引领电动机软起动行业科学发展初探

／机械工业北京电工技术经济研究所 徐元凤／

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 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-conductor motor 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。

从市场份额看，中国软起动市场虽然仍然是国外品牌比较有优势，高端产品前几位仍然被西门子、ABB的外资企业占据，但是国内企业也表现出强劲的增长势头。2009年的时候，软起动市场相对集中，外资企业品牌数少、占有率高，但是到目前电子软起动器国内的生产厂家很多，在激烈的市场竞争中已经形成各具产品特色的了著名企业。从应用行业上看，大禹的产品在钢铁行业具有优势，追日的产品在市政领域有优势，在矿山机械应用中形成优势，品牌效应鲜明，各占据一定的市场份额。从技术上看，2012年大力研制出4万kW大功率变频软起动器，成功替换原西门子的同步变频软起动装置，有力推动了中国软起动领域的技术发展。

虽然软起动行业以其成本较低、使用方便等优势，在中国已经打开了广阔的市场。但是随着我国电力的快速发展以及智能电网的全满实施，行业面临着新的机遇与挑战，优胜劣汰、资源重组的局面正在形成。软起动器主要解决电动机起动时对电网的冲击和起动后旁路接触器工作的问题，对电机有较好的保护作用，但节能效果不是特别明显。随着中国变频器产业的崛起，变频器的整体价格正在大幅下降。近几年来，变频器已经逐渐威胁到软起动器的市场首选地位。现在，我国变频器的国产化进程正在快速崛起，质量稳定性进步很快，加上服务和成本上的优势，变频调速的性价比高，质量和价格的竞争优势越来越明显，软起动器面临的替代压力越来越大，科技进步带来的产品更新换代将会是一个趋势。同时，软起动行业中价格竞争的局面还在不断延续，地区产业趋同化现象严重，产品生产出现过剩，能源、原材料利用率降低，经济效益越来越不明显，导致大部分企业缺乏足够的行业竞争力。因此，企业如何对自身发展目标作正确定位，行业中大部分条件一般的企业如何重点考虑产业结构调整与资产重组都成为越来越急迫的问题。

在“十二五”的大形势下，企业必须对产品结构进行调整、对科技研发工作加大投入，在高压软起动新技术、新产品不断发展以及智能电网发展和安全用电日益重视大背景下，高压大功率软起动器的研发和制造将成为软起动行业发展的必然方向。我国高压大功率行业只有不断加大科研与新产品研发投入，不断加大基础共性技术研究，快速提高企业自主创新能力，才能保证软起动行业可持续发展，提高软起动行业市场核心竞争能力。

三、软起动联盟应运而生

在上述形势的推动下，为了解决提高产业发展集中度、突出产业规模优势、提高软起行业创新力和竞争力、制定统一软起标准、促进软起行业协调发展、引导软起动行业有序竞争、引领软起动行业向节能化、智能化、系统化方向发展等问题，急需要一个行业组织来完成这项行业整合、引领工作，“中国电器工业软起动设备技术联盟”应运而生。

2012年3月29日，由中国电器工业协会牵头组织、依托湖北产业集群和全国多家企事业单位、大学、科研院所共同成立了“中国电器工业软起动设备技术联盟”（以下简称软起动联盟）。截止2014年，软起动联盟已经成立两年有余，作为电工电子学领域一个新的行业组织，软起动联盟深入学习贯彻国家决策部署，认真贯彻落实《工业节能“十二五”规划》中，发展“ 重点节能工程（三）电机节能改造工程”精神，以国家加快培育和发展战略性新兴产业为契机，不断加强服务意识，贯彻落实相关政策、措施，为政府做好支撑；不断拓展工作领域、调整软起动联盟发展方式方法，为行业做好服务；不断顺应市场需求和变化，注重技术研讨和交流，为行业技术发展做好引领。在理事单位、会员单位的共同努力下，各项工作逐步开展、有序拓展，深入发展，为软起动在各个行业的应用和发展，特别是对我国节能减排方面工作做出积极贡献。

现在，软起动联盟以标准为主体，以科研、信息为辅助，探索形成“一体两翼”的发展模式。目前软起动行业正在制定“电动机软起动装置术语”、“电动机软起动装置型号编制方法”、“大型电动机同步软起动装置”等7项国家标准，同时为了规范行业的发展，软起动联盟组织行业制定了联盟标准的管理办法，探索联盟标准的制定工作。

在标准研制的基础上，软起动联盟与龙头企业开展了题目为“电机软起动设备及系统关键技术标准研究”的科学研究工作，初步确立了行业的标准、技术发展规划。为了加快信息的流通速度、加大行业的紧密度，软起动联盟建立了“中国软起动联盟网”，并出版了行业内部杂志《中国软起动》。同时开展行业数据统计工作，力争为行业的良性竞争和行业发展提供客观、科学的支撑。

在“一体两翼”发展的同时，软起动联盟非常注重与政府、行业的沟通和交流，2013年参与了中国机械工业联合会主办的《装备制造业节能减排技术手册》的编制，将软起动技术成功纳入第二篇第三章中。2014年参与了国家标准化管理委员会“质检公益性行业科研专项标准化项目规划制造业和战略性新兴产业领域”编制工作，力争把软起动行业推到更大的舞台。成立两年多，软起动联盟秘书处组织行业专家走访了10家软起动龙头企业，深入、充分地了解软起动面临的发展局面，为企业的发展出谋划策。

软起动联盟自成立以来，取得了一定的成绩，也走了一些弯路。但是，在探索中，可以清晰地看到行业发展方向和联盟的发展希望，软起动联盟将在紧贴市场需求、引领行业科学发展的原则下推动软起动行业发展。