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引领电动机软起动行业科学发展初探

文章来源:中国电器工业协会 作者:【未知】 点击:次 时间:2015/3/3 9:25:36 转载:

软起动是一个新兴的、多学科相互交叉的高科技产业,是制约新兴工业发展水平的基础装备之一,通过应用电力电子技术、微电子技术、信息技术、电机变压器技术、电力自动化技术以及它们的集成解决电机起动中的电网、电机和机械负荷问题。所涉及的工业控制设备、节能设备、机床电气设备、传感仪表等60多种产品广泛应用于冶金、化工、机械、建材、煤炭等各个领域。工业生产的高度规模化、电力系统高度网路化,推动了软起动技术的发展,软起动技术可以解决工业生产高度规模化所面临的保护电网、电机安全起动运转、拖动负载机械等一系列问题,有效促进装备制造业的蓬勃发展,对推动节能减排工作做出重要贡献。

一、电机软起动技术概述

软起动器是一种集电机软起动、软停车、多种保护功能于一体的新颖电机控制装置,国外称为Soft Starter。

它的主要构成是串接于电源与被控电机之间的三相反并联晶闸管及其电子控制电路。运用不同的方法,控制三相反并联晶闸管的导通角,使被控电机的输入电压按不同的要求而变化,就可实现不同的功能。电动机软起动器已有30年历史,1992年西安西普电力电子有限公司首先研制出工业化的交流晶闸管电动机起动器产品,并以“电动机软起动器”这一名词予以推广。机械行业标准JB/T 10251《交流电动机电力电子软起动装置》也对晶闸管电动机软起动器做了明确定义,定义为“交流电动机电力电子软起动装置”(AC Power& Electronic Motor Softer引领电动机软起动行业科学发展初探Starters),现在市场上广为流传的“电动机软起动器”一词由此得来。国际电工委员会在1955年对晶闸管电动机软起动器制定了相关标准IEC 947-4-2,标准中将其名称统一为“交流半导体电动机控制和起动器”(AC Semi-conductormotor controllers and starters), 中国标准GB 14048.6-2008《低压开关设备和控制设备 第4-2部分:接触器和电动机起动器 交流半导体电动机控制器和起动器(含软起动器)》采用了IEC标准,对于软起动的定义是:“串接于电源与被控电机之间的三相反并联晶闸管及其电子控制电路,运用不同的方法,控制三相反并联闸管的导通角,使被控电机的输入电压按不同的要求而变化,从而实现电机平滑起动。”采用这类技术形成的控制装置通称为低压电子固态软起动器。目前,我国正在制定“电动机软起动装置术语”(20130654-T-604),将对软起动器有一个更加全面的定义。

按照常规的技术分类方法,可以将软起动技术从低端通用技术到高端技术分为降压软起动、降补软起动和变频软起动。软起动器在理论上可以做到无限大容量,因此,低压软起动器产品容量一般取决于交流低压电动机的制造水平,通常可以做到800kW/380V。高压(3300V以上)范围内,目前能够做到的最高电压等级为20kV,最多容量为300MW。在可靠性方面,由于大功率半导体制造和晶闸管并联技术已相当成熟,因此在低压领域软起动器的可靠性已相当高。在高压和超高压领域,由于晶闸管串联技术的复杂性,可靠性略低。

目前,大型电动机的广泛应用及技术的进步有力推动着产业的发展。从总的发展趋势来看,容量越来越大,国内已经从5000kW陆续解决到了40000kW电动机起动的问题;性能越来越好,如起动电流,串联电抗器可以做到3pu,热变电阻可以做到2.5pu,降补装置可以做到1.5pu。但是,从总体上看,我国有效解决问题的技术手段还相对单薄,只有各种降压起动技术,其技术含量偏低,技术性能也不高,相对较高技术含量的降补软起动技术目前只掌握在个别企业手里,高端变频软起动技术基本掌握在国外大企业手中。我国高端产品的研发与生产能力严重不足,尤其是高压大容量的变频软起动技术,基本还被国外公司垄断。虽然部分软起动的龙头企业在努力推进高压大容量电动机变频软起动技术的研发与产品开发,积极参与市场竞争,但是从研发、运行到使用、成规模生产,还需要相当长的时间。所以,我国目前的软起动技术水平与国外先进技术之间还有很大差距,行业的研发能力与市场需求之间也存在巨大的差距。

二、软起动行业发展

软起动行业在20世纪90年代进入中国市场,1993年我国电动机软起动装机市场容量不足1亿元,2000年后开始迅速发展, 2009年高、中、低压软起动器总体市场规模已达到18.6亿元人民币左右。到2011年,仅中国高压大功率软起动行业市场规模就为39.37亿元。目前,软起动产品应用涉及到我国国民经济多个领域,属于基础行业,行业的市场发展不可避免受到上下游各领域的影响。软起动产品主要应用于电力、冶金、建材、机床、石化和化工、煤炭等主要行业,这些行业的市场容量占整个中国软起动市场的61%左右。经过几十年的发展,晶闸管在技术、价格和可靠性3个方面都得到了长足的进步,目前世界先进技术国家晶闸管已做到6inch(Φ150mm)/4600A/8500V的水平,价格也大大降低,特别是可靠性已经很成熟,这就为软起动器的问世打下了基础。在这个背景下,各国均纷纷研制出自己的软起动器系列产品,如美国的AB公司生产的3~2000kW的交流调压式电力电子软起动器,英国的CT公司,法国的TE公司、施耐德公司,德国的AEG公司及西门子公司,瑞典的ABB公司等,并且在工业应用领域得到广泛的应用。因此,可以说晶闸管软起动器的出现是当今电力电子器件制造技术长足发展的结果。

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