量,再结合所设计的诊断规则表,进行故障定位。同时为了避免受IGBT故障影响而引起误诊断,诊断算法还利用了三相电流之和等于零这一特征。仿真结果也验证了这种诊断算法的有效性。最后,以TMS320F28335控制器和RT-LAB实时仿真器为半实物实验平台,编写了相应的DSP控制程序,并在此平台上进行了上述IGBT故障诊断算法和传感器故障诊断算法的验证,实验结果与仿真结果一致,进一步表明诊断算法的可行性。