國產變頻器的未來發展趨勢

杜大帥

摘要：中國自動化行業經歷了多年的快速發展，變頻器在產品性能和外觀方面都有了很大的進步，涌現出了很多變頻器制造企業。隨著中美貿易戰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為核心的頭部用戶正在逐漸接受國產化理念，國內逆變器企業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集中。

關鍵詞：變頻器;現狀;發展趨勢;

闡述了目前變頻器應用發展狀況，對高壓變頻器的發展做了深入的說明，分析了交流調速技術的發展現狀以及存在的問題，對變頻調速技術的發展趨勢及今后幾年變頻器產品的國內外市場狀況做出預測。

一、現階段變頻器技術的發展狀況

隨著電力電子技術、計算機技術以及自動控制技術的迅速發展，電氣傳動技術正面臨一場歷史革命。經過了二十多年的發展，近代交流傳動逐漸成為電氣傳動的主流。異步電動機調速系統中，效率最高、性能最好的是變頻調速系統，因此，對變頻調速的研究是當前電氣傳動研究中最活躍、最有實際應用價值的工作。變頻器產業的潛力非常巨大，值得強調的是，這里的“變頻器產業”應該是“變頻器技術產業”，或者說叫inverter technology產業。正如IT產業不僅限于PC一樣，變頻器技術產業包括所有與變頻器技術相關的產業，即電力電子器件的生產，驅動保護集成電路的生產，電氣傳動與系統控制技術，工業應用與其它。變頻器的快速發展得益于電力電子技術、計算機技術和自動控制技術及電機控制理論的發展。當前競爭的焦點在于高壓變頻器的研究開發生產方面。變頻器的發展水平是由電力電子技術、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構，也不容易產生新的創新拓樸。也正因為功率開關器件的耐壓滿足不了中、高壓變頻器的需要，因此人們為了回避這個世界級的難題，創造了一些電路拓撲比如交交變頻、單元串聯多重化、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一的電路拓撲嗎？所幸的是發明的功率開關直接串聯技術，徹底解決了功率開關器件的耐壓問題，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。其中的應用之一就是使真正的直接高壓變頻器成為了現實。電機控制方式決定了變頻器的性能水平和應用范圍、效果。國產變頻器都停留在V/F控制方式，決定了國產變頻器只在中低端市場，特別是在風機、泵類的調速應用市場為主，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象。信息技術的發展也帶動了自動化技術的發展，DSP運算技術引入變頻器中，使復雜的實時運算，有了實現的手段，組成成套系統，變得輕松自如。由于中國經濟的蓬勃發展，改革開放已發展到只有靠降低能耗、提高質量，特別是用現代電子技術改造傳統產業，從而使中國利用巨大的存量資產，低成本、快速地實現現代化成為迫切任務。現代電子技術有兩大基石，一為信息處理技術，相當于人的大腦;另一為執行技術，相當于人的四肢。而變頻器作為執行技術的主力軍，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的發展，特別是變頻技術的發展。

二、交流調速技術的發展現狀與存在的問題

近年來，交流調速在國內外發展十分迅速，打破了過去直流拖動在調速領域中的統治地位，交流調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，這是現代電力拖動發展的主要特征。電機及電氣傳動技術在國際上已形成相當規模的應用產業，變頻器產業的發展，首先需要得到國家宏觀政策的支持，其次作為生產廠家必須提高內功，需要提高變頻器相關理論的研究工作，產品的設計和制造有關的技術，以及與產品應用有關的各種技術。由于國產廠家制造變頻器歷史比較短，技術積累相對較少。國內自動化行業的部分人士對國產變頻器缺乏信心。但是未來變頻器的發展趨勢一定是走國產化的路，就像國產彩電工業一樣。提高國產產品的質量是亟待解決的首要問題，從目前國內的眾多品牌來看，真正能給國外比如富士、三菱、西門子、ABB等帶來沖擊的為數不多。經過幾年的競爭，國內已有幾個品牌（比如佳靈）技術應該是比較成熟的，它們已能挑戰國外的品牌，而且這支隊伍還在不斷擴大。因為在競爭中，國內無論是技術和銷售體系會有一個質的突變。但目前通用變頻器市場上競爭往往停留在價格上的拼殺。當今家電行業及開關電源行業的發展歷程告訴我們只要堅持不懈地努力，就可以實現變頻器行業國產化產品的輝煌。大功率高速開關器件串聯這一世界難題的解決，實現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進行任意控制，如變頻、直流輸電、潮流控制、城市電網穩壓、無功補償、有償濾波、大功率驅動、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狀況

電力電子器件技術的不斷發展，使得耐高壓、大電流的新型電力電子器件已經應用于電氣傳動系統。佳靈IGBT直接串聯高壓變頻器正成為未來的技術主流。高壓大功率變頻器因其在電磁兼容、電磁輻射、串聯技術等方面問題有很大的技術難度，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直接串聯高壓變頻器成為目前世界上體積與占地面積最小的產品，變頻器效率高達98%以上。成都佳靈電氣制造有限公司的IGBT直接串聯高壓變頻器利用功率開關串聯專利技術，解決了IGBT直接串聯的世界難題，由于其技術上的突破，使其內部電子器件數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的世界首家企業，該項目已被列入國家重點技術創新項目。目前國內諸多變頻器生產廠家都在高壓變頻器領域投入大量的人力與物力，力求在目前變頻器技術方面占領制高點，因為在變頻器業界存在著這樣一種說法，誰擁有高壓變頻器技術方面的優勢，誰就將在未來的變頻器行業乃至工控領域占有一席之地。佳靈公司在技術變革與技術創新方面打破了原有的理性構想，推翻了先前的學術研究方面的禁區，對目前電工學的發展也會產生不同的影響。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域在技術上已經超越發達國家的實力。IGBT直接高壓變頻器這樣的新技術在大學和重要的學術交流研討會中產生轟動，從而獲得了許多“第一”的榮譽。成功將這些技術轉化為公司的生產力是最重要的，只有將先進的技術轉化成商業應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。對于任何一種新技術來講，要被市場接受并獲得長期成功不僅需要能進行批量生產，而且必須要證明它是可靠的，這是開始階段付諸應用的關鍵。目前佳靈公司從生產技術儲備方面已經做好了充分的準備。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）的重要動力傳動設備，對于設備的選型也異常謹慎小心，由于歷史的原因，國內有較大的崇洋心理。所以絕大多數廠家首先考慮的是國外品牌。由于國家強制執行重大設備招投標制度，對于國內高壓變頻器生產企業無疑具有較好的競爭優勢。

四、變頻器從產品技術的發展

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

2.從傳統的變頻器本體的開發更多的向工業自動化整合能力轉變。做行業的專有機型，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生分化的一個關鍵變量。

3.基于數據的接入能力的建設。工業4.0已經成為未來制造業的標配，對于自動化廠家來說，如何將自身的設備無縫地接入工業4.0的網絡這一問題亟需考慮。產品不再是一個單一的點上的驅動器，而成為現場設備的一個邊緣側的終端，不僅僅實現的是單個設備的功能，更重要的是成為現場設備接入工業4.0網絡的一個接口，包括現場設備的維護、診斷，甚至也可以是一個具備邊緣計算能力的現場設備管理終端。

4.未來的變頻器不再是一個原生態的產品，更多的是一個平臺。基于不同的行業，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的驅動器向一個開放的自動化平臺轉移，各類用戶都可以通過基于平臺的組態和整合，將自己對于行業Know-How的理解在平臺上實現，最終形成自己獨有的知識產權。變頻器所有的變化都是s基于工業自動化行業的變化來展開的，隨著大規模定制化需求的持續深化，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自動化整體技術的融合而消失，這個還需要時間來驗證，但是可以想象的未來，多產品的融合和發展將會成為主流。

五、變頻調速技術的發展趨勢

變頻調速是最有發展前途的一種交流調速方式。目前，變頻器調速控制系統廣泛應用于機械、冶金、礦山、化工、石油、紡織、造紙、印染、水泥、船舶、鐵路等行業。由于變頻器在空調、電梯、冶金、機械等行業的廣泛應用，變頻調速電機和與之配套的變頻器發展迅速。目前佳靈公司生產的十大系列產品幾乎涵蓋了所有交流電氣傳動領域。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變頻控制器。據機械信息研究院的統計，2000年，中國變頻器市場容量接近30億。其中日本，歐美品牌占據主導地位，但成都佳靈等國內生產商經過近幾年的高速發展，也已占領了很大一部分低端市場。目前變頻器的國內電機配比率仍低于1%，潛在市場巨大，國內變頻器市場在未來的5-10年內仍將保持高速發展。以高壓變頻器應用市場為例，它具有廣闊的市場需求。變頻器產業可能會成為像汽車產業一樣主要產業，成為國家工業支柱及命脈。

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

參考文獻：

[1]朱曉建.淺談國產變頻器的未來發展趨勢.2019.

[2]趙繼松.我國變頻器技術的應用與發展淺析.2019.