大型電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r調(diào)查及建設(shè)

0 引言

作為工業(yè)生產(chǎn)中最重要的動(dòng)力設(shè)備之一，電動(dòng)機(jī)承擔(dān)著將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，從而驅(qū)動(dòng)機(jī)械設(shè)備的作用。隨著工業(yè)產(chǎn)業(yè)規(guī)?；椒サ募涌欤I(yè)裝備單機(jī)生產(chǎn)能力日益提高，電動(dòng)機(jī)單機(jī)容量也日益擴(kuò)大。出于滿足電力系統(tǒng)與供電條件的要求，出于對機(jī)械系統(tǒng)傳動(dòng)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(dòng)機(jī)各種軟起動(dòng)技術(shù)與產(chǎn)品相繼產(chǎn)生，并不斷發(fā)展。比如電阻、電抗、自耦變壓器及非線性開關(guān)為降壓元件的各種降壓軟起動(dòng)技術(shù)的產(chǎn)生和應(yīng)用，高壓變頻軟起動(dòng)軟停車技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展，大型電動(dòng)機(jī)的交-交變頻傳動(dòng)技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展等;當(dāng)然，大型電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)技術(shù)的發(fā)展對電動(dòng)機(jī)向大容量方向發(fā)展起到了推波助瀾的作用。

1 大型電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)技術(shù)的分類

按照適用電動(dòng)機(jī)種類分類：適用于繞線式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子起動(dòng)器和適用于普通異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)器。轉(zhuǎn)子起動(dòng)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(yīng)電動(dòng)機(jī)按照起動(dòng)原理分為降壓軟起動(dòng)、補(bǔ)償軟起動(dòng)、變頻軟起動(dòng)等。如圖1所示。

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

降壓補(bǔ)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(dòng)又可分為同步電動(dòng)機(jī)SFC 和異步電動(dòng)機(jī)VVVF變頻軟起動(dòng)。如圖4 所示。

2 國內(nèi)外軟起動(dòng)技術(shù)現(xiàn)狀

適用于繞線式異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子起動(dòng)器技術(shù)的發(fā)展，起于金屬電阻器的多級起動(dòng)，止于液體電阻起動(dòng)器的平滑起動(dòng)，頻敏變阻器技術(shù)在上述兩種起動(dòng)技術(shù)之間起到了一個(gè)過渡作用。目前，在繞線式異步電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)應(yīng)用中，頻繁起停的中小型設(shè)備如行車、提升機(jī)等，大多采用金屬電阻起動(dòng);重型不頻繁起動(dòng)的設(shè)備如球磨機(jī)、破碎機(jī)等，則以液體電阻起動(dòng)器為主;而頻敏變阻器已經(jīng)逐步退出市場。

適用于普通異步電動(dòng)機(jī)的軟起動(dòng)技術(shù)發(fā)展相當(dāng)蓬勃，軟起動(dòng)產(chǎn)品種類繁多，各專業(yè)軟起動(dòng)生產(chǎn)廠家經(jīng)過不懈努力，相繼開發(fā)出了熱變電阻軟起動(dòng)裝置、液態(tài)電阻軟起動(dòng)裝置、磁控軟起動(dòng)裝置、晶閘管調(diào)相降壓軟起動(dòng)裝置、開關(guān)變壓器軟起動(dòng)裝置、高壓降補(bǔ)固態(tài)軟起動(dòng)裝置等產(chǎn)品。目前在市場上的主力產(chǎn)品還是熱變電阻和液態(tài)電阻軟起動(dòng)裝置，它們具有起動(dòng)電流小，電壓波動(dòng)小，成本較低等優(yōu)點(diǎn)，比較適合現(xiàn)時(shí)我國的國情;磁控軟起動(dòng)技術(shù)屬于較落后的電抗降壓起動(dòng)技術(shù)，于解決電動(dòng)機(jī)起動(dòng)與電網(wǎng)電壓波動(dòng)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(diào)相降壓軟起動(dòng)技術(shù)在起動(dòng)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(dòng)機(jī)的起動(dòng);開關(guān)變壓器軟起動(dòng)技術(shù)是晶閘管調(diào)相降壓軟起動(dòng)技術(shù)的變種，特性也一樣;降壓補(bǔ)償軟起動(dòng)技術(shù)目前主要以大力集團(tuán)公司的降補(bǔ)固態(tài)軟起動(dòng)為主，適用于大容量和超大容量的電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)以及電網(wǎng)短路容量嚴(yán)重不足的場所，具有起動(dòng)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(dòng)技術(shù)的市場，近年發(fā)展勢頭很猛。

變頻軟起動(dòng)技術(shù)主要是以西門子為代表的同步電動(dòng)機(jī)靜止變頻軟起動(dòng)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(fēng)機(jī)，抽水蓄能電站等的應(yīng)用，變頻軟起動(dòng)技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)在于其技術(shù)性能的絕對優(yōu)異，起動(dòng)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(dòng)機(jī)正常運(yùn)行，那么起動(dòng)就不存在問題，再就是起動(dòng)力矩可以做到與電流成正比例線性控制，不像降壓起動(dòng)，轉(zhuǎn)矩與電壓的平方成比例降低。因此，單從技術(shù)角度來說，變頻軟起動(dòng)技術(shù)代表了軟起動(dòng)技術(shù)的發(fā)展方向。

3 國內(nèi)軟起動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展?fàn)顩r

大型的電動(dòng)機(jī)的廣泛應(yīng)用及軟起動(dòng)技術(shù)的進(jìn)步有力地推動(dòng)著軟起動(dòng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，從總的發(fā)展趨勢來看，有以下幾個(gè)明顯特征：一是容量越來越大，從報(bào)道中可見，2000 年前國內(nèi)最大容量為5 000 kW，較大的多采用進(jìn)口變頻軟起動(dòng)，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(dòng)機(jī)起動(dòng)問題，進(jìn)口變頻軟起動(dòng)退守20 000 kW以上區(qū)域;二是性能指標(biāo)越來越好，比如起動(dòng)電流，串聯(lián)電抗可做到3pu，熱變電阻軟起動(dòng)可以做到2.5pu，降補(bǔ)軟起動(dòng)裝置可以做到1.5pu;三是高新技術(shù)的應(yīng)用越來越多，并且強(qiáng)力的帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

湖北省是大型的電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)產(chǎn)業(yè)的集中地帶，擁有相關(guān)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(shè)備有限公司等核心企業(yè)年工業(yè)總產(chǎn)值就達(dá)到十多億元。目前湖北省軟起動(dòng)行業(yè)已經(jīng)擁有兩個(gè)省級企業(yè)技術(shù)中心、三個(gè)博士后產(chǎn)業(yè)基地，與清華大學(xué)、武漢大學(xué)、華中科技大學(xué)、華北電力大學(xué)、浙江大學(xué)等十多所高等院校有人才培養(yǎng)、技術(shù)開發(fā)、學(xué)術(shù)交流等各個(gè)方面的合作;已經(jīng)形成一定的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，品牌效益初步顯示出來，產(chǎn)業(yè)化集群優(yōu)勢已經(jīng)逐步形成。

4 軟起動(dòng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在的問題

軟起動(dòng)產(chǎn)業(yè)是一個(gè)新興的高科技產(chǎn)業(yè)，從國內(nèi)最早的水電阻產(chǎn)生到現(xiàn)在僅僅20 年。當(dāng)時(shí)2 MW就算大電機(jī)，而今我們常面對的是20 MW級的電動(dòng)機(jī)問題。新產(chǎn)業(yè)當(dāng)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(gè)方面。

1)急需電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)公用技術(shù)開發(fā)平臺和試驗(yàn)檢驗(yàn)平臺。目前，產(chǎn)業(yè)內(nèi)的主要企業(yè)都在產(chǎn)品研發(fā)上重金投入，但還是滿足不了需要。新產(chǎn)品需要在電網(wǎng)、電機(jī)有負(fù)荷的環(huán)境下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，但各企業(yè)都沒有建設(shè)模似負(fù)荷環(huán)境的條件，只能把新產(chǎn)品放到客戶企業(yè)中去做負(fù)載實(shí)驗(yàn)，往往是第一個(gè)買這種產(chǎn)品的企業(yè)車間，就成了新產(chǎn)品檢測的實(shí)驗(yàn)室，這個(gè)過程企業(yè)雙方都擔(dān)著很大風(fēng)險(xiǎn)。很多時(shí)候，為了贏得客戶企業(yè)的支持，生產(chǎn)企業(yè)不得不在產(chǎn)品價(jià)格上作出讓步。

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

3)高端產(chǎn)品的開發(fā)和推廣障礙較大。高端技術(shù)的軟起動(dòng)產(chǎn)品的開發(fā)對科學(xué)研究的依賴程度較高，開發(fā)試驗(yàn)投入較大，失敗的風(fēng)險(xiǎn)也很大，問題除了公共開發(fā)平臺建設(shè)以外，主要是國家要對相關(guān)產(chǎn)業(yè)開發(fā)加大支持力度，減少企業(yè)創(chuàng)新風(fēng)險(xiǎn)所帶來的經(jīng)濟(jì)壓力。

4)大型電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)技術(shù)的研究涉及到電力系統(tǒng)、電動(dòng)機(jī)及其控制技術(shù)、電力電子技術(shù)、大型機(jī)械裝備技術(shù)等學(xué)科，技術(shù)含量高，開拓性強(qiáng)，然而本應(yīng)該由高等院校承擔(dān)的相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)術(shù)研究和人才培養(yǎng)工作，產(chǎn)業(yè)界全部承擔(dān)下來，無疑加大了企業(yè)的壓力。

5 建議

政府在扶持軟起動(dòng)產(chǎn)業(yè)時(shí)，可以從以下幾個(gè)方面著手：

一是籌建機(jī)電軟起動(dòng)產(chǎn)業(yè)公共實(shí)驗(yàn)室，采用以政府投入為引導(dǎo)、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(jī)負(fù)載運(yùn)作的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，項(xiàng)目覆蓋所有生產(chǎn)電機(jī)控制和電能優(yōu)化產(chǎn)品的企業(yè);

二是組織制定統(tǒng)一的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并加強(qiáng)技術(shù)質(zhì)量監(jiān)管力度，規(guī)范市場競爭秩序，鼓勵(lì)積極健康的市場競爭;

三是鼓勵(lì)國有企業(yè)，如鋼鐵企業(yè)、石化企業(yè)等多為國內(nèi)軟起動(dòng)企業(yè)提供試用、創(chuàng)造業(yè)績的機(jī)會，多采購國內(nèi)產(chǎn)品，在國內(nèi)技術(shù)水平可以滿足要求的情況下，不重復(fù)引進(jìn)國外產(chǎn)品;

四是建議高等院校積極跟隨國內(nèi)外高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，在學(xué)術(shù)研究和人才培養(yǎng)方面發(fā)揮積極的作用，并加強(qiáng)與企業(yè)的技術(shù)合作，以充分發(fā)揮有限科研資源的效益。