大型电动机软起动产业发展状况调查及建设

0 引言

作为工业生产中最重要的动力设备之一，电动机承担着将电能转换成机械能，从而驱动机械设备的作用。随着工业产业规模化步伐的加快，工业装备单机生产能力日益提高，电动机单机容量也日益扩大。出于满足电力系统与供电条件的要求，出于对机械系统传动条件与环境的考虑，也出于对很多工程问题解决的需要，大型电动机各种软起动技术与产品相继产生，并不断发展。比如电阻、电抗、自耦变压器及非线性开关为降压元件的各种降压软起动技术的产生和应用，高压变频软起动软停车技术的产生与发展，大型电动机的交-交变频传动技术的产生与发展等;当然，大型电动机软起动技术的发展对电动机向大容量方向发展起到了推波助澜的作用。

1 大型电动机软起动技术的分类

按照适用电动机种类分类：适用于绕线式异步电动机的转子起动器和适用于普通异步电动机的起动器。转子起动器根据所串联电阻的不同可分为频敏变阻器、金属变阻器和液体变阻器;普通感应电动机按照起动原理分为降压软起动、补偿软起动、变频软起动等。如图1所示。

降压软起动又可分为串联降压、自耦变压器降压和变压器电动机组等三类;串联降压还可以进一步分为：电阻降压、电抗降压、移相调压等。如图2所示。

降压补偿又可分为阻容降压、LC 降压和固态降压等几种，如图3 所示。

变频软起动又可分为同步电动机SFC 和异步电动机VVVF变频软起动。如图4 所示。

2 国内外软起动技术现状

适用于绕线式异步电动机的转子起动器技术的发展，起于金属电阻器的多级起动，止于液体电阻起动器的平滑起动，频敏变阻器技术在上述两种起动技术之间起到了一个过渡作用。目前，在绕线式异步电动机的起动应用中，频繁起停的中小型设备如行车、提升机等，大多采用金属电阻起动;重型不频繁起动的设备如球磨机、破碎机等，则以液体电阻起动器为主;而频敏变阻器已经逐步退出市场。

适用于普通异步电动机的软起动技术发展相当蓬勃，软起动产品种类繁多，各专业软起动生产厂家经过不懈努力，相继开发出了热变电阻软起动装置、液态电阻软起动装置、磁控软起动装置、晶闸管调相降压软起动装置、开关变压器软起动装置、高压降补固态软起动装置等产品。目前在市场上的主力产品还是热变电阻和液态电阻软起动装置，它们具有起动电流小，电压波动小，成本较低等优点，比较适合现时我国的国情;磁控软起动技术属于较落后的电抗降压起动技术，于解决电动机起动与电网电压波动问题没有明显的优势，现在只有少数厂家在研究和推广，所占市场份额有限;晶闸管调相降压软起动技术在起动性能方面与电抗器降压相比没有明显的优势，它的优势主要在于体积小，控制方便，适用于电网问题不突出的中小型电动机的起动;开关变压器软起动技术是晶闸管调相降压软起动技术的变种，特性也一样;降压补偿软起动技术目前主要以大力集团公司的降补固态软起动为主，适用于大容量和超大容量的电动机软起动以及电网短路容量严重不足的场所，具有起动电流约1.5pu 的优良性能，直接接受过去西门子、ABB 高压变频软起动技术的市场，近年发展势头很猛。

变频软起动技术主要是以西门子为代表的同步电动机静止变频软起动装置SFC，其占据一定的市场份额，特别是在国有大型钢铁企业的高炉风机，抽水蓄能电站等的应用，变频软起动技术的主要优点在于其技术性能的绝对优异，起动电流减小到额定电流的50%，对电网最小短路容量没有限制，只要电网能够保障电动机正常运行，那么起动就不存在问题，再就是起动力矩可以做到与电流成正比例线性控制，不像降压起动，转矩与电压的平方成比例降低。因此，单从技术角度来说，变频软起动技术代表了软起动技术的发展方向。

3 国内软起动产业发展状况

大型的电动机的广泛应用及软起动技术的进步有力地推动着软起动产业的发展，从总的发展趋势来看，有以下几个明显特征：一是容量越来越大，从报道中可见，2000 年前国内最大容量为5 000 kW，较大的多采用进口变频软起动，2002年大力公司完成13 500 kW 的研究与成功试用，之后陆续解决20 000 kW电动机起动问题，进口变频软起动退守20 000 kW以上区域;二是性能指标越来越好，比如起动电流，串联电抗可做到3pu，热变电阻软起动可以做到2.5pu，降补软起动装置可以做到1.5pu;三是高新技术的应用越来越多，并且强力的带动相关产业的发展。

湖北省是大型的电动机软起动产业的集中地带，拥有相关企业50 余家，仅襄樊大力工业控制股份有限公司、湖北追日电气设备有限公司等核心企业年工业总产值就达到十多亿元。目前湖北省软起动行业已经拥有两个省级企业技术中心、三个博士后产业基地，与清华大学、武汉大学、华中科技大学、华北电力大学、浙江大学等十多所高等院校有人才培养、技术开发、学术交流等各个方面的合作;已经形成一定的产业规模，品牌效益初步显示出来，产业化集群优势已经逐步形成。

4 软起动产业发展存在的问题

软起动产业是一个新兴的高科技产业，从国内最早的水电阻产生到现在仅仅20 年。当时2 MW就算大电机，而今我们常面对的是20 MW级的电动机问题。新产业当然也会面对很多新问题，目前表现最为突出的有以下几个方面。

1)急需电动机软起动公用技术开发平台和试验检验平台。目前，产业内的主要企业都在产品研发上重金投入，但还是满足不了需要。新产品需要在电网、电机有负荷的环境下进行实验，但各企业都没有建设模似负荷环境的条件，只能把新产品放到客户企业中去做负载实验，往往是第一个买这种产品的企业车间，就成了新产品检测的实验室，这个过程企业双方都担着很大风险。很多时候，为了赢得客户企业的支持，生产企业不得不在产品价格上作出让步。

2)无序竞争造成产品质量不稳定，不利于品牌建设和新兴产业的健康发展。市场竞争对于产业的发展无疑起到了积极地推动作用，促使企业开发新产品，满足用户各种不同的技术要求，降低成本增加产品市场竞争能力。但是无序的竞争严重影响这个新兴产业的健康发展，不能建立起坚强的品牌，更无力参与国际竞争。

3)高端产品的开发和推广障碍较大。高端技术的软起动产品的开发对科学研究的依赖程度较高，开发试验投入较大，失败的风险也很大，问题除了公共开发平台建设以外，主要是国家要对相关产业开发加大支持力度，减少企业创新风险所带来的经济压力。

4)大型电动机软起动技术的研究涉及到电力系统、电动机及其控制技术、电力电子技术、大型机械装备技术等学科，技术含量高，开拓性强，然而本应该由高等院校承担的相关领域的学术研究和人才培养工作，产业界全部承担下来，无疑加大了企业的压力。

5 建议

政府在扶持软起动产业时，可以从以下几个方面着手：

一是筹建机电软起动产业公共实验室，采用以政府投入为引导、企业投入为主体、社会投入为辅助的融资模式，逐步建成可以模拟各种电网、各种功率电机负载运作的实验环境，项目覆盖所有生产电机控制和电能优化产品的企业;

二是组织制定统一的质量标准，并加强技术质量监管力度，规范市场竞争秩序，鼓励积极健康的市场竞争;

三是鼓励国有企业，如钢铁企业、石化企业等多为国内软起动企业提供试用、创造业绩的机会，多采购国内产品，在国内技术水平可以满足要求的情况下，不重复引进国外产品;

四是建议高等院校积极跟随国内外高技术产业的发展，在学术研究和人才培养方面发挥积极的作用，并加强与企业的技术合作，以充分发挥有限科研资源的效益。