引領(lǐng)電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)行業(yè)科學(xué)發(fā)展初探

／機(jī)械工業(yè)北京電工技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所 徐元鳳／

軟起動(dòng)是一個(gè)新興的、多學(xué)科相互交叉的高科技產(chǎn)業(yè)，是制約新興工業(yè)發(fā)展水平的基礎(chǔ)裝備之一，通過(guò)應(yīng)用電力電子技術(shù)、微電子技術(shù)、信息技術(shù)、電機(jī)變壓器技術(shù)、電力自動(dòng)化技術(shù)以及它們的集成解決電機(jī)起動(dòng)中的電網(wǎng)、電機(jī)和機(jī)械負(fù)荷問(wèn)題。所涉及的工業(yè)控制設(shè)備、節(jié)能設(shè)備、機(jī)床電氣設(shè)備、傳感儀表等60多種產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于冶金、化工、機(jī)械、建材、煤炭等各個(gè)領(lǐng)域。工業(yè)生產(chǎn)的高度規(guī)模化、電力系統(tǒng)高度網(wǎng)路化，推動(dòng)了軟起動(dòng)技術(shù)的發(fā)展，軟起動(dòng)技術(shù)可以解決工業(yè)生產(chǎn)高度規(guī)模化所面臨的保護(hù)電網(wǎng)、電機(jī)安全起動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)、拖動(dòng)負(fù)載機(jī)械等一系列問(wèn)題，有效促進(jìn)裝備制造業(yè)的蓬勃發(fā)展，對(duì)推動(dòng)節(jié)能減排工作做出重要貢獻(xiàn)。

一、電機(jī)軟起動(dòng)技術(shù)概述

軟起動(dòng)器是一種集電機(jī)軟起動(dòng)、軟停車(chē)、多種保護(hù)功能于一體的新穎電機(jī)控制裝置，國(guó)外稱(chēng)為Soft Starter。它的主要構(gòu)成是串接于電源與被控電機(jī)之間的三相反并聯(lián)晶閘管及其電子控制電路。運(yùn)用不同的方法，控制三相反并聯(lián)晶閘管的導(dǎo)通角，使被控電機(jī)的輸入電壓按不同的要求而變化，就可實(shí)現(xiàn)不同的功能。電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)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(yè)化的交流晶閘管電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器產(chǎn)品，并以“電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器”這一名詞予以推廣。機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JB/T 10251《交流電動(dòng)機(jī)電力電子軟起動(dòng)裝置》也對(duì)晶閘管電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器做了明確定義，定義為“交流電動(dòng)機(jī)電力電子軟起動(dòng)裝置”（AC Power& Electronic Motor Softer Starters），現(xiàn)在市場(chǎng)上廣為流傳的“電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器”一詞由此得來(lái)。國(guó)際電工委員會(huì)在1955年對(duì)晶閘管電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)器制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)IEC 947-4-2，標(biāo)準(zhǔn)中將其名稱(chēng)統(tǒng)一為“交流半導(dǎo)體電動(dòng)機(jī)控制和起動(dòng)器”（AC Semi-conductor motor controllers and starters）, 中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GB 14048.6-2008《低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備和控制設(shè)備 第4-2部分：接觸器和電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器 交流半導(dǎo)體電動(dòng)機(jī)控制器和起動(dòng)器（含軟起動(dòng)器）》采用了IEC標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于軟起動(dòng)的定義是：“串接于電源與被控電機(jī)之間的三相反并聯(lián)晶閘管及其電子控制電路，運(yùn)用不同的方法，控制三相反并聯(lián)閘管的導(dǎo)通角，使被控電機(jī)的輸入電壓按不同的要求而變化，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)平滑起動(dòng)?！辈捎眠@類(lèi)技術(shù)形成的控制裝置通稱(chēng)為低壓電子固態(tài)軟起動(dòng)器。目前，我國(guó)正在制定“電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)裝置術(shù)語(yǔ)”（20130654-T-604），將對(duì)軟起動(dòng)器有一個(gè)更加全面的定義。

按照常規(guī)的技術(shù)分類(lèi)方法，可以將軟起動(dòng)技術(shù)從低端通用技術(shù)到高端技術(shù)分為降壓軟起動(dòng)、降補(bǔ)軟起動(dòng)和變頻軟起動(dòng)。軟起動(dòng)器在理論上可以做到無(wú)限大容量，因此，低壓軟起動(dòng)器產(chǎn)品容量一般取決于交流低壓電動(dòng)機(jī)的制造水平，通?？梢宰龅?00kW/380V。高壓（3300V以上）范圍內(nèi)，目前能夠做到的最高電壓等級(jí)為20kV，最多容量為300MW。在可靠性方面，由于大功率半導(dǎo)體制造和晶閘管并聯(lián)技術(shù)已相當(dāng)成熟，因此在低壓領(lǐng)域軟起動(dòng)器的可靠性已相當(dāng)高。在高壓和超高壓領(lǐng)域，由于晶閘管串聯(lián)技術(shù)的復(fù)雜性，可靠性略低。

目前，大型電動(dòng)機(jī)的廣泛應(yīng)用及技術(shù)的進(jìn)步有力推動(dòng)著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。從總的發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，容量越來(lái)越大，國(guó)內(nèi)已經(jīng)從5000kW陸續(xù)解決到了40000kW電動(dòng)機(jī)起動(dòng)的問(wèn)題；性能越來(lái)越好，如起動(dòng)電流，串聯(lián)電抗器可以做到3pu，熱變電阻可以做到2.5pu，降補(bǔ)裝置可以做到1.5pu。但是，從總體上看，我國(guó)有效解決問(wèn)題的技術(shù)手段還相對(duì)單薄，只有各種降壓起動(dòng)技術(shù)，其技術(shù)含量偏低，技術(shù)性能也不高，相對(duì)較高技術(shù)含量的降補(bǔ)軟起動(dòng)技術(shù)目前只掌握在個(gè)別企業(yè)手里，高端變頻軟起動(dòng)技術(shù)基本掌握在國(guó)外大企業(yè)手中。我國(guó)高端產(chǎn)品的研發(fā)與生產(chǎn)能力嚴(yán)重不足，尤其是高壓大容量的變頻軟起動(dòng)技術(shù)，基本還被國(guó)外公司壟斷。雖然部分軟起動(dòng)的龍頭企業(yè)在努力推進(jìn)高壓大容量電動(dòng)機(jī)變頻軟起動(dòng)技術(shù)的研發(fā)與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，積極參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，但是從研發(fā)、運(yùn)行到使用、成規(guī)模生產(chǎn)，還需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。所以，我國(guó)目前的軟起動(dòng)技術(shù)水平與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)之間還有很大差距，行業(yè)的研發(fā)能力與市場(chǎng)需求之間也存在巨大的差距。

二、軟起動(dòng)行業(yè)發(fā)展

軟起動(dòng)行業(yè)在20世紀(jì)90年代進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)，1993年我國(guó)電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)裝機(jī)市場(chǎng)容量不足1億元，2000年后開(kāi)始迅速發(fā)展， 2009年高、中、低壓軟起動(dòng)器總體市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)到18.6億元人民幣左右。到2011年，僅中國(guó)高壓大功率軟起動(dòng)行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模就為39.37億元。目前，軟起動(dòng)產(chǎn)品應(yīng)用涉及到我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)多個(gè)領(lǐng)域，屬于基礎(chǔ)行業(yè)，行業(yè)的市場(chǎng)發(fā)展不可避免受到上下游各領(lǐng)域的影響。軟起動(dòng)產(chǎn)品主要應(yīng)用于電力、冶金、建材、機(jī)床、石化和化工、煤炭等主要行業(yè)，這些行業(yè)的市場(chǎng)容量占整個(gè)中國(guó)軟起動(dòng)市場(chǎng)的61%左右。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，晶閘管在技術(shù)、價(jià)格和可靠性3個(gè)方面都得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步，目前世界先進(jìn)技術(shù)國(guó)家晶閘管已做到6inch（Φ150mm）/4600A/8500V的水平，價(jià)格也大大降低，特別是可靠性已經(jīng)很成熟，這就為軟起動(dòng)器的問(wèn)世打下了基礎(chǔ)。在這個(gè)背景下，各國(guó)均紛紛研制出自己的軟起動(dòng)器系列產(chǎn)品，如美國(guó)的AB公司生產(chǎn)的3～2000kW的交流調(diào)壓式電力電子軟起動(dòng)器，英國(guó)的CT公司，法國(guó)的TE公司、施耐德公司，德國(guó)的AEG公司及西門(mén)子公司，瑞典的ABB公司等，并且在工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。因此，可以說(shuō)晶閘管軟起動(dòng)器的出現(xiàn)是當(dāng)今電力電子器件制造技術(shù)長(zhǎng)足發(fā)展的結(jié)果。

從市場(chǎng)份額看，中國(guó)軟起動(dòng)市場(chǎng)雖然仍然是國(guó)外品牌比較有優(yōu)勢(shì)，高端產(chǎn)品前幾位仍然被西門(mén)子、ABB的外資企業(yè)占據(jù)，但是國(guó)內(nèi)企業(yè)也表現(xiàn)出強(qiáng)勁的增長(zhǎng)勢(shì)頭。2009年的時(shí)候，軟起動(dòng)市場(chǎng)相對(duì)集中，外資企業(yè)品牌數(shù)少、占有率高，但是到目前電子軟起動(dòng)器國(guó)內(nèi)的生產(chǎn)廠家很多，在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中已經(jīng)形成各具產(chǎn)品特色的了著名企業(yè)。從應(yīng)用行業(yè)上看，大禹的產(chǎn)品在鋼鐵行業(yè)具有優(yōu)勢(shì)，追日的產(chǎn)品在市政領(lǐng)域有優(yōu)勢(shì)，在礦山機(jī)械應(yīng)用中形成優(yōu)勢(shì)，品牌效應(yīng)鮮明，各占據(jù)一定的市場(chǎng)份額。從技術(shù)上看，2012年大力研制出4萬(wàn)kW大功率變頻軟起動(dòng)器，成功替換原西門(mén)子的同步變頻軟起動(dòng)裝置，有力推動(dòng)了中國(guó)軟起動(dòng)領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展。

雖然軟起動(dòng)行業(yè)以其成本較低、使用方便等優(yōu)勢(shì)，在中國(guó)已經(jīng)打開(kāi)了廣闊的市場(chǎng)。但是隨著我國(guó)電力的快速發(fā)展以及智能電網(wǎng)的全滿(mǎn)實(shí)施，行業(yè)面臨著新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，優(yōu)勝劣汰、資源重組的局面正在形成。軟起動(dòng)器主要解決電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)的沖擊和起動(dòng)后旁路接觸器工作的問(wèn)題，對(duì)電機(jī)有較好的保護(hù)作用，但節(jié)能效果不是特別明顯。隨著中國(guó)變頻器產(chǎn)業(yè)的崛起，變頻器的整體價(jià)格正在大幅下降。近幾年來(lái)，變頻器已經(jīng)逐漸威脅到軟起動(dòng)器的市場(chǎng)首選地位?，F(xiàn)在，我國(guó)變頻器的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程正在快速崛起，質(zhì)量穩(wěn)定性進(jìn)步很快，加上服務(wù)和成本上的優(yōu)勢(shì)，變頻調(diào)速的性?xún)r(jià)比高，質(zhì)量和價(jià)格的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)越來(lái)越明顯，軟起動(dòng)器面臨的替代壓力越來(lái)越大，科技進(jìn)步帶來(lái)的產(chǎn)品更新?lián)Q代將會(huì)是一個(gè)趨勢(shì)。同時(shí)，軟起動(dòng)行業(yè)中價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)的局面還在不斷延續(xù)，地區(qū)產(chǎn)業(yè)趨同化現(xiàn)象嚴(yán)重，產(chǎn)品生產(chǎn)出現(xiàn)過(guò)剩，能源、原材料利用率降低，經(jīng)濟(jì)效益越來(lái)越不明顯，導(dǎo)致大部分企業(yè)缺乏足夠的行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。因此，企業(yè)如何對(duì)自身發(fā)展目標(biāo)作正確定位，行業(yè)中大部分條件一般的企業(yè)如何重點(diǎn)考慮產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整與資產(chǎn)重組都成為越來(lái)越急迫的問(wèn)題。

在“十二五”的大形勢(shì)下，企業(yè)必須對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整、對(duì)科技研發(fā)工作加大投入，在高壓軟起動(dòng)新技術(shù)、新產(chǎn)品不斷發(fā)展以及智能電網(wǎng)發(fā)展和安全用電日益重視大背景下，高壓大功率軟起動(dòng)器的研發(fā)和制造將成為軟起動(dòng)行業(yè)發(fā)展的必然方向。我國(guó)高壓大功率行業(yè)只有不斷加大科研與新產(chǎn)品研發(fā)投入，不斷加大基礎(chǔ)共性技術(shù)研究，快速提高企業(yè)自主創(chuàng)新能力，才能保證軟起動(dòng)行業(yè)可持續(xù)發(fā)展，提高軟起動(dòng)行業(yè)市場(chǎng)核心競(jìng)爭(zhēng)能力。

三、軟起動(dòng)聯(lián)盟應(yīng)運(yùn)而生

在上述形勢(shì)的推動(dòng)下，為了解決提高產(chǎn)業(yè)發(fā)展集中度、突出產(chǎn)業(yè)規(guī)模優(yōu)勢(shì)、提高軟起行業(yè)創(chuàng)新力和競(jìng)爭(zhēng)力、制定統(tǒng)一軟起標(biāo)準(zhǔn)、促進(jìn)軟起行業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展、引導(dǎo)軟起動(dòng)行業(yè)有序競(jìng)爭(zhēng)、引領(lǐng)軟起動(dòng)行業(yè)向節(jié)能化、智能化、系統(tǒng)化方向發(fā)展等問(wèn)題，急需要一個(gè)行業(yè)組織來(lái)完成這項(xiàng)行業(yè)整合、引領(lǐng)工作，“中國(guó)電器工業(yè)軟起動(dòng)設(shè)備技術(shù)聯(lián)盟”應(yīng)運(yùn)而生。

2012年3月29日，由中國(guó)電器工業(yè)協(xié)會(huì)牽頭組織、依托湖北產(chǎn)業(yè)集群和全國(guó)多家企事業(yè)單位、大學(xué)、科研院所共同成立了“中國(guó)電器工業(yè)軟起動(dòng)設(shè)備技術(shù)聯(lián)盟”（以下簡(jiǎn)稱(chēng)軟起動(dòng)聯(lián)盟）。截止2014年，軟起動(dòng)聯(lián)盟已經(jīng)成立兩年有余，作為電工電子學(xué)領(lǐng)域一個(gè)新的行業(yè)組織，軟起動(dòng)聯(lián)盟深入學(xué)習(xí)貫徹國(guó)家決策部署，認(rèn)真貫徹落實(shí)《工業(yè)節(jié)能“十二五”規(guī)劃》中，發(fā)展“ 重點(diǎn)節(jié)能工程（三）電機(jī)節(jié)能改造工程”精神，以國(guó)家加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)為契機(jī)，不斷加強(qiáng)服務(wù)意識(shí)，貫徹落實(shí)相關(guān)政策、措施，為政府做好支撐；不斷拓展工作領(lǐng)域、調(diào)整軟起動(dòng)聯(lián)盟發(fā)展方式方法，為行業(yè)做好服務(wù)；不斷順應(yīng)市場(chǎng)需求和變化，注重技術(shù)研討和交流，為行業(yè)技術(shù)發(fā)展做好引領(lǐng)。在理事單位、會(huì)員單位的共同努力下，各項(xiàng)工作逐步開(kāi)展、有序拓展，深入發(fā)展，為軟起動(dòng)在各個(gè)行業(yè)的應(yīng)用和發(fā)展，特別是對(duì)我國(guó)節(jié)能減排方面工作做出積極貢獻(xiàn)。

現(xiàn)在，軟起動(dòng)聯(lián)盟以標(biāo)準(zhǔn)為主體，以科研、信息為輔助，探索形成“一體兩翼”的發(fā)展模式。目前軟起動(dòng)行業(yè)正在制定“電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)裝置術(shù)語(yǔ)”、“電動(dòng)機(jī)軟起動(dòng)裝置型號(hào)編制方法”、“大型電動(dòng)機(jī)同步軟起動(dòng)裝置”等7項(xiàng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)為了規(guī)范行業(yè)的發(fā)展，軟起動(dòng)聯(lián)盟組織行業(yè)制定了聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)的管理辦法，探索聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)的制定工作。

在標(biāo)準(zhǔn)研制的基礎(chǔ)上，軟起動(dòng)聯(lián)盟與龍頭企業(yè)開(kāi)展了題目為“電機(jī)軟起動(dòng)設(shè)備及系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究”的科學(xué)研究工作，初步確立了行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)發(fā)展規(guī)劃。為了加快信息的流通速度、加大行業(yè)的緊密度，軟起動(dòng)聯(lián)盟建立了“中國(guó)軟起動(dòng)聯(lián)盟網(wǎng)”，并出版了行業(yè)內(nèi)部雜志《中國(guó)軟起動(dòng)》。同時(shí)開(kāi)展行業(yè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)工作，力爭(zhēng)為行業(yè)的良性競(jìng)爭(zhēng)和行業(yè)發(fā)展提供客觀、科學(xué)的支撐。

在“一體兩翼”發(fā)展的同時(shí)，軟起動(dòng)聯(lián)盟非常注重與政府、行業(yè)的溝通和交流，2013年參與了中國(guó)機(jī)械工業(yè)聯(lián)合會(huì)主辦的《裝備制造業(yè)節(jié)能減排技術(shù)手冊(cè)》的編制，將軟起動(dòng)技術(shù)成功納入第二篇第三章中。2014年參與了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)“質(zhì)檢公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)化項(xiàng)目規(guī)劃制造業(yè)和戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域”編制工作，力爭(zhēng)把軟起動(dòng)行業(yè)推到更大的舞臺(tái)。成立兩年多，軟起動(dòng)聯(lián)盟秘書(shū)處組織行業(yè)專(zhuān)家走訪了10家軟起動(dòng)龍頭企業(yè)，深入、充分地了解軟起動(dòng)面臨的發(fā)展局面，為企業(yè)的發(fā)展出謀劃策。

軟起動(dòng)聯(lián)盟自成立以來(lái)，取得了一定的成績(jī)，也走了一些彎路。但是，在探索中，可以清晰地看到行業(yè)發(fā)展方向和聯(lián)盟的發(fā)展希望，軟起動(dòng)聯(lián)盟將在緊貼市場(chǎng)需求、引領(lǐng)行業(yè)科學(xué)發(fā)展的原則下推動(dòng)軟起動(dòng)行業(yè)發(fā)展。