本文闡述了目前變頻器應用發(fā)展狀況，對高壓變頻器的發(fā)展做了深入的探討，分析了交流調(diào)速技術的發(fā)展現(xiàn)狀以及存在的問題，對變頻調(diào)速技術的發(fā)展趨勢及今后幾年變頻器產(chǎn)品的國內(nèi)外市場狀況做了預測。 1 引言 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(fā)展，電氣傳動技術正面臨一場歷史性的革命。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)”應該是“變頻器技術產(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，變頻器技術產(chǎn)業(yè)包括所有與變頻器技術相關的產(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、工業(yè)應用與其它。 變頻器的快速發(fā)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(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、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(jié)構，也不容易產(chǎn)生新的創(chuàng)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?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、高壓變頻器不也就象低壓變頻器一樣可以形成相同的統(tǒng)一的電路拓撲嗎？所幸的是筆者發(fā)明的功率開關直接串聯(lián)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(xiàn)實。 電機控制方式?jīng)Q定了變頻器的性能水平和應用范圍、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。信息技術的發(fā)展也帶動了自動化技術的發(fā)展，DSP運算技術引入變頻器中，使復雜的實時運算，有了實現(xiàn)的手段，組成成套系統(tǒng)，變得輕松自如。 人類對未知世界的不斷探索，以及對地球可持續(xù)發(fā)展的憂慮，是變頻器發(fā)展的強大動力。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?，F(xiàn)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(zhí)行技術，相當于人的四肢。而變頻器作為執(zhí)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(fā)展，特別是變頻技術的發(fā)展。 2 交流調(diào)速技術的發(fā)展現(xiàn)狀以及存在的問題 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在國際上已形成相當規(guī)模的應用產(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理論的研究工作，產(chǎn)品的設計和制造有關的技術，以及與產(chǎn)品應用有關的各種技術。 由于國產(chǎn)廠家制造變頻器歷史比較短，技術積累相對較少。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，就象國產(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)技術應該是比較成熟的，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)無論是技術和銷售體系會有一個質(zhì)的突變的。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。 外國月亮比中國圓的時代必將結(jié)束，中華民族過去的四大發(fā)明對世界的進步產(chǎn)生了巨大影響，在中華民族的偉大復興時代，必將有一大批新的重大發(fā)明推動世界的進步。大功率高速開關器件串聯(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進行任意控制，如變頻、直流輸電、城市電網(wǎng)穩(wěn)壓、無功補償、有源濾波、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。佳靈人用自己的行動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的研發(fā)狀況 電力電子器件技術的不斷發(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。目前國外高壓大功率變頻技術產(chǎn)品主要有采用“高－低－高”技術方式和附加輸入輸出變頻器的德國SIEMENS公司的SIMOVERTMV系列產(chǎn)品，采用電流源型方式的美國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ROBICON公司的系列產(chǎn)品，這些技術致使其元器件數(shù)量多，結(jié)構復雜，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組成，即功率模塊的直接串聯(lián)技術，抗共模電壓技術、正弦波技術以及DSC(直接速度控制)技術。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串聯(lián)專利技術，解決了IGBT直接串聯(lián)的世界難題，由于其技術上的突破，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的世界首家企業(yè)，該項目已被列入國家重點技術創(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(yè)界內(nèi)存在著這樣一種說法，誰擁有高壓變頻器技術方面的優(yōu)勢，誰就將在未來的變頻器行業(yè)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(chuàng)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(qū)，對目前電工學的發(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域在技術上已經(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在大學和重要的學術交流研討會中產(chǎn)生轟動，從而獲得了許多“第一”這樣的榮譽。成功地將這些技術轉(zhuǎn)化為公司的生產(chǎn)力是最重要的，只有將轟動的技術轉(zhuǎn)化成商業(yè)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(chǎn)，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(chǎn)技術儲備方面已經(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)的重要動力傳動設備，對于設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。 4 今后幾年變頻器產(chǎn)品的國內(nèi)外市場狀況 變頻調(diào)速技術以其顯著的節(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發(fā)展的主流方向。 中國大部分用戶對于應用變頻器首先是通過國外變頻器來獲得認識的。因此中國變頻器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與生俱來便是處于與狼共舞。據(jù)統(tǒng)計，我國僅待調(diào)速節(jié)能的風機就有4000萬臺，耗電約1500億kWh, 節(jié)能潛力達450kWh/年; 我國電網(wǎng)總?cè)萘繛?.5億kW, 電機年耗用量約為86724億kWh，其中高壓電機占50%～60%，這是一個龐大的市場。據(jù)統(tǒng)計，我國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還處于初期開發(fā)階段，但其20%～30%高速增長的速度及十五期間300多億的市場容量，吸引了眾多廠家和資金的投入，市場競爭加劇。 當今世界各方面因素正沖擊著全球電力工業(yè)，在國外電力生產(chǎn)商之間充斥著十分劇烈的競爭，而世界范圍內(nèi)電力生產(chǎn)的市場化加速了生產(chǎn)商采用新技術;其次，嚴格的環(huán)境要求給所有的電力供應商增加了額外的責任，使電力自動化設備尤其是高壓大功率變頻器的市場開發(fā)空間大大拓展。另外高壓變頻器的最終用戶對變頻器的自動控制、節(jié)能、環(huán)保意識越來越強烈，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)速技術方面的需要，系統(tǒng)集成商將成為一個重要的銷售渠道。 我們知道任何產(chǎn)品市場的顧客分布都是金字塔形的，在產(chǎn)品技術上成熟的條件下，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。 變頻器技術發(fā)展的另一個巨大推動力就是市場。一般講，在占工業(yè)用電50%～60%的風機、泵和壓縮機等通用機械上使用變頻調(diào)速裝置，可以節(jié)電30%左右。這一類通用機械的驅(qū)動電機一般是工頻電機，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，正適合這類機械。因此，通用變頻器應用非常廣泛，市場潛力很大，目前已形成規(guī)模生產(chǎn)，所以成本較低，價格便宜。相對于通用變頻器而言，專為某些有特殊要求的負載機械而設計制造的是專用變頻器。這類專用變頻器在國民經(jīng)濟各部門中也是必不可少的，但由于通用性不強，市場需求相對較小，因此成本較高。 5 變頻調(diào)速技術的發(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30億元。其中日本，歐美品牌占據(jù)主導地位，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，業(yè)已占領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。 佳靈人將憑借對電力電子技術多年積累的經(jīng)驗和獨到的思維，對市場敏銳的洞察力，在城市無功補償、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、電動汽車、風力發(fā)電、大功率儲能……通過這場電力電子領域的革命來帶動各行業(yè)的發(fā)展，更方便地服務于社會，使人類對電能的變換與控制進入一個隨心所欲的新時代。 6 結(jié)束語 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(chǎn)業(yè)可能會像汽車產(chǎn)業(yè)一樣成為主要產(chǎn)業(yè)，成為國家工業(yè)支柱及命脈。然而這個市場并不是現(xiàn)成的，需要人們?nèi)ラ_發(fā)。目前，大部分人甚至還沒有認識到通過變頻器技術到底可以實現(xiàn)些什么。因此我們需要不斷開拓市場，找出最需要這種技術的地方，并適當?shù)剡M行應用。預計未來將會出現(xiàn)很多由風險資金和企業(yè)家投資的企業(yè)來加入變頻器產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，百家爭鳴群雄爭霸的局面將會繼續(xù)，但歷史規(guī)律將會注定只有不斷創(chuàng)新?lián)碛泻诵募夹g的企業(yè)才能立于不敗之地。