前言： 高壓軟起動市場很大，競爭也非常激烈。由于國外品牌價格昂貴，很難在中國市場上分得一杯羹，所以國產品牌占據了幾乎整個國內市場，同時，這也給國內生產液態(tài)、固態(tài)軟起動器的廠家?guī)砹撕艽蟮臋C遇和挑戰(zhàn)。由于液態(tài)、固態(tài)高壓軟起產品原理不同，技術特點和性能不在同一個水平上，市場占有率和拓展前景也存在很大差異。無庸諱言，目前國產高壓液態(tài)軟起動產品占據國內大部分市場份額是不爭的事實，但是高壓固態(tài)軟起動產品以其更加優(yōu)越和穩(wěn)定的性能越來越得到用戶的認可，因此，廠家們的技術和價格之爭也越演愈烈，更促成了高壓軟起產業(yè)突飛猛進的發(fā)展。為了解業(yè)界的發(fā)展現(xiàn)狀，我們仔細聆聽了圈子里有代表性的這幾大家的聲音。 [B]1、能否談談高壓電機軟起動在整個軟起動行業(yè)中市場份額的估計？ 曹福東：[/B] 隨著我國國民經濟的發(fā)展，中國的電機行業(yè)發(fā)展非常迅速。2005年行業(yè)總產值為1424.8億元較去年增長43.4％，產品銷售收入1356.8億元較去年增長44.6％。利潤總額73.54億元較去年增長49.8％，各類電機產品增長迅速，其中交流電動機產量為129348兆瓦，較上年增長13.5％，2006年我國電機行業(yè)仍將維持高速增長勢頭，行業(yè)銷售收入與利潤增速仍將維持在45％左右。 [ALIGN=CENTER] 和平電氣有限公司總工程師 曹福東[/ALIGN] 隨著我國國民經濟的發(fā)展及各行業(yè)規(guī)模經濟的形成，電機行業(yè)的產品結構調整、技術更新及行業(yè)重組趨勢將更加明顯，就交流電動機領域而言，其發(fā)展趨勢是大中型電機比例日趨擴大，而大中型電動機中，6KV、10KV電動機的應用比例日趨擴大，由于采用6KV、10KV的高壓電機可減少降壓變壓器及其保護設備的設入，減少輸電線路及電機設備的導線截面，使社會資源得到更合理的利用，提高設備效率降低設備損耗。因此采用高壓電機得到國家的支持。可以預言高壓電機的應用還將呈現(xiàn)增長勢頭，高壓電機應用比例呈增長勢頭，與其配套的高壓軟起動裝置也必將迅速發(fā)展，我估計就控制容量而言，高壓電機軟起動裝置在整個行業(yè)可占30％的份額，將來有可能達到50％。 秦明軍： 2004年，追日電氣聘請專業(yè)研究機構作了一個市場調查，在高壓電機軟起動領域，目前國內每年的市場容量大約為20億元。 [align=center] 上海追日電氣有限公司企劃總監(jiān) 秦明軍[/align] 孫向瑞： 高壓電機軟起動在整個軟起動行業(yè)中市場的份額我們沒有做過詳盡的調查，當然就沒有令人信服的發(fā)言權，但據我們多年來的行業(yè)經驗，保守的估計會有60%～70%的市場份額。 [align=center] 哈爾濱帕特爾科技有限公司技術部經理 孫向瑞[/align] 2、超高容量會引起哪些挑戰(zhàn)？各類高壓軟起動產品如何應對這些挑戰(zhàn)以擴展自己的容量極限？ 高越農： 這里首先有一個調查問題，大致弄清國內高壓電機的容量分布，比方說，五千千瓦、一萬千瓦和兩萬千瓦以上的電機的大約數(shù)量，其次，有一個定義問題：究竟多大容量的電機叫做‘超高容量‘電動機。我主張以容量一萬千瓦以上作為劃界標準。 各類高壓軟起動產品首先要做好的是扎扎實實的基礎性的工作，做好自己的品牌。品牌做好了，超高容量的挑戰(zhàn)是不難戰(zhàn)勝的。按照我的看法，只要認真，液態(tài)電阻、熱變電阻、開關變壓器、磁控軟起動和SCR軟起動廠家都能夠勝任超高容量電機軟起動。不存在“誰是重量級拳擊手，誰是輕量級拳擊手”的問題。超高容量就是超大電流，選盡可能大容量的器件，解決好并聯(lián)均流問題，超高容量的堡壘就攻破了。 [align=center] 天津市先導倍爾電氣有限公司總工程師 高越農[/align] “超高容量”必增大電磁干擾，按目前微電子技術的抗擾能力估計，“超高容量”不會帶來新的麻煩。“擴展容量極限”首先是電機制造業(yè)的任務，只要電機制造廠做得出來，就沒有相應產品軟起動產品制造廠造不出來的道理。由于工作原理的不同，各不同種類軟起動產品制造廠為此要付出的代價當然也不相同。 “超高容量”會使磁控軟起動中的飽和電抗器的制作（交流繞組繞制）和運輸產生一定的困難，所以，磁控軟起動對于“超高容量”采取飽和電抗器并聯(lián)的對策，并輔以一定的均流措施。按照本公司的實際業(yè)績，在 電機磁控軟起動裝置里，飽和電抗器和直流勵磁整流橋中的SCR均沒有采用并聯(lián)。 曹福東： 目前我國生產的高壓軟起動裝置電壓多為6KV和10KV，國外稱為中壓軟起動裝置，電壓有2.3KV、3.3KV、4.16KV、6KV、6.9KV、10KV、11KV、13.8KV，從控制方式而言有液態(tài)、磁控、開關變壓器及晶閘管控制四種，液態(tài)控制方式是通過調整極板間距或通過離子導電的負溫度系數(shù)來控制起動電流，存在控制性能低下、體積龐大，并存在安全隱患等至命弱點，在要求較高場合就較難推廣應用，其最大特點就是價格低廉，目前也有一定市場。對于超大容量的電機的控制就只能增加液體的熱容量，也就是增大液槽的容積來降低起動時的溫升，充許再次起動時間就會拖得很長。 磁控軟起動裝置是利用鐵芯的飽和特性通過直流激磁來改變電抗的大小從而控制起動電流，開關變壓器的方式是將高壓側的小電流變成低壓的大電流，通過控制低壓的大電流來控制高壓側的小電流，這兩種辦法均可實現(xiàn)電機的軟起動控制，其缺點是設備裝機容量大，特別是超大容量的電機需要很大容量的電抗器和變壓器，而且控制功率也很大，這兩種方式回避了晶閘管直接控制中遇到的晶閘管串聯(lián)觸發(fā)控制的諸多技術難題。在高壓晶閘管串聯(lián)觸發(fā)技術、均壓均流技術未得到很好的解決前，這兩種方式不失為一個明智之舉。因此目前也有一定的市場，由于二者均采用磁的辦法進行控制，其時間常數(shù)大、控制性能遠不如晶閘管直接控制方案。 高壓固態(tài)電機軟起動裝置與低壓晶閘管控制的軟起動器原理完全相同。只是由于電壓高需要多個晶閘管串聯(lián)，目前隨著晶閘管制造技術的改進和提高，一致性很好的大容量晶閘管制造技術已十分成熟，目前國外已有可重復峰值電壓達8KV的晶閘管，電流可達5000A，高電壓大容量雙向晶閘管電壓達6.5KV，電流達1600A也可大量供貨。且質量穩(wěn)定可靠。隨著我們控制技術的發(fā)展，多個晶閘管串聯(lián)的同期觸發(fā)技術、均壓均流技術已不是不可逾越的障礙，以上這些均為生產開發(fā)超大容量的高壓固態(tài)軟起動裝置提供堅實的物質基礎和技術支持。對于超大容量的挑戰(zhàn)，高壓固態(tài)軟起動裝置會比其它的各種方式更加從容面對。我公司已開始制造的10KV　20000KW軟起動裝置和13.8KV 28000KW的軟起動裝置相信不久將問世。 還有一個要說明的問題是以上幾種方案均屬于降壓型軟起動方案，這種降壓型軟起動方案存在一個致命弱點就是起動轉矩低。由于電機電磁轉矩與電壓的平方成正比，想限制起動電流就要降低電機端壓，電機端壓下降電機轉矩就會成平方的下降，因此對于超大慣量的負載，要求大起動轉矩的負載，調壓型軟起動器將不能勝任。而變頻軟起方案可很好的解決這個問題。目前西門子公司已放棄高壓調壓型軟起方案生產制造超大功率的變頻軟起裝置，本公司也有這方面考慮。 秦明軍： 對于固態(tài)軟起動來說，在超高容量條件下，主要就是器件面臨更大的挑戰(zhàn)，由于所使用的是電力電子器件，在高壓條件下的耐受力就受到挑戰(zhàn)，這是做固態(tài)軟起動所要解決的主要問題；對我們這樣的液態(tài)軟起動，主要問題是產品的體積問題，功率越高，所要求的液體就越多，體積就越大。 孫向瑞： 高壓軟起動裝置概念的定義一直很模糊，以至于今天軟起動市場上各種起動裝置都稱自己為軟起動裝置，曾有這樣的定義“對電動機定子施以標準電壓（電流）—時間特性，由某一基值電壓上升至額定電壓，同時電動機在控制（或限制）其力矩及沖擊條件下，由零速靜止平滑加速之額定轉速或從額定轉速緩慢停止的過程，而通常將實現(xiàn)上述功能的電力電子裝置稱之為軟起動器，而將軟起動器及其為運行而配置的其它多個低壓電器、測量、傳感、調節(jié)或多臺電機控制、起動的協(xié)調（PLC）部分等裝于一個有防護的外殼中，則稱之為電動機軟起動裝置（柜）”（原文引自天津天傳電子有限公司，《交流籠式電動機軟起動技術及應用手冊》），這是低壓軟起動的定義，我覺得中高壓的軟起動增加這樣一條更為貼切，電機端電壓、電流可以全范圍的調整。 基于以上的定義，綜觀國內、國際市場稱得上軟起動裝置的只有兩種， ⑴利用高壓變頻做軟起動裝置 ⑵晶閘管軟起動裝置｛ ①可控硅串聯(lián)軟起動裝置，俗稱固態(tài) ②開關變壓器式高壓電機軟起動裝置｝ 對于這兩種裝置超高容量需要應對的挑戰(zhàn)即為元器件耐壓與均壓及諧波產生的問題，但需特別強調的是開關變壓器式高壓電機軟起動裝置的晶閘管置于開關變壓器的低壓側，不需串聯(lián)且安全可靠，同時該裝置電壓綜合諧波畸變率為2.72%（國標4%）。 理論上講此兩種軟起動裝置均可將容量提至60000KW，但晶閘管串聯(lián)軟起動裝置（固態(tài)）受元件的制約目前還只能做到8000KW左右（國外設備）。 [B]3、怎樣估計高壓電機軟起動引起的諧波，貴公司如何抑制它？ 高越農：[/B] 首先，要弄清楚是什么產生了諧波，其次，諧波究竟有什么危害。 液阻軟起動除了電機回路通斷，在軟起動過程中不產生諧波，磁控軟起動因飽和電抗器飽和非線性產生諧波，SCR軟起動以及作為它權宜的變通形式的開關變壓器軟起動則是因SCR通、斷產生諧波。 人們常用電壓/電流諧波總畸變率來衡量諧波大小，但是，因為所在電網阻抗不同，同樣電流諧波引起的電壓諧波就不同（諧波電壓正比于諧波電流和電網阻抗的乘積），而且，在軟起動過程中，電流諧波總畸變率并不是不變化的，所以，在各類軟起動產品之間只有最大電流諧波總畸變率才具有可比性。 諧波電流就是流入電網電流除去正弦基波以外的部分。不改善流入電網的電流無以改善諧波，不證明流入電網電流確乎有所改善，無以證明諧波確有改善。諧波的危害可以分成兩類，一類是積累性的危害，老化、發(fā)熱等屬于此類，另一類是瞬時性的危害，如激起諧振，引起保護誤動，干擾通訊等。 因為軟起動裝置的工作時間比不工作時間短得多，所以，軟起動諧波引起的積累性的危害是可忽略的。因此，人們不必像看重調速用變頻器諧波那樣看重軟起動引起的諧波。所謂減少諧波的危害等等，在電機軟起動領域里主要都是針對瞬時性危害而言的。 作為磁控軟起動裝置的生產廠家，我們生產的產品從原理上消除了偶次諧波。計算表明，磁控軟起動飽和非線性引起的電流諧波比SCR軟起動中SCR通斷引起的電流諧波小。因為在已經投運的磁控軟起動裝置中，沒有發(fā)現(xiàn)諧波方面有任何值得注意的實際危害，本公司在近期內沒有進一步消除電機軟起動諧波的打算。 曹福東： 關于諧波的問題：應該說在上述四種國內軟起動裝置中，晶閘管直接控制方案產生的諧波最大，但這并不會影響這種控制方式的應用。為什么這么說呢，第一，高壓軟起動只是在起動過程的短時間產生諧波，全壓后就沒有了，與高壓變頻相比其諧波持續(xù)時間短，而且諧波量也小。其二，可采用吸收裝置，包括各種濾波器將其減少到充許范圍。其三，我們談的諧波干擾主要指的是對低壓側控制系統(tǒng)（如DCS系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)）的影響，高壓側的諧波對低壓側的影響十分有限。我公司為長江三峽溪洛渡水電站提供了7臺10KV、1600KW及900KW高壓軟起動裝置。均通過485接口Profibus協(xié)議與DCS控制系統(tǒng)聯(lián)接，在長達一年的使用中沒有出沒任何問題。 秦明軍： 我公司主要生產的是液態(tài)軟起動裝置，其特性屬于純電阻性的，起動過程也屬于線性變化過程，不象變頻器等主要是電力電子器件，因而不會產生諧波污染。 孫向瑞： 高壓電機軟起動引起的諧波是不好估計的，只能靠實際測量，我公司在安裝第一臺800kW起動裝置時，曾請黑龍江省電力科學研究院的專家到現(xiàn)場進行了測試。他們用PCA2002型電氣量采集分析裝置測得的結果是電網電壓總諧波畸變率為2.72%。上海海事大學的幾個人在文章中說：“但是存在電流諧波含量大的缺點，其諧波和晶閘管串聯(lián)高壓軟起動器一樣。” 沒有事實依據，不做深入分析，不知道他們是如何得出這個結論的？ 我們特別關注電網電壓總諧波畸變率主要是研究它是否會對同電網其它設備造成傷害。按國家標準，6kV和10kV電網的總諧波畸變率要在4%以內。但我們并不十分關注電流諧波，它對其它負荷的影響主要表現(xiàn)在它在電網阻抗上的壓降。對于同一臺電機，開關變壓器式和固態(tài)式所產生的諧波電流是基本上一樣的（二者的阻抗只相差變壓器漏抗），如果只按書本上的知識一定會得出在電網阻抗上產生的諧波電壓基本相等的結論，但在此時我們必需把一個真實的電網與電機起動回路聯(lián)系起來，這個真實的電網有它的對地電容、有無功補償電容、其它設備的對地電容，這所有電容之和與變壓器漏抗構成了對高次諧波的LC濾波電路。因此在電機電源母線上測得的電壓總諧波畸變率是已經經過一級濾波后的值，而固態(tài)式軟起動裝置無此濾波電路，二者在電源母線上的電壓諧波畸變率不可能一樣！ [B]4、高壓電機軟起動的特點以及貴公司怎樣定位自己的產品？ 高越農：[/B] 高壓磁控軟起動裝置是本公司率先在國內、外成功開發(fā)并于2002年上半年走向市場的非變頻軟起動產品。目前業(yè)績是120多臺，包括國外（印度、印尼、安哥拉）5臺。 它以大容量風機、泵類負載（的驅動電機）為自己的主要軟起動對象。特點是：固態(tài)、微電子、雙（負反饋）閉環(huán)。它已經做到：高度可靠（長期、四季）、基本免維護、低成本、不拘安裝地點；高度可靠源于飽和電抗器的干式自冷結構，SCR的不串/并，以及設計的相對保守；高度可靠的關鍵在于飽和電抗器的設計和制造工藝，從2004年以來本公司的飽和電抗器均由本公司自制，配備了成套的工藝、測試設備。 從原理上看，高壓磁控軟起動裝置和開關變壓器軟起動裝置都可以對于起始電流大小作選擇，本公司寧可將起調電流選擇得與軟起動恒流一樣大，而不去追求低起始電流，目的在于降低成本，減免維護。 本公司的產品是“量體裁衣”地制作出來的。能夠軟起動 電機的磁控軟起動器，未必能夠信手拿來作為 電機的軟起動器。不像SCR軟起動那樣可隨意降容使用，這使本公司產品在容量懸殊電機的“1拖多”上處于劣勢。個性化設計要求強有力的過程仿真作技術支持，本公司將在致力于數(shù)學模型研究的基礎上進一步完善現(xiàn)有的電機軟起動過程仿真軟件。 積4年的經驗，我公司高壓磁控軟起動的市場定位是：以長期可靠性為主的高性能和比國內所有固態(tài)軟起動產品都低的價位。相信磁控軟起動將在今后的競爭中因其高可靠性、較小諧波和合理價格繼續(xù)贏得和不斷擴大自己的市場。 曹福東： 高壓電機軟起動裝置與低壓電機軟起器的控制原理完全相同，要說特點就是電壓高，由于電壓高采用一對晶閘管正反并聯(lián)就不行了。目前國內外晶閘管最高可重復峰值電壓可做到8KV，大部分采用6.5KV晶閘管。對于10KV電機而言需要5對至6對串聯(lián)起來使用，如這幾對晶閘管能夠作到正向（或反向）同時導通同時關斷，而且均勻分擔電網的高壓，是不會有問題的。如果幾只晶閘管導通和關斷時間不一致或幾只晶閘管分擔的電壓差別較大，那么承受電壓高的晶閘管就有可能被擊穿損壞，甚至造成一串晶閘管都被擊穿的情況。因此解決同期觸發(fā)和均壓均流問題就成為避免擊穿的關健，這就是高壓固態(tài)軟起動裝置的技術難點。我們公司在這方面下了很大功夫，成功的突破了這一技術難題。解決這個問題以后，就是控制功能和保護功能的問題?？刂乒δ苁欠駨姶?、保護功能是否完善就標志著該軟起動裝置的先進程度。我們研究了國外著名品牌的中壓軟起動裝置，吸收消化其先進技術，最終選定國際最先進的以色列SOLCON公司的DN型中壓軟起動裝置為目標。結合中國國情，開發(fā)出了HPMV-DN型智能固態(tài)中壓電機軟起動裝置。 HPMV-DN型固態(tài)軟起動裝置采用了先進的光纖隔離的電子電壓變送器EVT，取代了傳統(tǒng)的變壓器式的電壓互感器，具有體積小、重量輕、無相移、抗干擾等諸多優(yōu)點，并且可對整個系統(tǒng)進行低壓測試，也就是系統(tǒng)在送高壓前先送380V低壓帶380V電機對整個控制系統(tǒng)、觸發(fā)系統(tǒng)、反饋系統(tǒng)進行測試。避免由于控制、觸發(fā)系統(tǒng)的問題造成晶閘管損壞，這個辦法是非常行之有效的。 HPMV-DN型中壓固態(tài)軟起動裝置，具備如下獨特功能，是其它品牌包括諸多進口品牌所不具備的功能。如：1.同一初始電壓下，可選六條起動、停止曲線：基本曲線、標準曲線、三條泵控制曲線、一條轉矩控制曲線，對各種不同負載特性選擇適當控制曲線可得到最佳起停效果。三條泵停止曲線和最終轉矩控制可有效克服“水錘效應”。2.具有雙重參數(shù)調整功能，適用于雙速電機的控制和電網供電及柴油發(fā)電機供電的場合，特別是對柴油發(fā)電機供電場合，具備一套特殊控制程序，可保證柴油發(fā)電機容量為電機視在功率的1.35倍時可正常起動，在電壓、電流頻率不穩(wěn)的情況下可正常起動。另外HPMV-DN裝置還具如下控制和保護功能：過載保護：對應于5倍額定電流的斷開時間從1秒到10秒可選擇；脈沖突跳功能：80％主電壓下，突跳時間0.1～2秒可選； 速度反饋控制功能：可接入速度反饋，獲得線性電機加減速（選件）； 完善的保護功能：有過壓、欠壓、多條過載保護曲線，并有欠流、斷相、相不平衡、相序、零序接地保護及晶閘管過溫、起動時間過長、起動時間間隔未到、晶閘管損壞或接線錯誤及電子保險（8.5倍電流一個周波斷開）等項保護功能，并有故障歷史記錄； 控制功能：設有本地、外控（外部干接點）、通迅（485接口、Modbus或Profibus協(xié)議）控制功能。 秦明軍： 高壓電機軟起動的共同特點一般都屬降壓起動。通過延長電動機的起動時間，來達到降低電動機的起動電流的目的。 我公司產品的定位就是：高度的可控制性和現(xiàn)場可調性，良好的性價比。 孫向瑞： 上面所談到的高壓電機軟起動的定義已經大體的概括出了高壓電機軟起動的特點，這里就不再贅述。 現(xiàn)簡要的說一下開關變壓器式高壓電機軟起動裝置的特點，該裝置是在可控硅串聯(lián)式高壓電機軟起動裝置的基礎上派生而來的，它利用開關變壓器的高壓繞組巧妙的避開了可控硅的高電壓環(huán)境，這也就解決了可控硅串連的高風險性，它的主要特點可概括如下： 開關變壓器式高壓電機軟起動裝置是利用開關變壓器（TK）的高壓繞組來代替可控硅串，而把可控硅放在開關變壓器的低壓側（如圖所示）這樣可控硅不用串聯(lián)，可靠性大大提高；且由于開關變壓器漏抗的濾波作用，加到電源上的諧波大大減少。其它方面：電壓電流可全范圍調節(jié)；可輸出任意波形；可構成閉環(huán)控制，時間常數(shù)小、反應迅速；電動機功率增加時只要增加功率器件的容量即可；開關變壓器工作于開關狀態(tài)，開通時只有銅損，隔斷時只有鐵損，起動過程中開關變壓器損耗很小，可連續(xù)起動；由于是純調壓軟起動，故一拖多時電動機的容量可以相差很遠。這一切使開關變壓器式高壓電動機軟起動裝置成為當前性/價比最高的高壓電動機軟起動裝置。 只要主電路功率元件的容量選擇合適，開關變壓器式高壓電機軟起動裝置可用來起動任意大容量的電動機。