中国变频器行业研究

中国变频器行业发展

一、变频器行业概况

(一)变频器的概念

变频器的英文译名是VFD(Variable-frequency Drive)，这可能是现代科技由中文反向译为英文的为数不多实例之一。(但VFD也可解释为Vacuum fluorescent display，真空荧光管，故这种译法并不常用)。变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源的频率和幅度的方式来控制交流电动机的电力传动元件。变频器在中、等亚洲地区受日本厂商影响而曾被称作VVVF(Variable Voltage Variable Frequency Inverter)。

(二)变频器基本原理

变频器的构造是在两片平行的玻璃当中放置液态的晶体，两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线，透过通电与否来控制杆状水晶分子改变方向，将光线折射出来产生画面。

(三)变频器主要种类

变频器的分类方法有多种。

按变换的环节可分为(1)交-直-交变频器，即先把工频交流通过整流器变成直流，然后

再把直流变换成频率电压可调的交流，又称间接式变频器，是目前广泛应用的通用型变频器；

(2)交-交变频器，即将工频交流直接变换成频率电压可调的交流，又称直接式变频器。

按直流电源性质可分为(1)电压型变频器，其特点是中间直流环节的储能元件采用大电容，负载的无功功率将由它来缓冲，直流电压比较平稳，直流电源阻较小，相当于电压源，故称电压型变频器，常选用于负载电压变化较大的场合；(2)电流型变频器，其特点是中间直流环节采用大电感作为储能环节，缓冲无功功率，即扼制电流的变化，使电压接近正弦波，由于该直流阻较大，故称电流源型变频器(电流型)。电流型变频器的优点是能扼制负载电流频繁而急剧的变化。常选用于负载电流变化较大的场合。

按照工作原理可分为(1)V/f控制变频器；(2)转差频率控制变频器；(3)矢量控制变频器。

按照开关方式可分为(1)PAM控制变频器；(2)PWM控制变频器；(3)高载频PWM控制变频器。

按照用途可分为(1)通用变频器；(2)高性能专用变频器；(3)高频变频器；(4)单相变频器；(5)三相变频器等。

按变频器调压方法可分为(1)PAM变频器，通过改变电压源Ud 或电流源Id的幅值进行输出控制的。(2)PWM变频器，在变频器输出波形的一个周期产生个脉冲波个脉冲，其等值电压为正弦波，波形较平滑。

按工作原理可分为(1)U/f控制变频器(VVVF控制)；(2)SF控制变频器(转差频率控制)；

(3)VC控制变频器(Vectory Control矢量控制)。

按电压等级可分为(1)高压变频器(输入电压为3kv、3.3kv、6kv、10kv等)；(2)中压变频器(输入电压为690V、1140V、2300V等)；(3)低压变频器(输入电压不高于690V，常见的有110V、220V、380V)。

本报告主要使用按输入电压等级分类方法。

(四)变频器制造工艺

1、高压变频器生产工艺流程

图表 1 高压变频器生产工艺流程

2、低压变频器生产工艺流程

图表 2 低压变频器生产工艺流程

3、中压变频器生产工艺流程

图表 3 低压变频器生产工艺流程

(五)变频器核心技术

变频器技术是强弱电混合、机电一体的综合性技术，既要处理巨大电能的转换(整流、逆变)，又要处理信息的收集、变换和传输，因此它的共性技术分为功率和控制两大部分。前者杂解决与高压大电流有关的技术问题和新型电力电子器件的应用技术问题，后者要解决

(基于现代控制理论的控制策略和智能控制策略)的硬、软件开发问题(在目前状况下主要为全数字控制技术)。

(六)变频器应用领域

高压变频器，可细分为通用高压变频器和高性能高压变频器两大系列，应用领域涉及电力、矿业、水泥、冶金、石化等行业，可实现对各类高压电动机驱动的风机、水泵、空气压缩机、提升机、皮带机等负载的软启动、智能控制和调速节能，从而有效提高工业企业的能源利用率、工艺控制及自动化水平。

图表 4 高压变频器应用领域

低压变频器则根据不用同的应用场合对变频器性能要求的不同，分为高端、中端、低端三类市场。

图表 5 低压变频器应用领域

(七)变频器行业发展历程

变频技术诞生背景是交流电机无级调速的广泛需求。传统的直流调速技术因体积大故障率高而应用受限。

20世纪50年代末，美国通用电气公司推出了晶闸管(可控硅SCR)这一电力电子器件，为变频器的发展提供了划时代的基础硬件。此后，电力电子器件普遍应用了晶闸管及其升级产品。但其调速性能远远无法满足需要。

60年代，变频器在发达国家开始逐步产业化生产，世界变频器产业的发展拉开序幕。

20世纪70年代开始，脉宽调制变压变频(PWM-VVVF)调速的研究得到突破，变频器的软件技术出现飞跃式发展：1971年德国、美国提出了矢量控制技术，使得变频器的调速性能可以和直流调速相媲美；1973年，美国提出了电子电子技术——“采用电力半导体组件进行电力变换和控制的技术”这一新的技术学科；1979年，日本采用矢量控制的变频器开始实用化，变频调速技术上了新台阶。80年代以后微处理器技术的完善使得各种优化算法得以容易的实现。

20世纪80年代中后期，美、日、德、英等发达国家的VVVF变频器技术实用化，商品投入市场，得到了广泛应用，交流调速取代直流调速、计算机数控技术取代模拟控制技术成为应用技术的主流。电机交流变频调速技术被国外公认为最有发展前途的调速方式。期间，美国和德国凭借电子元件生产和电子技术的优势，高端产品迅速抢占市场。

步入21世纪后，国产变频器逐步崛起，现已逐渐抢占高端市场。

低压变频器自20世纪60年代左右问世，到20世纪80年代在主要工业化国家已经得到广泛应用，行业知名企业主要包括瑞士ABB、德国SIEMENS、日本安川、日本三菱、美国艾默生等。

相对于工业化国家来说，我国低压变频器行业起步比较晚。20世纪90年代末，低压变频器逐渐得到国广大用户的认可，在国开始广泛地推广使用，但仍以国际品牌为主。2000年以来，在国家的大力支持下，以汇川科技、英威腾、欧瑞传动、森兰为代表的国产低压变频器生产企业在吸收国外低压变频技术的基础上通过不断创新，开始尝试自主研发生产，极推动了低压变频器的国产化进程。