随着化石能源短缺和环境污染问题越发严重,海上风能资源作为一种储量丰富、可再生的清洁能源,正逐渐受到重视。为了降低海上风力发电成本,大容量风力发电机将成为未来发展的趋势。但随着单机容量的提高,传统风机体积和重量的快速增长成为限制其继续发展的主要因素。相比于传统风机,高温超导(HTS)风力发电机具有体积小、重量轻、功率密度高等优点,将是解决这一问题的有效途径。本文的研究对象为2.5 MW高温超导风力发电机,主要完成其中的电磁设计与故障仿真工作。首先,根据各部分几何结构的设计参数,本文使用电机有限元仿真软件JMAG对发电机进行建模和仿真,得到发电机运行过程中的各项性能和参数,从而验证设计的合理性。其次,超导风力发电机的励磁线圈由第二代高温超导带材绕制,额定工作电流根据超导励磁线圈的临界电流设定。对大型超导线圈临界电流的快速计算方法进行研究,通过使用有限元仿真软件Comsol的稳态模型与数学软件Matlab联合仿真计算,超导励磁线圈的临界电流为960 A,预留20%~30%的安全裕量,超导线圈的额定工作电流设定为706 A。再次,基于超导风力发电机的特殊结构,研究定子齿部材料对发电机性能的影响,发现铁磁定子齿部对发电机性能提升显著,同时缺陷也非常明显。要对定子齿部结构在材料上进行优化,必须采取相应的措施以削弱可能产生的不利影响。最后,本文对超导风力发电机各类短路故障进行仿真研究,为获得更准确的结果,考虑了转速的变化情况,并根据恒定输入功率的条件设置机械方程。由于超导风力发电机自身的设计特点,发电机短路故障下故障电流和故障电磁转矩更为严重,对发电机本体造成威胁。针对这一问题,本文提出相应的应对方法。发电机故障仿真研究结果将为发电机保护系统和支撑结构的设计提供依据。