2024年6月4日发(作者：)

永磁同步变频调速一体机在带式输送机

上的应用概述

摘要：煤矿带式输送机是保证煤矿高产高效的主要运输设备之一，其运行质

量和效率决定了矿井安全生产的效率和企业效益。传统的输送机驱动方式有：

（1）电机+耦合器+减速机驱动，（2）电机+液黏软启动+减速机；（3）电机

+CST减速箱等驱动方式。上述的三种驱动方式都存在传动方式复杂、传动效率低、

维护工作量大、智能化程度低的问题，不符合国家绿色、高效智慧矿山的发展战

略。随着永磁材料技术的进步，永磁同步变频直驱技术在带式输送机广泛应用，

相较于传统的驱动方式，永磁直驱系统具有传动结构简单、传动效率高、免维护

等优点，契合绿色环保、安全高效的智慧化矿山发展方向，值得推广应用。

1 带式输送机对驱动装置及控制系统的基本要求

驱动装置是带式输送机的动力来源，电动机作为驱动装置的动力源通过联轴

器与减速机连接，带动传统滚筒转动，使传送带运动。为了减缓电动机启动阶段

对输送机的冲击，通过耦合器、软启动器或CST减速机来缓冲冲击，此类传动方

式单纯从传动的角度确实能够满足驱动需要，但是随着技术的发展进步，我们对

传动的要求不再局限于物料的运输，更是赋予了新的时代特征，我们希望输送机

的传动能满足以下的基本要求。

（1）传动装置具有优异的起动特性，既要实现平滑软启

动减少对设备的冲击，同时还要满足重载起动需要，确保输

送机再重载条件下的平滑起动。

（2）传动装置有良好的调速性能，根据不同负载工况实

现自动调速功能，达到节能降耗，减少磨损的效果。

（3）传动装置有很好的多机功率平衡调节能力，实现多

机传动的均衡出力。

（4）传动装置有较高的传动效率，实现高效节能。

（5）传动装置技术先进，有完善的数据监测和保护功能，

满足智能化和自动化的监控需要。

（6）传动装置维护量小，满足减员增效的目的。

2 永磁变频一体机驱动系统的组成

近年来，变频调速技术的发展很好的符合了前文中所说的

输送机对传动装置的要求，像平滑软启动、重载起动、多机

动态功率平衡调节，智能化监测等。但是在提高传动效率，

降低维护量方面无有效改善。永磁一体机很好的弥补了常规

变频驱动的缺陷，永磁一体机驱动带式输送机，电机通过多

极化设计实现了永磁直驱，省掉了减速机和耦合器，简化了

传动形式，提高了传动效率，省掉了减速机的定期维护，达

到了免维护的目的。永磁一体机驱动带式输送机主要有永磁

一体机，一体机控制箱，水冷系统组成。整个的驱动系统如

下图1所示。

图1 永磁变频一体机驱动示意图

驱动系统简介：永磁一体机通过蛇簧联轴器与传动滚筒连

接，省掉中间的减速机构，实现永磁直驱；可编程控制箱通

过高速CAN总线与永磁一体机连接，实现永磁一体机运行状

态、数据采集、故障存储功能，控制永磁一体机的单机和联

机运行以及功率平衡调节；在输送机的机尾搭接处安装红外

煤位传感器，检测煤流量大小，实现带式输送机的自适应煤

量调速功能。

3 永磁变频一体机驱动系统的技术优势

带式输送机采用永磁变频一体机驱动主要的技术优势有以

下几点：

（1）高效率，高功率因数：由于永磁同步电机的磁场是

由永磁体产生的，从而避免通过励磁电流来产生磁场而导致

的励磁损耗（铜耗）；永磁同步电机的外特性效率曲线相比

异步电机，其在轻载时效率值要高很多，这是永磁同步电机

在节能方面，相比异步电机最大的一个优势。

图2永磁一体机与异步电机效率对比曲线

（2）结构简单，传动效率高：永磁一体机驱动带式输送

机，替代传统的异步电动机+CST齿轮箱的驱动方式，省掉了

中间传动机构，减少了传动环节，提高了传动效率。

图3-1传统驱动方式布置形式 图3-2 永磁一体机驱动布置形式

（3）优异的重载起动特性：常规异步电动机启动转矩倍

数和最大转矩倍数都有限，为达要求，需选择更大容量的异

步电动机，而到了正常运行状态，异步电动机则又处于轻载

运行状态，效率和功率因数均较低。永磁同步电机因极数多，

输出转矩可达异步电机的数倍以上，可满足负载大时的启动。

图4 永磁一体机与异步电机的转矩特性曲线

（1）传动形式简单：常规驱动方式连接复杂，电机+耦合

器+减速机+传动滚筒；或者变频器+变频电机+减速机+传动滚

筒。而永磁一体机连接形式简单：永磁一体机直驱与驱动滚

筒连接，省掉中间的机械传动环节，实现输送机系统的无齿

轮传动。

（2）免维护，减少了维护成本，实现了减员增效：永磁

一体机省掉了中间需要定期维护的减速机和电机，永磁一体

机免维护，节省了现场的维护工作量，降低了维护成本。

4 永磁变频一体机驱动系统的节能分析

本文以某矿主斜井带式输送机为例进行对比分析：原驱动

系统采用4×560kW高压电机+液力耦合器+减速机方式驱动，

系统传动效率低，采用永磁一体机直驱改造后，省掉了中间

的传动环节，传动效率大大提高。系统传统效率如下表所示。

表1不同传动方式的效率对比表

项 目

电机+液力耦合器+

减速机

式

永磁变频调速一体机方

实际电机效率

（%）

88

96

耦合器效率（%）

96

无

减速器效率（%）

94

无

高速轴联轴器效率

（%）

98

无

低速轴联轴器效率

（%）

98

98

传动总效率（%）

76.3

94.1

滚筒轴功率（kW）

1008

1008

实际输出功率

（kW）

1321.1

1071.2

具体到本次的改造项目，主斜井皮带机运行时长及电费按

如下数据统计：

（1）皮带机按年330天运行，每天运行20小时计算。

（2）皮带机的负载率按照60%计算。

（3）工业用电价格综合按照0.8元/度计算（实际计算需

考虑地域差异）

节电效果计算过程如下：

改造前年耗电量：W=1321.1×0.6×20×330=5231556kW.h

改造前年电费：5231556×0.8=4185244.8元≈418.5万元

改造后年耗电量：W=1071.2×0.6×20×330=4241952kW.h

改造后年电费：4241952×0.8=3393561.6≈339.3万元

对比改造前后数据，改造后年可节约电费：79.2万元。

以上的计算中，常规电机的效率值是按照额定工况下的88%

考虑的，按照图2的效率曲线可以看出实际在轻载时异步电

机效率值下降严重，因为实际节约电费会远高于计算的理论

值。

5 结论

通过以上的论述和节能效益分析，永磁变频一体机在带式

输送机传动上具有高效率、高可靠性、高节能性的优点，符

合国家倡导的智慧矿山、绿色矿山发展需要，是输送机驱动

的发展改革方向，值得推广应用。