國產(chǎn)變頻器的未來發(fā)展趨勢

杜大帥

摘要：中國自動化行業(yè)經(jīng)歷了多年的快速發(fā)展，變頻器在產(chǎn)品性能和外觀方面都有了很大的進步，涌現(xiàn)出了很多變頻器制造企業(yè)。隨著中美貿(mào)易戰(zhàn)和新冠肺炎疫情的影響，我們深刻感受到以國有大中型企業(yè)為核心的頭部用戶正在逐漸接受國產(chǎn)化理念，國內(nèi)逆變器企業(yè)將迎來相對較大的市場機遇。近期受大宗材料漲價和缺芯影響，逆變器市場也開始進入整合期，市場訂單逐漸向頭部企業(yè)集中。

關(guān)鍵詞：變頻器;現(xiàn)狀;發(fā)展趨勢;

闡述了目前變頻器應(yīng)用發(fā)展狀況，對高壓變頻器的發(fā)展做了深入的說明，分析了交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀以及存在的問題，對變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展趨勢及今后幾年變頻器產(chǎn)品的國內(nèi)外市場狀況做出預(yù)測。

一、現(xiàn)階段變頻器技術(shù)的發(fā)展狀況

隨著電力電子技術(shù)、計算機技術(shù)以及自動控制技術(shù)的迅速發(fā)展，電氣傳動技術(shù)正面臨一場歷史革命。經(jīng)過了二十多年的發(fā)展，近代交流傳動逐漸成為電氣傳動的主流。異步電動機調(diào)速系統(tǒng)中，效率最高、性能最好的是變頻調(diào)速系統(tǒng)，因此，對變頻調(diào)速的研究是當前電氣傳動研究中最活躍、最有實際應(yīng)用價值的工作。變頻器產(chǎn)業(yè)的潛力非常巨大，值得強調(diào)的是，這里的“變頻器產(chǎn)業(yè)”應(yīng)該是“變頻器技術(shù)產(chǎn)業(yè)”，或者說叫inverter technology產(chǎn)業(yè)。正如IT產(chǎn)業(yè)不僅限于PC一樣，變頻器技術(shù)產(chǎn)業(yè)包括所有與變頻器技術(shù)相關(guān)的產(chǎn)業(yè)，即電力電子器件的生產(chǎn)，驅(qū)動保護集成電路的生產(chǎn)，電氣傳動與系統(tǒng)控制技術(shù)，工業(yè)應(yīng)用與其它。變頻器的快速發(fā)展得益于電力電子技術(shù)、計算機技術(shù)和自動控制技術(shù)及電機控制理論的發(fā)展。當前競爭的焦點在于高壓變頻器的研究開發(fā)生產(chǎn)方面。變頻器的發(fā)展水平是由電力電子技術(shù)、電機控制方式以及自動化控制水平三個方面決定的。在低壓變頻器領(lǐng)域，由于電力電子器件的耐壓問題已解決，因此，形成了標準的電路拓樸結(jié)構(gòu)，也不容易產(chǎn)生新的創(chuàng)新拓樸。也正因為功率開關(guān)器件的耐壓滿足不了中、高壓變頻器的需要，因此人們?yōu)榱嘶乇苓@個世界級的難題，創(chuàng)造了一些電路拓撲比如交交變頻、單元串聯(lián)多重化、三電平，如果器件的耐壓能解決，則中、高壓變頻器不也就像低壓變頻器一樣可以形成相同的統(tǒng)一的電路拓撲嗎？所幸的是發(fā)明的功率開關(guān)直接串聯(lián)技術(shù)，徹底解決了功率開關(guān)器件的耐壓問題，從而為人類對幾千伏、幾萬伏、幾十萬伏的電壓進行隨心所欲的控制、管理開辟了一條新的道路。其中的應(yīng)用之一就是使真正的直接高壓變頻器成為了現(xiàn)實。電機控制方式?jīng)Q定了變頻器的性能水平和應(yīng)用范圍、效果。國產(chǎn)變頻器都停留在V/F控制方式，決定了國產(chǎn)變頻器只在中低端市場，特別是在風機、泵類的調(diào)速應(yīng)用市場為主，難以和進口品牌匹敵。成都佳靈推出的直接速度控制方式（DSC），也許將徹底改變這一現(xiàn)象。信息技術(shù)的發(fā)展也帶動了自動化技術(shù)的發(fā)展，DSP運算技術(shù)引入變頻器中，使復(fù)雜的實時運算，有了實現(xiàn)的手段，組成成套系統(tǒng)，變得輕松自如。由于中國經(jīng)濟的蓬勃發(fā)展，改革開放已發(fā)展到只有靠降低能耗、提高質(zhì)量，特別是用現(xiàn)代電子技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，從而使中國利用巨大的存量資產(chǎn)，低成本、快速地實現(xiàn)現(xiàn)代化成為迫切任務(wù)?，F(xiàn)代電子技術(shù)有兩大基石，一為信息處理技術(shù)，相當于人的大腦;另一為執(zhí)行技術(shù)，相當于人的四肢。而變頻器作為執(zhí)行技術(shù)的主力軍，當然會形成巨大的商機。這樣將大大促進我國電力電子技術(shù)的發(fā)展，特別是變頻技術(shù)的發(fā)展。

二、交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與存在的問題

近年來，交流調(diào)速在國內(nèi)外發(fā)展十分迅速，打破了過去直流拖動在調(diào)速領(lǐng)域中的統(tǒng)治地位，交流調(diào)速拖動已進入了與直流拖動相媲美、相競爭、相抗衡的時代，并有取代的趨勢，這是現(xiàn)代電力拖動發(fā)展的主要特征。電機及電氣傳動技術(shù)在國際上已形成相當規(guī)模的應(yīng)用產(chǎn)業(yè)，變頻器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，首先需要得到國家宏觀政策的支持，其次作為生產(chǎn)廠家必須提高內(nèi)功，需要提高變頻器相關(guān)理論的研究工作，產(chǎn)品的設(shè)計和制造有關(guān)的技術(shù)，以及與產(chǎn)品應(yīng)用有關(guān)的各種技術(shù)。由于國產(chǎn)廠家制造變頻器歷史比較短，技術(shù)積累相對較少。國內(nèi)自動化行業(yè)的部分人士對國產(chǎn)變頻器缺乏信心。但是未來變頻器的發(fā)展趨勢一定是走國產(chǎn)化的路，就像國產(chǎn)彩電工業(yè)一樣。提高國產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量是亟待解決的首要問題，從目前國內(nèi)的眾多品牌來看，真正能給國外比如富士、三菱、西門子、ABB等帶來沖擊的為數(shù)不多。經(jīng)過幾年的競爭，國內(nèi)已有幾個品牌（比如佳靈）技術(shù)應(yīng)該是比較成熟的，它們已能挑戰(zhàn)國外的品牌，而且這支隊伍還在不斷擴大。因為在競爭中，國內(nèi)無論是技術(shù)和銷售體系會有一個質(zhì)的突變。但目前通用變頻器市場上競爭往往停留在價格上的拼殺。當今家電行業(yè)及開關(guān)電源行業(yè)的發(fā)展歷程告訴我們只要堅持不懈地努力，就可以實現(xiàn)變頻器行業(yè)國產(chǎn)化產(chǎn)品的輝煌。大功率高速開關(guān)器件串聯(lián)這一世界難題的解決，實現(xiàn)了用低壓器件對高壓電能變換的控制，使人類從此可以對幾千伏、幾萬伏、幾十萬伏的高壓電能運用電子技術(shù)進行任意控制，如變頻、直流輸電、潮流控制、城市電網(wǎng)穩(wěn)壓、無功補償、有償濾波、大功率驅(qū)動、蓄能電站控制等，必將提高到一個嶄新的水平，使電子技術(shù)的二次革命得以最后完成，而直接速度控制理論（DSC）的誕生，則標志著中國在電機控制技術(shù)方面不僅超越了自我，也超越了國外同行。

三、目前高壓大容量電氣傳動的研發(fā)狀況

電力電子器件技術(shù)的不斷發(fā)展，使得耐高壓、大電流的新型電力電子器件已經(jīng)應(yīng)用于電氣傳動系統(tǒng)。佳靈IGBT直接串聯(lián)高壓變頻器正成為未來的技術(shù)主流。高壓大功率變頻器因其在電磁兼容、電磁輻射、串聯(lián)技術(shù)等方面問題有很大的技術(shù)難度，成為世界各大電氣公司競爭的熱點。IGBT直接高壓變頻器完全舍棄了輸入輸出變壓器，使得IGBT直接高壓變頻器完全舍棄了輸入GBT直接串聯(lián)高壓變頻器成為目前世界上體積與占地面積最小的產(chǎn)品，變頻器效率高達98%以上。成都佳靈電氣制造有限公司的IGBT直接串聯(lián)高壓變頻器利用功率開關(guān)串聯(lián)專利技術(shù)，解決了IGBT直接串聯(lián)的世界難題，由于其技術(shù)上的突破，使其內(nèi)部電子器件數(shù)目減少到了目前變頻器的最低值，增加了變頻器的可靠性，可謂愈簡單愈可靠，諧波含量完全滿足IEEE519-1992國際標準。佳靈公司是目前唯一擁有真正直接高壓大功率變頻技術(shù)的世界首家企業(yè)，該項目已被列入國家重點技術(shù)創(chuàng)新項目。目前國內(nèi)諸多變頻器生產(chǎn)廠家都在高壓變頻器領(lǐng)域投入大量的人力與物力，力求在目前變頻器技術(shù)方面占領(lǐng)制高點，因為在變頻器業(yè)界存在著這樣一種說法，誰擁有高壓變頻器技術(shù)方面的優(yōu)勢，誰就將在未來的變頻器行業(yè)乃至工控領(lǐng)域占有一席之地。佳靈公司在技術(shù)變革與技術(shù)創(chuàng)新方面打破了原有的理性構(gòu)想，推翻了先前的學(xué)術(shù)研究方面的禁區(qū)，對目前電工學(xué)的發(fā)展也會產(chǎn)生不同的影響。成都佳靈公司IGBT直接高壓變頻器的成功推出，標志著中國目前在高壓變頻器領(lǐng)域在技術(shù)上已經(jīng)超越發(fā)達國家的實力。IGBT直接高壓變頻器這樣的新技術(shù)在大學(xué)和重要的學(xué)術(shù)交流研討會中產(chǎn)生轟動，從而獲得了許多“第一”的榮譽。成功將這些技術(shù)轉(zhuǎn)化為公司的生產(chǎn)力是最重要的，只有將先進的技術(shù)轉(zhuǎn)化成商業(yè)應(yīng)用的公司才算是取得成功的公司。永無止境的市場需求催生出新技術(shù)。對于任何一種新技術(shù)來講，要被市場接受并獲得長期成功不僅需要能進行批量生產(chǎn)，而且必須要證明它是可靠的，這是開始階段付諸應(yīng)用的關(guān)鍵。目前佳靈公司從生產(chǎn)技術(shù)儲備方面已經(jīng)做好了充分的準備。高壓變頻器的推廣也存在較大的市場阻力，由于高壓變頻器往往是工廠（公司）的重要動力傳動設(shè)備，對于設(shè)備的選型也異常謹慎小心，由于歷史的原因，國內(nèi)有較大的崇洋心理。所以絕大多數(shù)廠家首先考慮的是國外品牌。由于國家強制執(zhí)行重大設(shè)備招投標制度，對于國內(nèi)高壓變頻器生產(chǎn)企業(yè)無疑具有較好的競爭優(yōu)勢。

四、變頻器從產(chǎn)品技術(shù)的發(fā)展

1.通用市場在持續(xù)保持的同時，基于場景的行業(yè)專用機型在快速發(fā)展。傳統(tǒng)的使用通用變頻器來覆蓋所有行業(yè)的做法，已經(jīng)逐步被基于行業(yè)場景的精準設(shè)計所替代，更多的國產(chǎn)廠家都在圍繞特定行業(yè)、特定客戶和特定的設(shè)備，開發(fā)定制化的方案，以更好地貼近客戶的應(yīng)用、解決客戶的痛點、提升產(chǎn)品的競爭力，這已經(jīng)成為OEM市場的主流打法。此做法需要廠家有雄厚的技術(shù)實力、快速的市場響應(yīng)、行業(yè)的工藝積累，這是未來變頻器行業(yè)市場分化的一個關(guān)鍵點。

2.從傳統(tǒng)的變頻器本體的開發(fā)更多的向工業(yè)自動化整合能力轉(zhuǎn)變。做行業(yè)的專有機型，不再僅僅局限在變頻器本體，而更多地需要將整個自動化的能力整合為一個完整的解決方案，需要有伺服、HMI、PLC甚至有可能是視覺、氣動等多種能力的整合，只有把所有的這些能力整合為一體，才能真正做出有競爭力的解決方案，而這個能力也是未來自動化市場發(fā)生分化的一個關(guān)鍵變量。

3.基于數(shù)據(jù)的接入能力的建設(shè)。工業(yè)4.0已經(jīng)成為未來制造業(yè)的標配，對于自動化廠家來說，如何將自身的設(shè)備無縫地接入工業(yè)4.0的網(wǎng)絡(luò)這一問題亟需考慮。產(chǎn)品不再是一個單一的點上的驅(qū)動器，而成為現(xiàn)場設(shè)備的一個邊緣側(cè)的終端，不僅僅實現(xiàn)的是單個設(shè)備的功能，更重要的是成為現(xiàn)場設(shè)備接入工業(yè)4.0網(wǎng)絡(luò)的一個接口，包括現(xiàn)場設(shè)備的維護、診斷，甚至也可以是一個具備邊緣計算能力的現(xiàn)場設(shè)備管理終端。

4.未來的變頻器不再是一個原生態(tài)的產(chǎn)品，更多的是一個平臺?；诓煌男袠I(yè)，有不同的廠家提供完整的解決方案，任何一個自動化廠家都不可能通吃，因而我們未來需要從單一的原生態(tài)的驅(qū)動器向一個開放的自動化平臺轉(zhuǎn)移，各類用戶都可以通過基于平臺的組態(tài)和整合，將自己對于行業(yè)Know-How的理解在平臺上實現(xiàn)，最終形成自己獨有的知識產(chǎn)權(quán)。變頻器所有的變化都是s基于工業(yè)自動化行業(yè)的變化來展開的，隨著大規(guī)模定制化需求的持續(xù)深化，我們需要有更多的變化，變頻器這個單一的品類未來是否會隨著工業(yè)自動化整體技術(shù)的融合而消失，這個還需要時間來驗證，但是可以想象的未來，多產(chǎn)品的融合和發(fā)展將會成為主流。

五、變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展趨勢

變頻調(diào)速是最有發(fā)展前途的一種交流調(diào)速方式。目前，變頻器調(diào)速控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于機械、冶金、礦山、化工、石油、紡織、造紙、印染、水泥、船舶、鐵路等行業(yè)。由于變頻器在空調(diào)、電梯、冶金、機械等行業(yè)的廣泛應(yīng)用，變頻調(diào)速電機和與之配套的變頻器發(fā)展迅速。目前佳靈公司生產(chǎn)的十大系列產(chǎn)品幾乎涵蓋了所有交流電氣傳動領(lǐng)域。從空氣動力研究用的變頻控制器到潛艇船舶用的變頻螺旋槳控制器。從風機水泵用的變頻器到家用中央空調(diào)變頻控制器。據(jù)機械信息研究院的統(tǒng)計，2000年，中國變頻器市場容量接近30億。其中日本，歐美品牌占據(jù)主導(dǎo)地位，但成都佳靈等國內(nèi)生產(chǎn)商經(jīng)過近幾年的高速發(fā)展，也已占領(lǐng)了很大一部分低端市場。目前變頻器的國內(nèi)電機配比率仍低于1%，潛在市場巨大，國內(nèi)變頻器市場在未來的5-10年內(nèi)仍將保持高速發(fā)展。以高壓變頻器應(yīng)用市場為例，它具有廣闊的市場需求。變頻器產(chǎn)業(yè)可能會成為像汽車產(chǎn)業(yè)一樣主要產(chǎn)業(yè)，成為國家工業(yè)支柱及命脈。

總之，在未來，交流變頻技術(shù)不斷發(fā)展與革新的過程中，基于變頻器的驅(qū)動控制系統(tǒng)也定會越來越成熟，將其應(yīng)用在煤礦提升系統(tǒng)的改造工作之中，能夠進一步的增加系統(tǒng)安全性與穩(wěn)定性，這也是未來變頻器在煤礦之中應(yīng)用的趨勢。

參考文獻：

[1]朱曉建.淺談國產(chǎn)變頻器的未來發(fā)展趨勢.2019.

[2]趙繼松.我國變頻器技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展淺析.2019.