电源第4讲变频器市场

71 国内外高压变频企业在技术上分几类，分别有什么特点

答：1)电流源型，如图20 所示。电流源型逆变部分采用SGCT直接串联解决耐压问题，直流部分用电抗器储存能量，目前的技术水平可以做到输出电压为7.2 kV，可以适应国内大部分电压为6 kV 这一现状，但无法用在10 kV 电压。电流源型变频器输入侧的功率因数比较低，电抗器的发热量较大，效率比电压源型变频器低，由于采用电流控制，输出滤波器的设计比较麻烦，而两电平变频 器的共模电压和谐波、dv/dt 问题较突出，所以对电机的要求较高。虽然电流源型变频器有可回馈能量的优点，但是需要回馈能量的负载毕竟不是很多，尤其是通用型变频器。所以电流源型变频 器的市场竞争能力已经逐渐变弱。

2)功率单元串联多电平型，如图21 所示。此变频器采用多个低压的功率单元串联实现高压输出，输入侧的降压变压器采用移相方式，可有效消除对电网的谐波污染，输出侧采用多电平正弦波PWM 技术，可适用于任何电压的普通电机，另外，在某个功率单元出现故障时，可自动退出系统，而其余的功率单元可继续保持电机的运行，减少停机所造成的损失。系 统采用模块化设计，可迅速替换故障模块。由此可见，单元串联多电平型变频器的市场竞争力是很明显的。

3)三电平型，如图22 所示。三电平型变频器采用二极管钳位和电容飞渡分压电路，解决了两只功率器件的串联的问题，并使相电压输出具有三个电平。三电平逆变器的主回路结构环节 少，虽然为电压源型结构，但易于实现能量回馈。三电平变频器在国内市场遇到的最大难题是电压问题，其最大输出电压达不到6 kV，所以往往需要用变通的方法，要么改变电动机的绕组接法(星/三角改接)，要么在输出侧加升压变压器。这一弱点限制了它的应用范围。

目前，虽然有人提出了其他不同的高压变频器解决方案，但大部分不具有明显的可行性，或者说不具有将上述三种主流变频器结构取而代之的潜力。随着高压 变频器成本的进一步降低，在中等功率市场，高低型变频器将会退出竞争，而只关注于较小功率的场合。对于单元串联多电平型变频器，主要缺点是变流环节复杂， 功率元器件数目多，体积略大一些，但是，在其他的方式不能解决国内应用的需要，高压器件应用的可靠性还不是太高的情况下，其竞争优势在最近的一段时期内， 可能还是无法代替的。三电平型变频器由于输出电压不高的问题，主要的应用范围应该是在一些特种领域，如轧钢机、轮船驱动、机车牵引、提升机等，这些领域的 电机都是特殊制定的，电压可以不是标准电压。在一定的功率水平下，三电平型变频器取代传统的交交变频器是技术发展的趋势。三电平变频器的更大发展有待于更 高耐压的功率器件的出现和现有产品可靠性的进一步提高。在超大功率场合，即大约8 000 kW 以上的功率，用晶闸管构成的LCI(负载换流变流器)电流源型变频器仍旧是主角。由于以上所述的技术特征，通用型高压变频器目前是单元串联多电平型变频器 占多数，约占七成以上，目前国内基本上都采用这种电路结构。

72 国内与国外企业生产的变频器在技术上有什么差异

答：国内变频技术的理论不比国外差多少，但在变频器的开发和生产上，由于中国的工业基础较薄弱，制造技术不及发达国家，功率开关器件的质量难以与发达国家抗衡，目前完全国产化的变频器还没有。在变频器领域，国内企业还很年轻，要走的路还很长。

1) 与国外大公司相比，国产企业进入电气传动领域时间太短，无拳头产品，无成套电气设备。像ABB 的ACS-600/1000 系列，采用DTC 技术，独树一帜;法国Schneider 的TE 系列是世界领先的电气产品，用户在享受高质量TE 系列产品的同时，很可能会顺便接受Schneider变频器;Siemens更是欧洲老牌劲旅，涉足广泛，在电力、电气传动、金融设备、家电行业都是名 牌。这三个公司都基本能提供工厂的全套电气设备。国外现阶段发展情况主要表现如下：

(1)技术开发起步早，并具有相当大的产业化规模。

(2)能够提供特大功率的变频器，目前已超过10 000 kW。

(3)变频调速产品的技术标准比较完备。

(4)与变频器配套的产业及行业初具规模。

(5)能够生产变频器中的功率器件，如IGBT、IGCT、SGCT等。

(6)高压变频器在各个行业中被广泛应用，并取得了显著的经济效益。

(7)产品国际化，当地化加剧。

(8)新技术，新工艺层出不穷，并被大量的、快速的应用于产品中。

(9)目前，没有10 kV产品。

2)国内仅有少部分的中、高压电机进行了变频调速改造，且普遍采用V/f 控制方式。所以，高压变频器的品种和性能还处于发展阶段，每年市场仍需大量进口。国内这些状况主要表现在如下几个方面：

(1)国外各大品牌的产品正加紧占领国内市场，并加快了本地化的步伐。

(2)具有研发能力和产业化的国内企业少。

(3)国产高压变频器的功率等级较低，目前不超过3 500 kW。

(4)国内高压变频器的技术标准还有待规范。

(5)与高压变频器相配套的产业很不发达。

(6)生产工艺落后，勉强满足变频器产品的技术要求，但是价格低廉。

(7)变频器中使用的功率半导体，驱动电路，电解电容等关键元器件完全依赖进口。

(8)与发达国家的技术差距在缩小，具有自主知识产权的产品正应用在国民经济中。

(9)已经研制出具有瞬时掉电再恢复、故障再恢复等功能的变频器。

(10)能够进行四象限运行的高压变频器尚在研究与开发中。

73 国内高压变频企业在技术上应走什么道路来加强企业竞争力

答：1) 关键元器件尽量自己开发，掌握核心技术，降低成本，因为企业在产品上的竞争实际是核心技术的竞争。像国内空调业，目前真正自己拥有变频空调技术的厂家没几 个，绝大多数是与外企合资，所以成本下不来。据统计国内智能芯片正以每年32豫的速度增长，2005 年将达30 亿美元，市场前景广阔。其实在通讯业，华为、中兴自主开发的芯片抢夺市场就是证明。

2)开发高性能的大容量变频器将是这个领域下一步的发展方向。 高性能主要体现在容量更大，动态响应更快，稳态精度更高，低速力矩更大。主要应用于高速列车、舰船和轧钢过程等，它的用途就不仅仅是节能，而且起到多拉快 跑、提高生产效率的作用。国外几家大公司，如ABB、西门子、阿尔斯通，它们已经具有很成熟的高性能大容量变频技术了，而国内还尚处于研究阶段。要想把这 种技术产品化需要非常大的投资，但一旦成功了利润则很可观。同时，对于整个行业的发展也是件好事，如果在关键项目上采用国外产品，核心技术还是掌握在别人 手里。采用国产产品还可以降低成本，为国家节约大量的资金。除了开发高性能产品，还有一个研发方向就是如何利用新的器件(如高压IGBT、IGCT)可以 将高压变频器做到更大的容量，以至于将来可以将晶闸管完全代替。此外，利用DSP 进行全数字化控制也是目前的研发重点。现在高压变频器已经基本实现了数字化控制，而采用DSP 会使高压变频器的硬件成本更低，功能更多。如可以实现人机对话、与其他设备的通信，甚至远程控制，厂家通过网络就可以将用户产品的故障排除了，这将大大降 低维护成本。高压大容量电力电子变换技术已在我国工业拖动领域中体现出了节电、高性能的优势，其进一步的延伸可为我国形成新的生产力和经济增长点，其发展 前景与计算机信息产业、通信行业并驾齐驱，具有巨大的市场前景。如果说20 世纪为电气时代的话，那么人类在21 世纪无疑将进入信息时代，作为这一时代重要标志的计算机是第一次电子革命大规模集成电路的产物。但集成电路本身是弱电，不能直接控制和驱动电气时代工业革 命的主力电动机及各种电力设备。以功率集成器件为代表的电力电子技术所具有的独特的弱电控制强电的作用，使其成为信息产业和传统产业之间的一个必不可少的 接口，必将成为一个庞大的产业。在器件、线路或控制技术任一领域出现突破，均会使系统性能进一步提高，成本进一步下降，从而产生巨大的经济效益，有人称其 为第二次电子革命。正如工业社会中的拖拉机使从事农业生产的人数大大减少一样，电力电子技术加计算机控制构成的用在数控机床，加工中心及机器人生产线中， 并实现了整个工厂的全面自动化，从而使人类从繁重的传统工业劳动中解放出来。

74 国内高压变频器市场竞争激烈，后发企业如何有效进入市场

答：市场是一巨大的系统工程，由若干子系统构成，这些因素包括产品、功能、外形、品牌、渠道、价格、推广、营销、广告、服务等，有着十分复杂的交叉效应，需综合平衡，不能顾此失彼。

(1) 市场定位、定价。据我国具体情况，整个国产变频器开发较晚，正处于产品成长期，近期产品应生产完善中小功率的中低档变频器为主，功能上满足调速与节能为主 要目的。高档产品暂时无法与欧美抗争;价格上以薄利多销为原则，先抢占市场。参照同行标准，低价入市，形成规模效应，因为适中的价格能给用户以信赖的感 觉，增加对产品的忠诚度。

(2)加强信息管理。加强市场调研，及时掌握第一手信息资料，如同类产品厂家的信息、市场动态、价格情报、需求厂家状况等，并积极参加各类展会如广交会、订货会、博览会等，扩大影响。

(3)正确选择渠道。直接渠道是面向用户，大型企业一般不愿意选择与中间商合作，以利于节约成本，搞好售后服务及配套产品的研发;间接渠道是建立广泛的经销网络的庞大的营销队伍，充分依靠中间商的现有渠道，迅速进入和占领市场。

(4) 充分提高服务质量。市场从根本上理解就是服务。这方面国产品牌有先天优势，与进口机比较服务半径小，大型企业更是有遍及全国的渠道网络，售前给用户做参 谋，献计献策，帮助其设计改造。售后是关键，一位营销专家曾经讲过;真正的销售工作是始于产品售出以后。完全可做到跟踪服务，定期巡访巡检，做好记录存 档，发现问题及时改进。甚至在适当时候适当地区搞一些用户联欢会，以加强与用户的联系。

(5)在某些场合，可考虑让用户试用产品，甚至做试验，给用户一些风险承诺。

75 国内高压变频技术有同质化现象，企业如何在技术上寻找特色竞争

答：1)技术自主开发。自主研发，在电压空间矢量控制(SVPWM)、直接转矩控制(DTC)领域内不断创新，使大容量变频器理论和技术能够有所突破，并抢占先机，用于实践中，尽快占领市场。

2) 技术的先进性和可靠性发生矛盾，正确取舍。高压变频技术在世界范围内的应用历史还不长，发展前景可以说是方兴未艾。作为科研领域的热门课题，不断有新的技 术进步和应用成果出现，是少数在国内可以实现跨越式发展的领域。但高压变频器作为重要的工业装备，可靠性很重要。比方我们所采用的电压源型功率单元串联方 式，虽然模块的集成度不是最高，但它直接借用了低压变频器的成熟技术，采用的器件业已经过了长时间广泛应用的考验。就像民航客机上用的半导体器件一样，它 的集成度不是最高，但一定要成熟可靠。所以我们在注重新技术研发，作好技术储备的同时，更多的是在产品的工业化设计和满足顾客实际需求上下功夫。

3) 注重公司未来的发展方向和推广策略。未来一方面要注重新产品的研发，努力提高电力电子产品的应用深度，扩大应用范围，进一步掌握自主的核心知识产权;另一 方面，在较为同质化的主要用于节能的风机、水泵类高压变频器产品的推广上，公司要走质优价平的路线，用更高性价比的产品刺激更多的市场需求，让高压变频器 在国内高耗能行业的应用能发展得快些，更快些，为创建节约型社会和保护人类环境做出自己的贡献。

76 高压变频技术发展方向是什么

答： 从20 世纪80 年代以来，现代电力电子技术开始向高频，高效(低开关损耗)，高功率因数，高功率密度(组合集成化)及高压大功率方向迅速发展。以GTO、BJT、 MOSFET为代表的自关断器件得到长足的发展，尤其是以IGBT为代表的双极型复合器件的惊人发展，使得电力电子器件正沿着大容量、高频、易驱动、低损 耗、智能模块化的方向前进。伴随着电力电子器件的飞速发展，大功率逆变器及交流调速技术的发展也日趋高性能化。传统的大功率逆变电路有：普通三相逆变器、 降压普通变频升压电路、交交变频电路和变压器耦合的多脉冲逆变器。以上的大功率逆变电路研究比较成熟，但在实现大功率流传动的同时，在性能上没有什么突 破，且装置复杂，制作成本高，控制方式可靠低，并且对电网污染严重，功率因数低，无功损耗大，须附加谐波治理装置，设备成本成倍增加。因此，近10 年来一些新型多电平电压源型变频器吸引了许多学者的注意，多电平技术成为高压变频方向重要的研究课题。随着以高压IGBT、IGCT为代表的性能优异的复 合器件的快速发展，和相应的各种PWM 控制算法的不断深入研究，使多电平结构得以逐步走向应用化，电力电子技术在高压大容量电能变换及高品质控制方面的应用得到了极大的拓展。其应用领域包括交 直流能量转换、高压大容量交流电动机变频调速、电能质量综合治理等。多电平电路最早由日本学者提出，称为中点箝位式(NPC)逆变器，它的出现为高压大容 量电压型逆变器的研制开辟了一条新思路。在此基础上，经过多年的研究发展出4 种主要的拓扑结构：二极管箝位式和电容箝位式，带分离直流电源的串联式和三相逆变器串联式结构。这4 种结构与普通两电平逆变器相比具有以下优点。[p]