本文闡述了目前變頻器應(yīng)用發(fā)展?fàn)顩r，對(duì)高壓變頻器的發(fā)展做了深入的探討，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(duì)變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)及今后幾年變頻器產(chǎn)品的國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)狀況做了預(yù)測(cè)。 1 引言 隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及自動(dòng)控制技術(shù)的迅速發(fā)展，電氣傳動(dòng)技術(shù)正面臨一場(chǎng)歷史性的革命。經(jīng)過了二十多年的發(fā)展，近代交流傳動(dòng)逐漸成為電氣傳動(dòng)的主流。異步電動(dòng)機(jī)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(duì)變頻調(diào)速的研究是當(dāng)前電氣傳動(dòng)研究中最活躍、最有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的工作。變頻器產(chǎn)業(yè)的潛力非常巨大，值得強(qiáng)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)”，或者是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(dòng)保護(hù)集成電路的生產(chǎn)、電氣傳動(dòng)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(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)及電機(jī)控制理論的發(fā)展。當(dāng)前競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)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(jī)控制方式以及自動(dòng)化控制水平三個(gè)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?jiǎn)栴}已解決，因此，形成了標(biāo)準(zhǔn)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?yàn)楣β书_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(gè)世界級(jí)的難題，創(chuàng)造了一些電路拓?fù)浔热缃唤蛔冾l、單元串聯(lián)多重化、三電平……如果器件的耐壓能解決，則中、高壓變頻器不也就象低壓變頻器一樣可以形成相同的統(tǒng)一的電路拓?fù)鋯?？所幸的是筆者發(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?jiǎn)栴}，從而為人類對(duì)幾千伏、幾萬(wàn)伏、幾十萬(wàn)伏的電壓進(jìn)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(shí)。 電機(jī)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(guó)產(chǎn)變頻器都停留在V/F控制方式，決定了國(guó)產(chǎn)變頻器只在中低端市場(chǎng)，特別是在風(fēng)機(jī)、泵類的調(diào)速應(yīng)用市場(chǎng)為主，難以和進(jìn)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(dòng)了自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，DSP運(yùn)算技術(shù)引入變頻器中，使復(fù)雜的實(shí)時(shí)運(yùn)算，有了實(shí)現(xiàn)的手段，組成成套系統(tǒng)，變得輕松自如。 人類對(duì)未知世界的不斷探索，以及對(duì)地球可持續(xù)發(fā)展的憂慮，是變頻器發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)力。由于中國(guó)經(jīng)濟(jì)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(guó)利用巨大的存量資產(chǎn)，低成本、快速地實(shí)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(dāng)于人的大腦;另一為執(zhí)行技術(shù)，相當(dāng)于人的四肢。而變頻器作為執(zhí)行技術(shù)的主力軍，當(dāng)然會(huì)形成巨大的商機(jī)。這樣將大大促進(jìn)我國(guó)電力電子技術(shù)的發(fā)展，特別是變頻技術(shù)的發(fā)展。 2 交流調(diào)速技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀以及存在的問題 近年來，交流調(diào)速在國(guó)內(nèi)外發(fā)展十分迅速，打破了過去直流拖動(dòng)在調(diào)速領(lǐng)域中的統(tǒng)治地位，交流調(diào)速拖動(dòng)已進(jìn)入了與直流拖動(dòng)相媲美、相競(jìng)爭(zhēng)、相抗衡的時(shí)代，并有取代的趨勢(shì)，這是現(xiàn)代電力拖動(dòng)發(fā)展的主要特征。 電機(jī)及電氣傳動(dòng)技術(shù)在國(guó)際上已形成相當(dāng)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(guó)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(jì)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(guó)產(chǎn)廠家制造變頻器歷史比較短，技術(shù)積累相對(duì)較少。國(guó)內(nèi)自動(dòng)化行業(yè)的部分人士對(duì)國(guó)產(chǎn)變頻器缺乏信心。但是未來變頻器的發(fā)展趨勢(shì)一定是走國(guó)產(chǎn)化的路，就象國(guó)產(chǎn)彩電工業(yè)一樣。提高國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量是亟待解決的首要問題，從目前國(guó)內(nèi)的眾多品牌來看，真正能給國(guó)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(jìng)爭(zhēng)，國(guó)內(nèi)已有幾個(gè)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(guó)外的品牌，而且這支隊(duì)伍還在不斷擴(kuò)大。因?yàn)樵诟?jìng)爭(zhēng)中，國(guó)內(nèi)無論是技術(shù)和銷售體系會(huì)有一個(gè)質(zhì)的突變的。但目前通用變頻器市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)往往停留在價(jià)格上的拼殺。當(dāng)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(jiān)持不懈地努力，就可以實(shí)現(xiàn)變頻器行業(yè)國(guó)產(chǎn)化產(chǎn)品的輝煌。 外國(guó)月亮比中國(guó)圓的時(shí)代必將結(jié)束，中華民族過去的四大發(fā)明對(duì)世界的進(jìn)步產(chǎn)生了巨大影響，在中華民族的偉大復(fù)興時(shí)代，必將有一大批新的重大發(fā)明推動(dòng)世界的進(jìn)步。大功率高速開關(guān)器件串聯(lián)這一世界難題的解決，實(shí)現(xiàn)了用低壓器件對(duì)高壓電能變換的控制，使人類從此可以對(duì)幾千伏、幾萬(wàn)伏、幾十萬(wàn)伏的高壓電能運(yùn)用電子技術(shù)進(jìn)行任意控制，如變頻、直流輸電、城市電網(wǎng)穩(wěn)壓、無功補(bǔ)償、有源濾波、大功率驅(qū)動(dòng)、蓄能電站控制等，必將提高到一個(gè)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(biāo)志著中國(guó)在電機(jī)控制技術(shù)方面不僅超越了自我，也超越了國(guó)外同行。佳靈人用自己的行動(dòng)在履行著自己的使命:致力科技、造福人類。 3 目前高壓大容量電氣傳動(dòng)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(dòng)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(jìng)爭(zhēng)的熱點(diǎn)。目前國(guó)外高壓大功率變頻技術(shù)產(chǎn)品主要有采用“高－低－高”技術(shù)方式和附加輸入輸出變頻器的德國(guó)SIEMENS公司的SIMOVERTMV系列產(chǎn)品，采用電流源型方式的美國(guó)AB公司的Bulletin 1557和Power Flex 7000系列產(chǎn)品，采用多重化方式的美國(guó)ROBICON公司的系列產(chǎn)品，這些技術(shù)致使其元器件數(shù)量多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，可靠性和效率降低。佳靈IGBT直接串聯(lián)高壓變頻器由四大核心技術(shù)組成，即功率模塊的直接串聯(lián)技術(shù)，抗共模電壓技術(shù)、正弦波技術(shù)以及DSC(直接速度控制)技術(shù)。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(dá)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(jiǎn)單愈可靠，諧波含量完全滿足IEEE519-1992國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。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(xiàng)目已被列入國(guó)家重點(diǎn)技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目。 目前國(guó)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(diǎn)，因?yàn)樵谧冾l器業(yè)界內(nèi)存在著這樣一種說法，誰(shuí)擁有高壓變頻器技術(shù)方面的優(yōu)勢(shì)，誰(shuí)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(duì)目前電工學(xué)的發(fā)展也會(huì)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(biāo)志著中國(guó)目前在高壓變頻器領(lǐng)域在技術(shù)上已經(jīng)超越發(fā)達(dá)國(guó)家的實(shí)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(huì)中產(chǎn)生轟動(dòng)，從而獲得了許多“第一”這樣的榮譽(yù)。成功地將這些技術(shù)轉(zhuǎn)化為公司的生產(chǎn)力是最重要的，只有將轟動(dòng)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(chǎng)需求催生出新技術(shù)。對(duì)于任何一種新技術(shù)來講，要被市場(chǎng)接受并獲得長(zhǎng)期成功不僅需要能進(jìn)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(chǔ)備方面已經(jīng)做好了充分的準(zhǔn)備。 高壓變頻器的推廣也存在較大的市場(chǎng)阻力，由于高壓變頻器往往是工廠(公司)的重要?jiǎng)恿鲃?dòng)設(shè)備，對(duì)于設(shè)備的選型也異常謹(jǐn)慎小心，由于歷史的原因，國(guó)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(guó)外品牌。由于國(guó)家強(qiáng)制執(zhí)行重大設(shè)備招投標(biāo)制度，對(duì)于國(guó)內(nèi)高壓變頻器生產(chǎn)企業(yè)無疑具有較好的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。 4 今后幾年變頻器產(chǎn)品的國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)狀況 變頻調(diào)速技術(shù)以其顯著的節(jié)電效果、優(yōu)良的調(diào)速性能以及廣泛的適用性而成為電氣傳動(dòng)發(fā)展的主流方向。 中國(guó)大部分用戶對(duì)于應(yīng)用變頻器首先是通過國(guó)外變頻器來獲得認(rèn)識(shí)的。因此中國(guó)變頻器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與生俱來便是處于與狼共舞。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)僅待調(diào)速節(jié)能的風(fēng)機(jī)就有4000萬(wàn)臺(tái)，耗電約1500億kWh, 節(jié)能潛力達(dá)450kWh/年; 我國(guó)電網(wǎng)總?cè)萘繛?.5億kW, 電機(jī)年耗用量約為86724億kWh，其中高壓電機(jī)占50%～60%，這是一個(gè)龐大的市場(chǎng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)1993年變頻器總銷售額為4億元，1995年為7億元，1999年為20億元，可見，調(diào)速變頻器尤其是高壓變頻器市場(chǎng)還處于初期開發(fā)階段，但其20%～30%高速增長(zhǎng)的速度及十五期間300多億的市場(chǎng)容量，吸引了眾多廠家和資金的投入，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)加劇。 當(dāng)今世界各方面因素正沖擊著全球電力工業(yè)，在國(guó)外電力生產(chǎn)商之間充斥著十分劇烈的競(jìng)爭(zhēng)，而世界范圍內(nèi)電力生產(chǎn)的市場(chǎng)化加速了生產(chǎn)商采用新技術(shù);其次，嚴(yán)格的環(huán)境要求給所有的電力供應(yīng)商增加了額外的責(zé)任，使電力自動(dòng)化設(shè)備尤其是高壓大功率變頻器的市場(chǎng)開發(fā)空間大大拓展。另外高壓變頻器的最終用戶對(duì)變頻器的自動(dòng)控制、節(jié)能、環(huán)保意識(shí)越來越強(qiáng)烈，迫使其上游提供者尤其是系統(tǒng)集成商更加重視顧客變頻調(diào)速技術(shù)方面的需要，系統(tǒng)集成商將成為一個(gè)重要的銷售渠道。 我們知道任何產(chǎn)品市場(chǎng)的顧客分布都是金字塔形的，在產(chǎn)品技術(shù)上成熟的條件下，越是高端產(chǎn)品需求總量就越小。成都佳靈公司的IGBT直接串聯(lián)高壓變頻器，因其器件最少，質(zhì)量具有可靠性，代表了未來世界真正直接高壓變頻器的發(fā)展潮流。 變頻器技術(shù)發(fā)展的另一個(gè)巨大推動(dòng)力就是市場(chǎng)。一般講，在占工業(yè)用電50%～60%的風(fēng)機(jī)、泵和壓縮機(jī)等通用機(jī)械上使用變頻調(diào)速裝置，可以節(jié)電30%左右。這一類通用機(jī)械的驅(qū)動(dòng)電機(jī)一般是工頻電機(jī)，具有各種可供選擇功能的通用變頻器，其輸出頻率在0～400Hz之間，正適合這類機(jī)械。因此，通用變頻器應(yīng)用非常廣泛，市場(chǎng)潛力很大，目前已形成規(guī)模生產(chǎn)，所以成本較低，價(jià)格便宜。相對(duì)于通用變頻器而言，專為某些有特殊要求的負(fù)載機(jī)械而設(shè)計(jì)制造的是專用變頻器。這類專用變頻器在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門中也是必不可少的，但由于通用性不強(qiáng)，市場(chǎng)需求相對(duì)較小，因此成本較高。 5 變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 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(jī)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(jī)械等行業(yè)的廣泛應(yīng)用，變頻調(diào)速電機(jī)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(dòng)領(lǐng)域。從空氣動(dòng)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(fēng)機(jī)水泵用的變頻器到家用中央空調(diào)變頻控制器。據(jù)機(jī)械信息研究院的統(tǒng)計(jì)，2000年，中國(guó)變頻器市場(chǎng)容量接近30億元。其中日本，歐美品牌占據(jù)主導(dǎo)地位，但成都佳靈等國(guó)內(nèi)生產(chǎn)商經(jīng)過近幾年的高速發(fā)展，業(yè)已占領(lǐng)了很大一部分低端市場(chǎng)。目前變頻器的國(guó)內(nèi)電機(jī)配比率仍低于1%，潛在市場(chǎng)巨大，國(guó)內(nèi)變頻器市場(chǎng)在未來的5~10年內(nèi)仍將保持高速發(fā)展。 佳靈人將憑借對(duì)電力電子技術(shù)多年積累的經(jīng)驗(yàn)和獨(dú)到的思維，對(duì)市場(chǎng)敏銳的洞察力，在城市無功補(bǔ)償、城市電網(wǎng)穩(wěn)壓、有源濾波、直流輸電系統(tǒng)、柔性輸電系統(tǒng)、地鐵與輕軌、電動(dòng)汽車、風(fēng)力發(fā)電、大功率儲(chǔ)能……通過這場(chǎng)電力電子領(lǐng)域的革命來帶動(dòng)各行業(yè)的發(fā)展，更方便地服務(wù)于社會(huì)，使人類對(duì)電能的變換與控制進(jìn)入一個(gè)隨心所欲的新時(shí)代。 6 結(jié)束語(yǔ) 以高壓變頻器應(yīng)用市場(chǎng)為例，它具有廣闊的市場(chǎng)需求。變頻器產(chǎn)業(yè)可能會(huì)像汽車產(chǎn)業(yè)一樣成為主要產(chǎn)業(yè)，成為國(guó)家工業(yè)支柱及命脈。然而這個(gè)市場(chǎng)并不是現(xiàn)成的，需要人們?nèi)ラ_發(fā)。目前，大部分人甚至還沒有認(rèn)識(shí)到通過變頻器技術(shù)到底可以實(shí)現(xiàn)些什么。因此我們需要不斷開拓市場(chǎng)，找出最需要這種技術(shù)的地方，并適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行應(yīng)用。預(yù)計(jì)未來將會(huì)出現(xiàn)很多由風(fēng)險(xiǎn)資金和企業(yè)家投資的企業(yè)來加入變頻器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，百家爭(zhēng)鳴群雄爭(zhēng)霸的局面將會(huì)繼續(xù)，但歷史規(guī)律將會(huì)注定只有不斷創(chuàng)新?lián)碛泻诵募夹g(shù)的企業(yè)才能立于不敗之地。