集中式单一供电系统是目前全世界范围内主要供电方式,该供电方式中任一位置出现故障,都极易造成大规模停电事故。因此,微型燃气轮机驱动的高速永磁发电机分布式供能系统受到人们的广泛关注。另外,作为一种便携式应急电源的发电设备,高速永磁发电机已成为提高供电可靠性以及灵活性的重要组成部分,广泛应用在军事、医疗、矿山救助等多个领域。然而,转子永磁体参数将会影响高速永磁发电机电磁性能以及输出性能,定子绕组故障将会影响高速永磁发电机运行稳定性以及供电可靠性。因此,本文以一台117kW,60000rpm背绕式定子绕组高速永磁发电机为例,对转子永磁体参数进行了优化。在此基础上,对背绕式定子绕组考虑环流的匝间短路故障以及开路故障进行了研究。针对该高速永磁发电机特殊的背绕式定子绕组建立了非故障状态下的二维有限元电磁场分析模型及其等效电路。利用场路耦合方法,得到了谐波占基波百分比、电压、电压调整率以及损耗随永磁体厚度增加的变化规律,揭示了谐波占基波百分比、电压以及损耗的非线性变化机理,获得了高速永磁发电机性能最优时的永磁体厚度。此外,为探寻影响高速永磁发电机输出性能的关键永磁体磁性能参数,利用场路耦合方法,揭示了剩磁和矫顽力变化程度一致时输出电压随负载变化的非线性变化机理;研究了空载电动势、额定功率下输出电压、电压调整率和过载能力对永磁体磁性能参数变化的敏感程度,并进一步揭示了永磁体磁性能参数对高速永磁发电机输出性能的影响机理;给出了永磁体磁性能参数对高速永磁发电机输出性能影响程度的取决因素。为研究背绕式绕组匝间短路故障中环流产生的脉振磁场对高速永磁发电机电磁场以及损耗的影响,建立了考虑环流的匝间短路故障分析模型及其等效电路。利用场路耦合方法,揭示了匝间短路故障时磁场对称性发生改变的机理;确定了气隙磁密空间分布与电流相角、不对称电流产生的椭圆形旋转磁动势的关系;得到了匝间短路的故障特征,为高速永磁发电机匝间短路故障诊断以及故障程度判别提供了参考依据。此外,找出了故障后涡流损耗急剧增加的根本原因;揭示了不同位置铁耗的变化机理,确定了故障后定子热源的分布;得到了故障后铜耗的变化规律,确定了环流对铜耗的影响程度。为研究背绕式绕组开路故障对高速永磁发电机电磁场的影响,建立了开路故障分析模型及其等效电路。利用场路耦合方法,确定了磁场空间分布变化与电流相角偏移的关系,揭示了故障后磁场空间分布变化的机理。对比分析了故障前后转子涡流电密以及涡流损耗的变化,研究了谐波磁场和负序电流产生的旋转磁场对转子涡流损耗的影响,找出了故障后导致转子涡流损耗急剧增加的关键因素。