大型電動機軟起動產業(yè)發(fā)展狀況調查及建設

0 引言

作為工業(yè)生產中最重要的動力設備之一，電動機承擔著將電能轉換成機械能，從而驅動機械設備的作用。隨著工業(yè)產業(yè)規(guī)?；椒サ募涌?，工業(yè)裝備單機生產能力日益提高，電動機單機容量也日益擴大。出于滿足電力系統(tǒng)與供電條件的要求，出于對機械系統(tǒng)傳動條件與環(huán)境的考慮，也出于對很多工程問題解決的需要，大型電動機各種軟起動技術與產品相繼產生，并不斷發(fā)展。比如電阻、電抗、自耦變壓器及非線性開關為降壓元件的各種降壓軟起動技術的產生和應用，高壓變頻軟起動軟停車技術的產生與發(fā)展，大型電動機的交-交變頻傳動技術的產生與發(fā)展等;當然，大型電動機軟起動技術的發(fā)展對電動機向大容量方向發(fā)展起到了推波助瀾的作用。

1 大型電動機軟起動技術的分類

按照適用電動機種類分類：適用于繞線式異步電動機的轉子起動器和適用于普通異步電動機的起動器。轉子起動器根據(jù)所串聯(lián)電阻的不同可分為頻敏變阻器、金屬變阻器和液體變阻器;普通感應電動機按照起動原理分為降壓軟起動、補償軟起動、變頻軟起動等。如圖1所示。

降壓軟起動又可分為串聯(lián)降壓、自耦變壓器降壓和變壓器電動機組等三類;串聯(lián)降壓還可以進一步分為：電阻降壓、電抗降壓、移相調壓等。如圖2所示。

降壓補償又可分為阻容降壓、LC 降壓和固態(tài)降壓等幾種，如圖3 所示。

變頻軟起動又可分為同步電動機SFC 和異步電動機VVVF變頻軟起動。如圖4 所示。

2 國內外軟起動技術現(xiàn)狀

適用于繞線式異步電動機的轉子起動器技術的發(fā)展，起于金屬電阻器的多級起動，止于液體電阻起動器的平滑起動，頻敏變阻器技術在上述兩種起動技術之間起到了一個過渡作用。目前，在繞線式異步電動機的起動應用中，頻繁起停的中小型設備如行車、提升機等，大多采用金屬電阻起動;重型不頻繁起動的設備如球磨機、破碎機等，則以液體電阻起動器為主;而頻敏變阻器已經逐步退出市場。

適用于普通異步電動機的軟起動技術發(fā)展相當蓬勃，軟起動產品種類繁多，各專業(yè)軟起動生產廠家經過不懈努力，相繼開發(fā)出了熱變電阻軟起動裝置、液態(tài)電阻軟起動裝置、磁控軟起動裝置、晶閘管調相降壓軟起動裝置、開關變壓器軟起動裝置、高壓降補固態(tài)軟起動裝置等產品。目前在市場上的主力產品還是熱變電阻和液態(tài)電阻軟起動裝置，它們具有起動電流小，電壓波動小，成本較低等優(yōu)點，比較適合現(xiàn)時我國的國情;磁控軟起動技術屬于較落后的電抗降壓起動技術，于解決電動機起動與電網(wǎng)電壓波動問題沒有明顯的優(yōu)勢，現(xiàn)在只有少數(shù)廠家在研究和推廣，所占市場份額有限;晶閘管調相降壓軟起動技術在起動性能方面與電抗器降壓相比沒有明顯的優(yōu)勢，它的優(yōu)勢主要在于體積小，控制方便，適用于電網(wǎng)問題不突出的中小型電動機的起動;開關變壓器軟起動技術是晶閘管調相降壓軟起動技術的變種，特性也一樣;降壓補償軟起動技術目前主要以大力集團公司的降補固態(tài)軟起動為主，適用于大容量和超大容量的電動機軟起動以及電網(wǎng)短路容量嚴重不足的場所，具有起動電流約1.5pu 的優(yōu)良性能，直接接受過去西門子、ABB 高壓變頻軟起動技術的市場，近年發(fā)展勢頭很猛。

變頻軟起動技術主要是以西門子為代表的同步電動機靜止變頻軟起動裝置SFC，其占據(jù)一定的市場份額，特別是在國有大型鋼鐵企業(yè)的高爐風機，抽水蓄能電站等的應用，變頻軟起動技術的主要優(yōu)點在于其技術性能的絕對優(yōu)異，起動電流減小到額定電流的50%，對電網(wǎng)最小短路容量沒有限制，只要電網(wǎng)能夠保障電動機正常運行，那么起動就不存在問題，再就是起動力矩可以做到與電流成正比例線性控制，不像降壓起動，轉矩與電壓的平方成比例降低。因此，單從技術角度來說，變頻軟起動技術代表了軟起動技術的發(fā)展方向。

3 國內軟起動產業(yè)發(fā)展狀況

大型的電動機的廣泛應用及軟起動技術的進步有力地推動著軟起動產業(yè)的發(fā)展，從總的發(fā)展趨勢來看，有以下幾個明顯特征：一是容量越來越大，從報道中可見，2000 年前國內最大容量為5 000 kW，較大的多采用進口變頻軟起動，2002年大力公司完成13 500 kW 的研究與成功試用，之后陸續(xù)解決20 000 kW電動機起動問題，進口變頻軟起動退守20 000 kW以上區(qū)域;二是性能指標越來越好，比如起動電流，串聯(lián)電抗可做到3pu，熱變電阻軟起動可以做到2.5pu，降補軟起動裝置可以做到1.5pu;三是高新技術的應用越來越多，并且強力的帶動相關產業(yè)的發(fā)展。

湖北省是大型的電動機軟起動產業(yè)的集中地帶，擁有相關企業(yè)50 余家，僅襄樊大力工業(yè)控制股份有限公司、湖北追日電氣設備有限公司等核心企業(yè)年工業(yè)總產值就達到十多億元。目前湖北省軟起動行業(yè)已經擁有兩個省級企業(yè)技術中心、三個博士后產業(yè)基地，與清華大學、武漢大學、華中科技大學、華北電力大學、浙江大學等十多所高等院校有人才培養(yǎng)、技術開發(fā)、學術交流等各個方面的合作;已經形成一定的產業(yè)規(guī)模，品牌效益初步顯示出來，產業(yè)化集群優(yōu)勢已經逐步形成。

4 軟起動產業(yè)發(fā)展存在的問題

軟起動產業(yè)是一個新興的高科技產業(yè)，從國內最早的水電阻產生到現(xiàn)在僅僅20 年。當時2 MW就算大電機，而今我們常面對的是20 MW級的電動機問題。新產業(yè)當然也會面對很多新問題，目前表現(xiàn)最為突出的有以下幾個方面。

1)急需電動機軟起動公用技術開發(fā)平臺和試驗檢驗平臺。目前，產業(yè)內的主要企業(yè)都在產品研發(fā)上重金投入，但還是滿足不了需要。新產品需要在電網(wǎng)、電機有負荷的環(huán)境下進行實驗，但各企業(yè)都沒有建設模似負荷環(huán)境的條件，只能把新產品放到客戶企業(yè)中去做負載實驗，往往是第一個買這種產品的企業(yè)車間，就成了新產品檢測的實驗室，這個過程企業(yè)雙方都擔著很大風險。很多時候，為了贏得客戶企業(yè)的支持，生產企業(yè)不得不在產品價格上作出讓步。

2)無序競爭造成產品質量不穩(wěn)定，不利于品牌建設和新興產業(yè)的健康發(fā)展。市場競爭對于產業(yè)的發(fā)展無疑起到了積極地推動作用，促使企業(yè)開發(fā)新產品，滿足用戶各種不同的技術要求，降低成本增加產品市場競爭能力。但是無序的競爭嚴重影響這個新興產業(yè)的健康發(fā)展，不能建立起堅強的品牌，更無力參與國際競爭。

3)高端產品的開發(fā)和推廣障礙較大。高端技術的軟起動產品的開發(fā)對科學研究的依賴程度較高，開發(fā)試驗投入較大，失敗的風險也很大，問題除了公共開發(fā)平臺建設以外，主要是國家要對相關產業(yè)開發(fā)加大支持力度，減少企業(yè)創(chuàng)新風險所帶來的經濟壓力。

4)大型電動機軟起動技術的研究涉及到電力系統(tǒng)、電動機及其控制技術、電力電子技術、大型機械裝備技術等學科，技術含量高，開拓性強，然而本應該由高等院校承擔的相關領域的學術研究和人才培養(yǎng)工作，產業(yè)界全部承擔下來，無疑加大了企業(yè)的壓力。

5 建議

政府在扶持軟起動產業(yè)時，可以從以下幾個方面著手：

一是籌建機電軟起動產業(yè)公共實驗室，采用以政府投入為引導、企業(yè)投入為主體、社會投入為輔助的融資模式，逐步建成可以模擬各種電網(wǎng)、各種功率電機負載運作的實驗環(huán)境，項目覆蓋所有生產電機控制和電能優(yōu)化產品的企業(yè);

二是組織制定統(tǒng)一的質量標準，并加強技術質量監(jiān)管力度，規(guī)范市場競爭秩序，鼓勵積極健康的市場競爭;

三是鼓勵國有企業(yè)，如鋼鐵企業(yè)、石化企業(yè)等多為國內軟起動企業(yè)提供試用、創(chuàng)造業(yè)績的機會，多采購國內產品，在國內技術水平可以滿足要求的情況下，不重復引進國外產品;

四是建議高等院校積極跟隨國內外高技術產業(yè)的發(fā)展，在學術研究和人才培養(yǎng)方面發(fā)揮積極的作用，并加強與企業(yè)的技術合作，以充分發(fā)揮有限科研資源的效益。