2024年6月4日发(作者：)

浅谈永磁同步变频调速一体机在煤矿刮

板运输机上的应用

摘要：针对煤矿刮板运输机在重载启动时，造成机械和电气设备的冲击问题，

结合驱动技术的发展趋势，对永磁同步变频调速一体机新技术的配置、供电、冷

却、结构进行剖析，重点对永磁同步变频调速一体机的性能特点进行分析，为煤

矿综采工作面设备应用作准备。

关键词：永磁同步变频调速一体机 结构特征 系统配置 供电冷却 性能

特点 对比应用

1.引言

煤矿井下综采工作面设备使用条件复杂，作业环境恶劣，刮板运输机是煤矿

综采工作面的主要运输设备，受顺槽皮带运输、转载机、破碎机联动因素及井下

现场作业环境因素影响，使得刮板运输机对重载启动要求比较高。原刮板运输机

驱动方式一般采用高低速电机、CST、液力耦合器等启动方式，该方式启动无论

是对机械设备还是对电网冲击都非常大，容易造成刮板断链，链轮组件轮齿断裂，

减速机使用寿命降低，特别是重载时易出现供电系统电流大，给机械设备造成安

全隐患。随着煤矿装备技术的发展，原传统的驱动方式已经逐步被变频驱动方式

所替代。现变频驱动技术广泛应用于刮板运输机上，而永磁同步变频调速一体机

是在原变频驱动方式的基础上，又将电机和变频器结合在一起，既减少了设备驱

动部件，又解决了重载启动问题，是未来刮板运输机驱动方式的发展方向。

2.永磁同步变频一体机结构特征

永磁同步变频一体机把电机和变频部分集成为一体，其电机、变频部分可独

立拆分，而变频部分由变频器和电源输入部分组成，变频器位于变频电机的上部。

永磁同步变频一体机内部器件采用单元模块化设计，根据功能分为整流单元、逆

变单元、主控单元、驱动单元、滤波单元、保护单元、显示单元等，每个单元之

间通过插头或连接器快捷连接，方便使用和维护。可直接与减速机相连接，无需

限矩器、液力耦合器等中间环节。

3.永磁同步变频一体机系统配置

中煤平朔集团公司井工综采工作面前部、后部刮板运输机各配套2台电压等

级为3300V，功率为1200KW的永磁同步变频调速一体机驱动，转载机配套1台电

压等级为3300V，功率为855KW的一体机，整个系统通过1台一体机控制箱实现

多台设备主从控制运行，控制箱为一体机控制中心，设备之间通过CAN总线通讯，

通过通信电缆控制所有一体机，包括运行控制，运行参数设置，数据采集与记录，

数据上传等。

4.永磁同步变频一体机供电系统

永磁同步变频一体机供电系统的电源取自3300V电压等级的移动变电站，通

过8回路组合开关对变频一体机进行供电，输入供电电缆选用

MCP1.9/3.3|3*95mm+1*50mm+3*6型矿用橡套电缆。3300V电压等级的供电电缆通

过防爆电缆快速连接器连接到变频一体机，而127V的控制电由变频一体机内部

控制变压器提供。

5.永磁同步变频一体机冷却系统

永磁同步变频一体机冷却系统采用水冷方式散热，其中永磁同步电机与变频

器在壳体里面都有单独的冷却散热水道，冷却进水口在变频器外壳上，出水口在

电机外壳上，其左右两侧各1个口，共4个进出水口，根据现场设备安装方向，

将变频器一侧作为进水口，另一侧与电机一侧的进出水口相连接，作为电机进水

口，剩余为出水口，通过软胶管对电机、变频器的冷却水道串联在一起，形成开

放式外循环冷却系统。

6.永磁同步变频一体机性能特点

6.1启动转矩更大。永磁同步变频调速一体机零速启动转矩，启动扭距可达

到电机额定扭矩的2.2倍以上，可有效解决过载启动问题，可降低生产事故率，

并且一体机有一键低速模式，便于检查刮板机运行状态，无需人员在工作面逐点

观察，提高了效率，降低了人员安全风险。另外变频软启的作用可完全保护机械

设备，井工矿刮板运输机链条、刮板、链轮组件及减速机损坏率都大幅降低，节

约运行成本。

6.2运行电流更小。电机转子为稀土永磁体结构，无功功率接近于零。永磁

变频调速一体机启动电流小，小于额定电流的1.5倍，因此电气冲击小；而高低

速电机启动电流是额定电流的6-8倍，对上级电网的电气冲击大，会引起其它综

采工作面设备因电压降低出现故障，不利于安全高效生产。

6.3控制简单，运行更平稳。采用变频、电机可拆分式独立结构，拆装便捷，

减少维护成本，变频部分内部采用模块化设计，模块的接线端子全部使用快插式

结构，维护简单迅捷。另外刮板运输机属于频繁停启设备，启动电机时，大电流

频繁冲击电机，极易过载烧坏，因此电机寿命普遍较短。而变频一体机减少了电

机频繁启动带来的大电流冲击，减少了烧毁电机的因素，变频一体机运行更稳定

可靠，使用寿命长。

6.4发热小，冷却水流量低。永磁同步电机的永磁体转子不产生电流，因此

永磁同步电机发热小，电机轴承寿命长，整机冷却水需求量更低。

6.5运行成本低。永磁同步变频一体机额定运行效率一般≥92%，通过下面对

比表可以明显看出，同步一体机负债运行效率远高于异步一体机，具有明显的高

效节能，可以极大的降低公司生产经营成本。

负载

率（%）

异步一

体机效率

（η1）

同步一体

机效率

（η2）

同比提

升效率

（△η）

节约电费

（万元/年）

20%

38

92

54

49.7664

35%

58

94

36

58.0608

50%

70

95

25

57.6000

70%

88

95

7

22.5792

80%

93

95

2

7.3728

100%

94

95

1

4.6080

例如：节约电费数据以1台1200kW变频调速一体机为例，每天工作16小时，

每年工作360天计算，平均电价0.8元/度计算，如：

1200×20%×54%×16×360×0.8=49.7664万元。

6.6无谐波干扰。由于电机与变频器的一体化设计，变频器到电机的供电线

路距离短，极大的降低了谐波的产生，减少了设备的过热、老化。

6.7适用远距离供电。为减少甚至取消综采工作面辅助设备列车推移，实现

供电设备的静态放置，平朔集团公司井工综采工作面一般采用远距离供电。变频

一体机供电电压范围为3300V（-15%～+10%），可以不考虑远距离供电的压降因

素，最远供电距离可达2500米，适用于远距离供电场合。

6.8安装尺寸可满足现场空间要求。变频调速一体机专为薄煤层和放顶煤工

作面设计，其与常规双速电机同等高度，具有体积小、重量轻、运行稳定的优点，

彻底解决了工作面刮板运输机电机安装高度受限的难题。

6.9满足智能化建设需要。永磁同步变频调速一体机具有以太网、CAN、

RS485等通讯接口，能够满足现煤矿智能化建设需求。

7.传统“电机+液力耦合器”驱动方式和变频一体机驱动方式对比

7.1变频一体机高度较异步电机高度增加约200mm，长度比“电机+液力耦合

器”长度短，不影响工作面设备的正常布置。

7.2相对液力耦合器，变频一体机调速范围更宽，调速精度高，可达到

0.01HZ，有效保证了刮板机运转的稳定性，极大的减少对机械设备的冲击，延长

了其使用寿命，同时解决了重载启停设备的“闷车”问题。

7.3变频一体机效率高，传递效率达到95%。但液力耦合器的负载越大，效

率越低，且在负载大的情况下需要的冷却水量也大。

7.4变频一体机能实现真正意义上软启动，使启动电流保持在额定电流以内，

不会对电网造成冲击。耦合器重载启动易发生越级跳闸现象。

7.5液力耦合器常见故障有漏液、轴承损坏、叶轮损坏等，维修费用偏高。

而变频一体机的变频部分采用的是模块化设计，更换便捷，故障点少，但变频一

体机电机出现故障后，也需要整体更换。

7.6变频一体机更节能，节能约10-15%。与传统驱动方式比较，不存在远距

离供电及相应的谐波干扰问题。

8.结束语

总之，现永磁同步变频一体机驱动系统在煤矿刮板运输机上广泛应用，目前

平朔集团公司井工一矿19113、19114综采工作面，井工三矿34204、34205工作

面的刮板运输机均已配置永磁同步变频调速一体机，具有启动转矩大，运行电流

小，安全稳定，节能降耗等优势，有效解决了煤矿刮板运输机重载启动问题。

参考文献：1、青岛华夏天信公司《矿用隔爆兼本质安全性永磁同步变频一

体机说明书》

2、张振伟 《综采工作面使用技术》[M].煤炭工业

出版社

作者简历：李志远（1982.10—），男，山西大同人，2018年1月毕业于山

西大同大学机械设计制造及其自动化专业，现就职于中煤平朔集团公司，从事煤

矿设备管理工作。工程师