本文以某企业基于永磁同步电机的内燃调车机车牵引控制系统开发为研究背景,目前该内燃机车已完成现场调试且已投入使用,但机车中未增设专门用于轮对空转检测及保护的装置。为了避免调车机车在作业时轮对发生空转对轮轨造成危害和提高轮对的粘着利用率,本文在既有的牵引控制系统之上增设轮对的空转检测及保护系统,做到及时检测轮对空转现象的发生并采取相应的保护措施。本文依据轮对空转形成机理、轮轨粘着基本理论对现有空转检测及保护方法进行分析,为本项目中应用于机车的空转检测及保护策略的制定提供了依据;对原车牵引控制系统的主电路结构、牵引控制系统网络结构、牵引控制系统的通信协议进行分析,着重研究TCU主处理器板与电机控制板之间的通信协议。根据牵引控制系统中永磁同步牵引电动机采用轴控模式运行的特点,提出了适用于该机车的基于TCU电机控制器模式和基于TCU主机板模式的空转检测及保护方法并进行了系统论证。在基于TCU电机控制器模式的空转检测及保护系统设计中,通过对列车质量的估算,提出实时根据列车当前牵引力和列车质量确定角加速度阈值的算法,制定了利用轮对角加速度为判据的空转检测及保护策略,通过获取单轴运动参数实现了对单轴轮对的独立空转检测及保护。在基于TCU主机板模式的空转检测及保护系统设计中,设计了列车参考车速计算方法及轮径校正算法,通过获取四根车轴的运动参数利用蠕滑速度和轮对角加速度进行轮对空转检测及轴间相互协调的空转保护,通过轴间协调,提高了整车的粘着利用率。在完成空转检测及保护系统设计的基础上,针对以上两种模式建立了各轮轴在粘着/非粘着状态下动力学模型,利用Matlab/Simulink软件在不同的工况下对两种模式采用的空转检测及保护策略进行仿真分析,仿真结果表明该系统能够做到及时检测轮对空转现象的发生并迅速作出保护措施,验证了本文两种模式下空转检测及保护策略的可行性。对原车永磁同步电机牵引控制系统进行改进研究,为全永磁同步牵引系统应用于内燃机车上解决一些存在的实际问题,为系统的推广应用积累经验,具有一定的研究意义。