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中国变频器产业的未来发展趋势
2006年4月7日 15:5  来源:工业自动华控制网  作者:吴加林
    本文阐述了目前变频器应用发展状况,对高压变频器的发展做了深入的探讨,分析了交流调速技术的发展现状以及存在的问题,对变频调速技术的发展趋势及今后几年变频器产品的国内外市场状况做了预测。 

    1  引言

     随着电力电子技术、计算机技术以及自动控制技术的迅速发展,电气传动技术正面临一场历史性的革命。经过了二十多年的发展,近代交流传动逐渐成为电气传动的主流。异步电动机调速系统中,效率最高、性能最好的是变频调速系统,因此,对变频调速的研究是当前电气传动研究中最活跃、最有实际应用价值的工作。变频器产业的潜力非常巨大,值得强调的是,这里的“变频器产业”应该是“变频器技术产业”,或者是inverter technology产业。正如IT产业不仅限于PC一样,变频器技术产业包括所有与变频器技术相关的产业,即电力电子器件的生产、驱动保护集成电路的生产、电气传动与系统控制技术、工业应用与其它。

     变频器的快速发展得益于电力电子技术、计算机技术和自动控制技术及电机控制理论的发展。当前竞争的焦点在于高压变频器的研究开发生产方面。

     变频器的发展水平是由电力电子技术、电机控制方式以及自动化控制水平三个方面决定的。在低压变频器领域,由于电力电子器件的耐压问题已解决,因此,形成了标准的电路拓朴结构,也不容易产生新的创新拓朴。也正因为功率开关器件的耐压满足不了中、高压变频器的需要,因此人们为了回避这个世界级的难题,创造了一些电路拓扑比如交交变频、单元串联多重化、三电平……如果器件的耐压能解决,则中、高压变频器不也就象低压变频器一样可以形成相同的统一的电路拓扑吗?所幸的是笔者发明的功率开关直接串联技术,彻底解决了功率开关器件的耐压问题,从而为人类对几千伏、几万伏、几十万伏的电压进行随心所欲的控制、管理开辟了一条新的道路。其中的应用之一就是使真正的直接高压变频器成为了现实。

     电机控制方式决定了变频器的性能水平和应用范围、效果。国产变频器都停留在V/F控制方式,决定了国产变频器只在中低端市场,特别是在风机、泵类的调速应用市场为主,难以和进口品牌匹敌。成都佳灵推出的直接速度控制方式(DSC),也许将彻底改变这一现象。信息技术的发展也带动了自动化技术的发展,DSP运算技术引入变频器中,使复杂的实时运算,有了实现的手段,组成成套系统,变得轻松自如。

     人类对未知世界的不断探索,以及对地球可持续发展的忧虑,是变频器发展的强大动力。由于中国经济的蓬勃发展,改革开放已发展到只有靠降低能耗、提高质量,特别是用现代电子技术改造传统产业,从而使中国利用巨大的存量资产,低成本、快速地实现现代化成为迫切任务。现代电子技术有两大基石,一为信息处理技术,相当于人的大脑;另一为执行技术,相当于人的四肢。而变频器作为执行技术的主力军,当然会形成巨大的商机。这样将大大促进我国电力电子技术的发展,特别是变频技术的发展。

    2  交流调速技术的发展现状以及存在的问题

     近年来,交流调速在国内外发展十分迅速,打破了过去直流拖动在调速领域中的统治地位,交流调速拖动已进入了与直流拖动相媲美、相竞争、相抗衡的时代,并有取代的趋势,这是现代电力拖动发展的主要特征。

    电机及电气传动技术在国际上已形成相当规模的应用产业,变频器产业的发展,首先需要得到国家宏观政策的支持,其次作为生产厂家必须提高内功,需要提高变频器相关理论的研究工作,产品的设计和制造有关的技术,以及与产品应用有关的各种技术。

     由于国产厂家制造变频器历史比较短,技术积累相对较少。国内自动化行业的部分人士对国产变频器缺乏信心。但是未来变频器的发展趋势一定是走国产化的路,就象国产彩电工业一样。提高国产产品的质量是亟待解决的首要问题,从目前国内的众多品牌来看,真正能给国外比如富士、三菱、西门子、ABB等带来冲击的为数不多。经过几年的竞争,国内已有几个品牌(比如佳灵)技术应该是比较成熟的,它们已能挑战国外的品牌,而且这支队伍还在不断扩大。因为在竞争中,国内无论是技术和销售体系会有一个质的突变的。但目前通用变频器市场上竞争往往停留在价格上的拼杀。当今家电行业及开关电源行业的发展历程告诉我们只要坚持不懈地努力,就可以实现变频器行业国产化产品的辉煌。

    外国月亮比中国圆的时代必将结束,中华民族过去的四大发明对世界的进步产生了巨大影响,在中华民族的伟大复兴时代,必将有一大批新的重大发明推动世界的进步。大功率高速开关器件串联这一世界难题的解决,实现了用低压器件对高压电能变换的控制,使人类从此可以对几千伏、几万伏、几十万伏的高压电能运用电子技术进行任意控制,如变频、直流输电、城市电网稳压、无功补偿、有源滤波、大功率驱动、蓄能电站控制等,必将提高到一个崭新的水平,使电子技术的二次革命得以最后完成。而直接速度控制理论(DSC)的诞生,则标志着中国在电机控制技术方面不仅超越了自我,也超越了国外同行。佳灵人用自己的行动在履行着自己的使命:致力科技、造福人类。

    3  目前高压大容量电气传动的研发状况

     电力电子器件技术的不断发展,使得耐高压、大电流的新型电力电子器件已经应用于电气传动系统。佳灵IGBT直接串联高压变频器正成为未来的技术主流。

     高压大功率变频器因其在电磁兼容、电磁辐射、串联技术等方面问题有很大的技术难度,成为世界各大电气公司竞争的热点。目前国外高压大功率变频技术产品主要有采用“高-低-高”技术方式和附加输入输出变频器的德国SIEMENS公司的SIMOVERTMV系列产品,采用电流源型方式的美国AB公司的Bulletin 1557和Power Flex 7000系列产品,采用多重化方式的美国ROBICON公司的系列产品,这些技术致使其元器件数量多,结构复杂,体积大,可靠性和效率降低。佳灵IGBT直接串联高压变频器由四大核心技术组成,即功率模块的直接串联技术,抗共模电压技术、正弦波技术以及DSC(直接速度控制)技术。IGBT直接高压变频器完全舍弃了输入输出变压器,使得IGBT直接串联高压变频器成为目前世界上体积与占地面积最小的产品,变频器效率高达98%以上。成都佳灵电气制造有限公司的IGBT直接串联高压变频器利用功率开关串联专利技术,解决了IGBT直接串联的世界难题,由于其技术上的突破,使其内部电子器件数目减少到了目前变频器的最低值,增加了变频器的可靠性,可谓愈简单愈可靠,谐波含量完全满足IEEE519-1992国际标准。佳灵公司是目前唯一拥有真正直接高压大功率变频技术的世界首家企业,该项目已被列入国家重点技术创新项目。

     目前国内诸多变频器生产厂家都在高压变频器领域投入大量的人力与物力,力求在目前变频器技术方面占领制高点,因为在变频器业界内存在着这样一种说法,谁拥有高压变频器技术方面的优势,谁就将在未来的变频器行业乃至工控领域占有一席之地。佳灵公司在技术变革与技术创新方面打破了原有的理性构想,推翻了先前的学术研究方面的禁区,对目前电工学的发展也会产生不同的影响。成都佳灵公司IGBT直接高压变频器的成功推出,标志着中国目前在高压变频器领域在技术上已经超越发达国家的实力。

     IGBT直接高压变频器这样的新技术在大学和重要的学术交流研讨会中产生轰动,从而获得了许多“第一”这样的荣誉。成功地将这些技术转化为公司的生产力是最重要的,只有将轰动的技术转化成商业应用的公司才算是取得成功的公司。永无止境的市场需求催生出新技术。对于任何一种新技术来讲,要被市场接受并获得长期成功不仅需要能进行批量生产,而且必须要证明它是可靠的,这是开始阶段付诸应用的关键。目前佳灵公司从生产技术储备方面已经做好了充分的准备。

     高压变频器的推广也存在较大的市场阻力,由于高压变频器往往是工厂(公司)的重要动力传动设备,对于设备的选型也异常谨慎小心,由于历史的原因,国内有较大的崇洋心理。所以绝大多数厂家首先考虑的是国外品牌。由于国家强制执行重大设备招投标制度,对于国内高压变频器生产企业无疑具有较好的竞争优势。

    4  今后几年变频器产品的国内外市场状况

     变频调速技术以其显著的节电效果、优良的调速性能以及广泛的适用性而成为电气传动发展的主流方向。

     中国大部分用户对于应用变频器首先是通过国外变频器来获得认识的。因此中国变频器产业的发展与生俱来便是处于与狼共舞。据统计,我国仅待调速节能的风机就有4000万台,耗电约1500亿kWh, 节能潜力达450kWh/年; 我国电网总容量为3.5亿kW, 电机年耗用量约为86724亿kWh,其中高压电机占50%~60%,这是一个庞大的市场。据统计,我国1993年变频器总销售额为4亿元,1995年为7亿元,1999年为20亿元,可见,调速变频器尤其是高压变频器市场还处于初期开发阶段,但其20%~30%高速增长的速度及十五期间300多亿的市场容量,吸引了众多厂家和资金的投入,市场竞争加剧。

    当今世界各方面因素正冲击着全球电力工业,在国外电力生产商之间充斥着十分剧烈的竞争,而世界范围内电力生产的市场化加速了生产商采用新技术;其次,严格的环境要求给所有的电力供应商增加了额外的责任,使电力自动化设备尤其是高压大功率变频器的市场开发空间大大拓展。另外高压变频器的最终用户对变频器的自动控制、节能、环保意识越来越强烈,迫使其上游提供者尤其是系统集成商更加重视顾客变频调速技术方面的需要,系统集成商将成为一个重要的销售渠道。

     我们知道任何产品市场的顾客分布都是金字塔形的,在产品技术上成熟的条件下,越是高端产品需求总量就越小。成都佳灵公司的IGBT直接串联高压变频器,因其器件最少,质量具有可靠性,代表了未来世界真正直接高压变频器的发展潮流。

     变频器技术发展的另一个巨大推动力就是市场。一般讲,在占工业用电50%~60%的风机、泵和压缩机等通用机械上使用变频调速装置,可以节电30%左右。这一类通用机械的驱动电机一般是工频电机,具有各种可供选择功能的通用变频器,其输出频率在0~400Hz之间,正适合这类机械。因此,通用变频器应用非常广泛,市场潜力很大,目前已形成规模生产,所以成本较低,价格便宜。相对于通用变频器而言,专为某些有特殊要求的负载机械而设计制造的是专用变频器。这类专用变频器在国民经济各部门中也是必不可少的,但由于通用性不强,市场需求相对较小,因此成本较高。

    5  变频调速技术的发展趋势

     变频调速是最有发展前途的一种交流调速方式。目前,变频器调速控制系统广泛应用于机械、冶金、矿山、化工、石油、纺织、造纸、印染、水泥、船舶、铁路等行业。

     由于变频器在空调、电梯、冶金、机械等行业的广泛应用,变频调速电机和与之配套的变频器发展迅速。目前佳灵公司生产的十大系列产品几乎涵盖了所有交流电气传动领域。从空气动力研究用的变频控制器到潜艇船舶用的变频螺旋桨控制器。从风机水泵用的变频器到家用中央空调变频控制器。据机械信息研究院的统计,2000年,中国变频器市场容量接近30亿元。其中日本,欧美品牌占据主导地位,但成都佳灵等国内生产商经过近几年的高速发展,业已占领了很大一部分低端市场。目前变频器的国内电机配比率仍低于1%,潜在市场巨大,国内变频器市场在未来的5~10年内仍将保持高速发展。

     佳灵人将凭借对电力电子技术多年积累的经验和独到的思维,对市场敏锐的洞察力,在城市无功补偿、城市电网稳压、有源滤波、直流输电系统、柔性输电系统、地铁与轻轨、电动汽车、风力发电、大功率储能……通过这场电力电子领域的革命来带动各行业的发展,更方便地服务于社会,使人类对电能的变换与控制进入一个随心所欲的新时代。

    6  结束语

     以高压变频器应用市场为例,它具有广阔的市场需求。变频器产业可能会像汽车产业一样成为主要产业,成为国家工业支柱及命脉。然而这个市场并不是现成的,需要人们去开发。目前,大部分人甚至还没有认识到通过变频器技术到底可以实现些什么。因此我们需要不断开拓市场,找出最需要这种技术的地方,并适当地进行应用。预计未来将会出现很多由风险资金和企业家投资的企业来加入变频器产业的发展,百家争鸣群雄争霸的局面将会继续,但历史规律将会注定只有不断创新拥有核心技术的企业才能立于不败之地。
 
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