引領電動機軟起動行業科學發展初探-工業電器網
[引領電動機軟起動行業科學發展初探]:軟起動是一個新興的、多學科相互交叉的高科技產業,是制約新興工業發展水平的基礎裝備之一,通過應用電力電子技術、微電子技術、信息技術、電機變壓器技術、電力自動化技術以及它們的集成解決電機起動中的電網、電機...
軟起動是一個新興的、多學科相互交叉的高科技產業,是制約新興工業發展水平的基礎裝備之一,通過應用電力電子技術、微電子技術、信息技術、電機變壓器技術、電力自動化技術以及它們的集成解決電機起動中的電網、電機和機械負荷問題。所涉及的工業控制設備、節能設備、機床電氣設備、傳感儀表等60多種產品廣泛應用于冶金、化工、機械、建材、煤炭等各個領域。工業生產的高度規模化、電力系統高度網路化,推動了軟起動技術的發展,軟起動技術可以解決工業生產高度規模化所面臨的保護電網、電機安全起動運轉、拖動負載機械等一系列問題,有效促進裝備制造業的蓬勃發展,對推動節能減排工作做出重要貢獻。
軟起動器是一種集電機軟起動、軟停車、多種保護功能于一體的新穎電機控制裝置,國外稱為Soft Starter。
它的主要構成是串接于電源與被控電機之間的三相反并聯晶閘管及其電子控制電路。運用不同的方法,控制三相反并聯晶閘管的導通角,使被控電機的輸入電壓按不同的要求而變化,就可實現不同的功能。電動機軟起動器已有30年歷史,1992年西安西普電力電子有限公司首先研制出工業化的交流晶閘管電動機起動器產品,并以“電動機軟起動器”這一名詞予以推廣。機械行業標準JB/T 10251《交流電動機電力電子軟起動裝置》也對晶閘管電動機軟起動器做了明確定義,定義為“交流電動機電力電子軟起動裝置”(AC Power& Electronic Motor Softer引領電動機軟起動行業科學發展初探Starters),現在市場上廣為流傳的“電動機軟起動器”一詞由此得來。國際電工委員會在1955年對晶閘管電動機軟起動器制定了相關標準IEC 947-4-2,標準中將其名稱統一為“交流半導體電動機控制和起動器”(AC Semi-conductormotor controllers and starters), 中國標準GB 14048.6-2008《低壓開關設備和控制設備 第4-2部分:接觸器和電動機起動器 交流半導體電動機控制器和起動器(含軟起動器)》采用了IEC標準,對于軟起動的定義是:“串接于電源與被控電機之間的三相反并聯晶閘管及其電子控制電路,運用不同的方法,控制三相反并聯閘管的導通角,使被控電機的輸入電壓按不同的要求而變化,從而實現電機平滑起動。”采用這類技術形成的控制裝置通稱為低壓電子固態軟起動器。目前,我國正在制定“電動機軟起動裝置術語”(20130654-T-604),將對軟起動器有一個更加全面的定義。
按照常規的技術分類方法,可以將軟起動技術從低端通用技術到高端技術分為降壓軟起動、降補軟起動和變頻軟起動。軟起動器在理論上可以做到無限大容量,因此,低壓軟起動器產品容量一般取決于交流低壓電動機的制造水平,通常可以做到800kW/380V。高壓(3300V以上)范圍內,目前能夠做到的最高電壓等級為20kV,最多容量為300MW。在可靠性方面,由于大功率半導體制造和晶閘管并聯技術已相當成熟,因此在低壓領域軟起動器的可靠性已相當高。在高壓和超高壓領域,由于晶閘管串聯技術的復雜性,可靠性略低。
目前,大型電動機的廣泛應用及技術的進步有力推動著產業的發展。從總的發展趨勢來看,容量越來越大,國內已經從5000kW陸續解決到了40000kW電動機起動的問題;性能越來越好,如起動電流,串聯電抗器可以做到3pu,熱變電阻可以做到2.5pu,降補裝置可以做到1.5pu。但是,從總體上看,我國有效解決問題的技術手段還相對單薄,只有各種降壓起動技術,其技術含量偏低,技術性能也不高,相對較高技術含量的降補軟起動技術目前只掌握在個別企業手里,高端變頻軟起動技術基本掌握在國外大企業手中。我國高端產品的研發與生產能力嚴重不足,尤其是高壓大容量的變頻軟起動技術,基本還被國外公司壟斷。雖然部分軟起動的龍頭企業在努力推進高壓大容量電動機變頻軟起動技術的研發與產品開發,積極參與市場競爭,但是從研發、運行到使用、成規模生產,還需要相當長的時間。所以,我國目前的軟起動技術水平與國外先進技術之間還有很大差距,行業的研發能力與市場需求之間也存在巨大的差距。
軟起動行業在20世紀90年代進入中國市場,1993年我國電動機軟起動裝機市場容量不足1億元,2000年后開始迅速發展, 2009年高、中、低壓軟起動器總體市場規模已達到18.6億元人民幣左右。到2011年,僅中國高壓大功率軟起動行業市場規模就為39.37億元。目前,軟起動產品應用涉及到我國國民經濟多個領域,屬于基礎行業,行業的市場發展不可避免受到上下游各領域的影響。軟起動產品主要應用于電力、冶金、建材、機床、石化和化工、煤炭等主要行業,這些行業的市場容量占整個中國軟起動市場的61%左右。經過幾十年的發展,晶閘管在技術、價格和可靠性3個方面都得到了長足的進步,目前世界先進技術國家晶閘管已做到6inch(Φ150mm)/4600A/8500V的水平,價格也大大降低,特別是可靠性已經很成熟,這就為軟起動器的問世打下了基礎。在這個背景下,各國均紛紛研制出自己的軟起動器系列產品,如美國的AB公司生產的3~2000kW的交流調壓式電力電子軟起動器,英國的CT公司,法國的TE公司、施耐德公司,德國的AEG公司及西門子公司,瑞典的ABB公司等,并且在工業應用領域得到廣泛的應用。因此,可以說晶閘管軟起動器的出現是當今電力電子器件制造技術長足發展的結果。