我国变频器的发展态势

交流电动机变频调速已成为当代电机调速的潮流，它以体积小、重量轻、转矩大、精度高、功能强、可靠性高、操作简便、便于通信等功能优于以往的任何调速方式，如变极调速、调压调速、滑差调速、串级调速、整流子电动机调速、液力偶合调速，乃至直流调速。因而在钢铁、有色、石油、石化、化纤、纺织、机械、电力、电子、建材、煤炭、医药、造纸、注塑、卷烟、吊车、城市供水、中央空调及污水处理行业得到普遍应用。

    20世纪80年代初，当天津电气传动所（电压型）、西安电力电子技术所（电流型）还在专心研制SCR变频器并探求市场时，日本东芝已把技术卖给了大连电机厂，接着日本三垦公司、日本富士电机公司把变频器推进中国，使我国的电动机调速打破了直流调速的垄断局面，开始了交流电动机变频调速时代。

    1日本、欧美的名牌变频器进入中国

    (1)日本产品。日本变频器产业，从20世纪80年代以来一直维持成长的趋势。从1987年产值400多亿日元到1992年产值900多亿日元，年平均增长16%。东芝、三菱、富士、安川等几家大公司产量已超过300万台，是世界上重要的变频器生产厂家。到目前，日本的所有名牌变频器，如富士、东芝、三菱、安川、日立、三垦、松下电工、松下电器、三木、明电舍、住友、东洋、春日等已全部进入中国。日本变频器占有中国市场的较大份额。

    (2)欧美产品。美国变频器市场1989年11万台，市场值3.8亿美元，1992年产量17.4万台，市场值4.77亿美元。欧洲变频器的市场规模，1992年为7.64亿美元，德国占36%，法国占15%，英国占12%，意大利占8%，比、荷、卢占7%，西班牙占5%，瑞典占3%。到目前，ABB、西门子、施耐德、AB、罗宾康、GE、TE、Reliance电子、丹佛斯、伊林、CT、西枝来克、vacon、阿尔斯通、欧陆、安萨尔多、科比、欧姆龙、S1E1、SEW、艾默生、摩托托尼、伦茨、创新（意大利）、乌克兰高压变频均进到中国。欧美变频器占有中国市场重要份额。

    (3)后起之秀韩国也参与争夺中国市场。在工厂管理上，韩国效法日本，在变频器市场的争夺上，韩国也紧紧跟上。虽然韩国的变频技术起步较晚（不比中国早），但也有LG、三星、现代重工、SEOHO、奥托尼克斯等品牌进入中国，不过市场额不大。

    (4)台湾地区除少数厂家外，均在大陆占一席之地。台湾地区变频器起步于20世纪90年代初，共有67个厂家，投资500～1000万元台币的占 58%，4000万台币以上规模的18%，员工50人以下的占66%，百人以上的占21%，主要分布在台北，约占厂家数72%，多数变频器带有日本的痕迹。普传、台达、台安、利佳、宁茂、大同、隆兴、士林、大晋、东元、阳冈、九德松益、欧林、还有爱德利、泓荃、三垦、东冈等在大陆占有一席之地，并占有一定的市场份额。

    国外企业纷纷在中国建厂。如ABB（北京）、西门子（天津）、富士（无锡）、三垦（江阴）、罗宾康（上海）、奥托尼克斯（嘉兴）、摩托托尼（山东）、安川（上海）、施耐德（苏州）、春日（西安）、日立（南京）、欧陆（山东）、CT（上海）、艾默生（深圳）、科比（上海）。

    2进入21世纪，国产变频器大发展

    (1)变频器的生产基地集中在长三角、珠三角。也许是因为经济发达、沿海、信息多、配套容易的关系，变频器主要生产厂家集中于长三角、珠三角，且珠三角多于长三角。集中于长三角的有上海的麦孚、日博、思维佳、三川、格立特、佳川、东达、津信、雷诺尔、神源、方禾、能士、中达电通、日虹、科达机电、艾帕，浙江的有乐邦、富陵、华兰、北威、TP2200A、Tigerpower、德力西、HOLiP、紫日（CHZiRi）；江苏的有瑞特、润松、安宏、飞象、南昱、圣安。分布在珠三角的有广东的塞安、誉强、百德福、智光、东达、博斯特、电力通、贺圣达、正阳、惠邦、珠峰、沃基诺、明阳、乐普四方；建厂在深圳的有微能、日业、科姆龙、烁普、珊星、易能、安邦信、阿尔法、斑泰科、正弦、ACT、英威腾、星河、港兰、中大博立、韦尔、康沃、四方、依托普林、隆必达、森海、泰发兴、汇川、传动之星、爱德利、德瑞斯、威科、阳特、艾瑞克、加能、普传科技。

    (2)北京也成为高压变频的集中地。北京国产变频器生产厂家有时代、腾龙、冶金院、时运达、新电创、LINGKE、ACS800、茨浮、万国、先行、凯奇、中河盛达、合康亿盛、利德华福、动力源、金自。其中凯奇、先行、利德华福、合康亿盛、冶金院、动力源、金自、中河盛达生产高压变频。高压厂家之多，居全国之最，其中利德华福已销售200台套以上，创下了较好的业绩。李崇坚先生研发的交-交变频获得中国电工技术学会2004年新成果一等奖，同西安电技所王正明先生（3750A/7000V，5英寸SCR）拿走了两项大奖。

    (3)四川、山东、辽宁有一定实力。四川佳灵、辽宁大连电机厂、辽无一厂都是我国最早生产变频器的企业。四川还有森兰、东方日立，辽宁有英泰、荣信、斯威尔，山东的风光、惠丰、吉纳赛普、嘉信这三个省均有一定实力。其他生产变频器的地区还有黑龙江：日峰、九洲；安徽：安贝特；陕西：西普；江西：东力；河北：1K；湖北：三环。

3变频器技术发展态势

     (1)高性能。如果说过去国产的通用变频器主要是压频控制，那么，今天的不少品牌变频器已提升到矢量控制及转矩控制；如果说前几年国产高压变频可靠性还不高，那么今天已研制出同国外相差不大的品牌。不少厂家通用变频器总的来说都在追求高可靠性，高转矩，高精度，低谐波。

    (2)模块化。通用变频器已有向模块化发展的趋势，即高性能的电机驱动模块（通用变频器）十功能模块（如注塑机卡、张力卡等）十专用模块（如电梯、拉丝机、卷染机等）。这样，有特殊功能和特殊需求时，不必加许多外围部件，插一个功能卡或专用卡即可，简单而降低成本。

    (3)专用化。国外的变频器早已有许多专用型的，但价格昂贵，如电梯专用、车床专用、造纸机专用、化纤生产线专用等。近20年来我们中国人对变频器应用的一大贡献就是把通用变频器通过一些智能控制单元，廉价的用到转炉、起重机、机床、纺丝机、造纸生产线、印染设备及高架旅运车等，近年又出现了专用变频器，如注塑机专用变频器、抽油机专用变频器、潜油电泵专用变频系统等产品，这些都是一些国外大公司没有的。我们填补了国际上的空白。 
    
    (4)功能多。通用型变频器装备了许多适用的功能：①频率跳跃功能。风机等负荷在其振点电流突然增大，变频器具有跳过该频率点的功能。②瞬时停电再启动功能。受闪电等影响瞬时停电，变频器具有电动机在任何状态下再启动功能、不必使电机的转速为0。③记忆功能。可以记忆系统的运行状态、运行时间、跳闸时的详细数据等。④通信功能。具有0～10V，4～20mA、RS485等通信接口及通信协议。可连接现场总线、计算机、DCS等通信。

    4形成了变频调速产业

     全国已有进口、国产变频器厂家约 170多家，又有上千家从事代理销售和二次开发公司，围绕着变频器生产，一些元件供应商，材料供应商、电抗器、滤波器、制动单元、制动电阻、能量回馈装置、电缆、断路器、接触器、继电器以及压力传感器、温度传感器、流量计、能量表等行业都在关注着变频器的发展。所以说变频行业已经形成，它已有超过200 亿的生产能力。交流电动机变频调速，已成为电气传动的中枢。人们关注它、应用它、发展它、重视它，在广告、电视、报纸、展览会上都不断的看见变频器的身影。已经同工业自动化和工业现代化紧密地联系在一起，变频器行业已经形成。

    5变频器的用量不断增加，变频器的价格不断下降

     交流电动机调速技术不但被工矿企业接受，而且成为电气传动的中枢，使用它，一是节电，二是优质，三是增产，四是降耗。

    使用该技术节电可在10%～70%之间。主要体现在几个方面：①软启动，一般交流电动机的启动电流为电机额定电流的6～7倍，变频调速启动电流不超过电动机的额定电流。②节省设计冗余，一般设计都按照使用时的极端条件，因而都留有设计冗余，有的余量很大，形成大马拉小车。变频调速可以把这部份冗余节省下来。③调速节电，按流体力学原理，轴功率正比于速度，转速下降，轴功率变小，这是变频调速的主要节电原理。④功率因数高，一般在0.95以上，节省无功，减轻了变压器的负担。

    优质是变频调速的又一贡献。由于变频调速精度高，不少行业均采用变频调速提高产品质量，如粘胶化纤，提高一等品合格率。由于变频器的高可靠性及高性能，在许多行业，减少了停工时间及创造了连续无故障生产的可能，使产品产量增加，也降低了消耗和运行成本。同时还可还可以改善工艺水平，是企业技术改造和产品更新换代的必要技术。因而许多工矿企业，把变频调速做为企业节电与增产的必要手段，使变频器的用量逐渐增多，每年以大于40%的速度递增。然而，由于变频器生产厂家增多，竞争激烈，变频器价格不断降低。如1988年280kW每台约26～28万元，而现在280kW每台只有8～10万元。平均300元/kW 左右。钢材、铜材价格的上调，也影响着变频器的成本。使用变频器单计算节电，6～12个月可以收回成本。如变频器要同市电切换，装成控制柜，成本的回收期大约12～18个月。

    由于变频器的优异功能，变频器的应用已由工厂扩展到社区、酒店、商厦和写字楼，如音乐喷泉、无塔供水、中央空调都用了不少变频器。变频器的用量还将不断的增加，有相当大的市场潜力。

6分裂组合兼并伴随着变频器发展，价格竞争的结果有利于占领国外市场

     在变频器发展历史上，分裂组合兼并伴随着变频器发展。在国外，先是罗宾康和意大利的安萨尔多合并，更名为安塞罗宾康，后是西门子收购了罗宾康。在国内，先是西门子和天传所在天津，ABB 和北整厂在北京建厂，后是日本富士和美国通用在无锡建厂，日本三垦和香港力达在江阴建厂，以及华为被艾默生收购。值得提出的台湾普传在深圳建厂较早，到目前台湾普传已被大连控股，从普传又派生出8～9个带普传血统的公司。估计还要有一些公司顺流而生，而二次开发的公司将会更多。由于能源紧张，节能已是基本国策，变频器是需求侧的最好的节能设备。所以任何一家节能公司，要使用变频调速，如南方很大市场的中央空调，主要是变频器变流量节电。

    变频器的生产厂家和二次开发厂家都增多了，竞争的焦点为质量和价格。现在变频器的生产厂仍有100%的利润，变频器二次开发的厂家也有20%～50%的利润。当变频器的生产厂家利润更低并接近不好生存时，解决的办法一是倒闭或被兼并，二是寻求国外市场。而最好的出路就是占领国外市场，这种可能性是存在的。变频器的发展空间很大，企业家、专家、资本经营老板将在变频器这一产品上做更大更好的文章。

    7负载举例

     (1)风机类负载。风机类负载为量大面广设备，钢厂、电厂、有色、矿山、化工、制药、地铁、纺织、化纤、水泥、造纸等行业应用较多。多数采用调节档板开度来调节风量，浪费大量电能，采用变频调速，即可节电，又可减少机械磨损，延长设备寿命。大庆新华电厂200MW发电机组，锅炉引风机为1250kW/6kV二台。1998年采用变频调速技术拖动高压引风机，是我国电厂大型机组首次采用变频调速，经黑龙江电力科学院测试考核，发电机组在额定工况下（有功负载200MW）与原来未用变频拖动相比，由原来的1790.4kW下降了28.02%，在有功负荷80～180MW间运行分别下降了30%～56.3%。石家庄炼油厂65t/h中压锅炉引风机采用变频调后，年节电67万kWh，节电率为67.7%，锅炉燃烧率提高1.6%，节省燃料油989t。但是由于风机在某频率下有共振点，要注意使用变频器的频率跳跃功能。

    (2)泵类负载。泵类负载为量大面广设备，包括水泵、油泵、化工泵、泥浆泵、砂泵等，有低压中小容量，也有高压大容量。茂名石化公司炼油厂从1990年开始先后在蒸馏、裂解、催化、加氢、糠醛、酮笨等20多条生产线上使用161台变频调速装置。变频器总功率达8091kW。1990年10月～1992年2 月对其中30台泵进行测试，在同等工艺条件下，采用调节阀控制电耗999.9kW，而采用变频调速电耗为396.7kW，节电603.2kW,节电率 60.3%。采用变频控制时，电动机和泵的转数下降，轴承等机械部件磨损降低，泵端密封系统不易损坏，电动机故障率降低，维修工作量大为减少。1994年后，该厂又采用了14套6kV大容量变频装置，节电40%到70%。1995年11月14日《中国石化报》第1版《茂名石化公司炼油节能跃居同行业前面》文章称“仅通过变频调速技术一年就节电2000万kWh”。

    许多自来水公司的水泵、化工和化肥行业的化工泵、往复泵、有色金属和电厂等行业的泥浆泵采用变频调速，均产生非常好的效果。 
    
    (3)中央空调类负载。由于都市化进展，中央空调的用量增加。在炎热季节，中央空调用电量几乎占酒店、商场、超市、写字楼、车站、机场用电量的50%，是需求侧用电的一个重要方面。采用变频技术的智能专家系统对中央空调的冷冻泵、冷却泵、风机调速，会取得30%以上的节电效果。深圳市温莎酒店中央空调改造后，节电60%，6个月收回成本。在中央空调节电改造中，我们的办法主要是对冷冻泵、冷却泵、风机调速，把系统温度、压差、流量、冷量、电能等参数的瞬时值通过PID、模数转换到人机界面上。

    (4)转炉类负载。用交流变频替代直流机组简单可靠，运行稳定。1994年5月1日，承德钢铁公司炼钢厂3套20t转炉和氧枪升降，直流拖动系统全部采用交流变频调速拖动。这是我国20t转炉倾动和氧枪升降第一次采用变频调速。经过多年的生产应用，该系统运行稳定可靠，技术指标完全满足工艺要求。转炉、氧枪主传动系统引起的热停工减少90%以上，年增产1.5万t钢，节电22万kWh，直接经济效益231万元，为钢厂以后稳定生产打下坚实的基础。1995 年通过机械工业部鉴定，并被河北省评为技术进步一等奖。近年来，转炉的调速几乎全部采用交流。

    (5)辊道类负载。辊道类负载，多存在于钢铁冶金行业，数量较多，采用交流电动机变频控制，可提高设备可靠性和稳定性。

    1993年，鞍钢中型厂后道工序改造，采用57台变频装置拖动512台交流电动机并和PLC接口，产生良好的效果。调速精度高，提高了产品质量，设备可靠性高，保证了生产的连续性，提高了产品产量。由于变频制动效果好，省去了机械制动闸。由于速度连续可调，省却了大量减速机装置，同时改善了生产环境，消除了噪音。单节电一项，一年半就可收回全部变频装置的投资。变频器应用于辊道类负载，可以采用一台变频装置带多台交流笼式电动机的技术。

    (6)起重机类负载。起重机类负载在工厂、矿山、铁路、码头广泛应用，传统的控制方式多采用绕线式电动机转子串电阻，故障多、振动大、冲击电流大。采用变频调速，可以满足“转矩大且要平稳，正反转频繁且要可靠”的要求，使起重机具有高可靠性、高适用性、高稳定性、并且控制灵活、运行平稳，节电30%以上。长岭炼油厂5t、海口电厂10t起重机原来都是绕线式电动机转子串电阻，采用变频控制后，低频转矩大，启、制动灵敏，电气和机械故障降低，节电30%以上，受到工人的好评。

    (7)特种电源类负载。许多电源，如实验电源、飞机拖动电源（400Hz）都可用变频装置来完成，好处是投资少、见效快、体积小、操作简单。

    粘胶纤维行业纺丝设备多数是高速电动机，众多的纺绽电机为150Hz/160V。长期以来，国内粘胶行业一直使用电动发电机组中频电源供电，称动变频。由于这种方法弊病太多，而逐步采用交流变频电源供电，称静变频。邵阳化纤厂是我国粘胶行业最早自行应用静变频的厂家，8台160kW变频器分2组供电（每组 1台备用）。自1992年12月生产以来，比动变频有明显的优势：①可靠。运行多年，未发生故障跳闸。②运行稳定，电压、频率波动极小。③ 调频方便，为工厂生产不同捻度的丝饼创造了条件。④噪声小，改善了操作人员的环境。⑤提高了产品质量。该厂一期工程（采用动变频供电），粘胶长丝合格率仅 55.1%，一等品合格率为零，二等品合格率20%，而二期工程（采用静变频供电）平均合格率98.12%，一等品合格率88.7%。⑥增加了产量。一期工程设计能力2000t/年，试生产半年，产量仅365.53t，而二期工程设计能力1000t/年，试生产半年，生产长丝685.25t，大大超过设计能力。⑦节电13%。

    由于静变频为粘胶行业带来极大的好处，不少企业，如吉林化纤厂、九江化纤厂、宜宾化纤厂、湖北化纤厂、丹东化纤厂、潍坊巨龙化纤厂（除宜宾外，均属上市公司）等均采用了静变频技术。

    (8)注塑机类负载。注塑机是塑料加工成型的关键设备，数量多，耗电大。据统计，全国有定量泵注塑机80万台。过去的节电方式多为通过△型转换Y型（星型）来节电的，效果一般。采用变频调速不改变注塑机原来的结构，控制油泵几个过程的压力或流量（如锁模、合模、射胶、保压、脱模、退模等），平均可节电 40%，较好的取代过去的比例阀节流调速方式，大幅度降低能耗，不少注塑厂都进行了变频改造。如厦门灿坤改造470台，威士茂科技改造95台，东莞好景改造81台，深圳富士康改造200多台。改造注塑机时，要注意变频器的容量和低频转矩特性，注意输入端和输出端的谐波干扰和无线电干扰。

    (9)矿用电铲类负载。矿用电铲容量大、电铲提升机构、推压机构、回转机构、行车机构电动机容量大，我国目前采用三绕组发电机电动机机组和磁放大发电机- 电动机机组的直流调速系统，体积大、效率低、功率因数低。近年来，准格尔露天煤矿，南芬露天铁矿从美国BE公司引进全交流395B型大型电铲，打破了电铲传动直流电动机的一统天下。电铲交流变频化有诸多好处：①提高电铲重载起动能力。②缩短起动时间，③提高了生产效率。④提高控掘速度，缩短了铲装周期。⑤ 功率因数0.95左右。

    变频调速正在逐步地成为电气传动的中枢它取代了变极调速、滑差调速、整流子电动机调速、液力偶合调速、串极调速及直流调速。除了节电（12%～70%）外，更重要的是产生增产、降耗、优质的效果，深受设计、工程、操作人员欢迎，社会效益非常显著。变频调速确实是节能、增产、降耗、优质的先进技术，是企业设备改造、产品更新换代的重要途径。

    8参考文献

    ［1］王占奎.国外及台湾地区交流变频调速装置发展现状.电气传动，1996(1).

    ［2］王占奎.交流调速应用百例.北京：科学出版社，1999.

    ［3］王玉华等.矿用电铲的交流变频调速技术.变频器世界，2005(10).