高壓變頻器的產(chǎn)品和市場(chǎng)狀況

高壓變頻器（在國外稱(chēng)中壓變頻器）自上個(gè)世紀九十年代中期開(kāi)始在國內推廣，經(jīng)過(guò)十年的發(fā)展，今天已經(jīng)普遍為市場(chǎng)所接受，估計今年的市場(chǎng)容量在10億到20億元人民幣之間。本文將從產(chǎn)品技術(shù)和市場(chǎng)兩方面分析高壓變頻器的特點(diǎn)。

   一、高壓變頻器的產(chǎn)品和技術(shù)特點(diǎn)

    上世紀八十年代到九十年代初，高壓電機要實(shí)現調速，主要采用三種方式：（1）液力耦合器方式。即在電機和負載之間串入一個(gè)液力耦合裝置，通過(guò)液面的高低調節電機和負載之間耦合力的大小，實(shí)現負載的速度調節；（2）串級調速。串級調速必須采用繞線(xiàn)式異步電動(dòng)機，將轉子繞組的一部分能量通過(guò)整流、逆變再送回到電網(wǎng)，這樣相當于調節了轉子的內阻，從而改變了電動(dòng)機的滑差；由于轉子的電壓和電網(wǎng)的電壓一般不相等，所以向電網(wǎng)逆變需要一臺變壓器，為了節省這臺變壓器，現在國內市場(chǎng)應用中普遍采用內饋電機的形式，即在定子上再做一個(gè)三相的輔助繞組，專(zhuān)門(mén)接受轉子的反饋能量，輔助繞組也參與做功，這樣主繞組從電網(wǎng)吸收的能量就會(huì )減少，達到調速節能的目的。（3）高低方式。由于當時(shí)高壓變頻技術(shù)沒(méi)有解決，就采用一臺變壓器，先把電網(wǎng)電壓降低，然后采用一臺低壓的變頻器實(shí)現變頻；對于電機，則有兩種辦法，一種辦法是采用低壓電機；另一種辦法，則是繼續采用原來(lái)的高壓電機，需要在變頻器和電機之間增加一臺升壓變壓器。

    上述三種方式，發(fā)展到目前都是比較成熟的技術(shù)。液力耦合器和串級調速的調速精度都比較差，調速范圍較小，維護工作量大，液力耦合器的效率相比變頻調速還有一定的差距，所以這兩項技術(shù)競爭力已經(jīng)不強了。至于高低方式，能夠達到比較好的調速效果，但是相比真正的高壓變頻器，還有如下缺點(diǎn)：效率低，諧波大，對電機的要求比較嚴格，功率較大時(shí)（500KW以上），可靠性較低。高低方式的主要優(yōu)勢在于成本較低。

    目前，主流的高壓變頻器產(chǎn)品主要有三種類(lèi)型：

    (1) 電流源型。如圖1。電流源型逆變部分采用SGCT直接串聯(lián)解決耐壓?jiǎn)?wèn)題，直流部分用電抗器儲存能量，目前的技術(shù)水平可以做到7.2KV輸出電壓，所以適應國內大部分電壓為6KV這一現狀。電流源型變頻器輸入側的功率因數比較低，電抗器的發(fā)熱量較大，效率比電壓源型變頻器低，由于采用電流控制，輸出濾波器的設計比較麻煩，而兩電平變頻器的共模電壓和諧波、dv/dt問(wèn)題較突出，所以對電機的要求較高。雖然電流源型變頻器有可回饋能量的優(yōu)點(diǎn)，但是需要回饋能量的負載畢竟不是太多，尤其是通用型的變頻器，所以電流源型變頻器的市場(chǎng)競爭能力已經(jīng)逐漸變弱。


　

    (2) 功率單元串聯(lián)多電平型。如圖2。此變頻器采用多個(gè)低壓的功率單元串聯(lián)實(shí)現高壓，輸入側的降壓變壓器采用移相方式，可有效消除對電網(wǎng)的諧波污染，輸出側采用多電平正弦PWM技術(shù)，可適用于任何電壓的普通電機，另外，在某個(gè)功率單元出現故障時(shí)，可自動(dòng)退出系統，而其余的功率單元可繼續保持電機的運行，減少停機時(shí)造成的損失。系統采用模塊化設計，可迅速替換故障模塊。由此可見(jiàn)，單元串聯(lián)多電平型變頻器的市場(chǎng)競爭力是很明顯的。

　

    (3) 三電平型。如圖3。三電平型變頻器采用鉗位電路，解決了兩只功率器件的串聯(lián)的問(wèn)題，并使相電壓輸出具有三個(gè)電平。三電平逆變器的主回路結構環(huán)節少，雖然為電壓源型結構，但易于實(shí)現能量回饋。三電平變頻器在國內市場(chǎng)遇到的最大難題是電壓?jiǎn)?wèn)題，其最大輸出電壓達不到6KV，所以往往需要采用變通的方法，要么改變電機的電壓，要么在輸出側加升壓變壓器。這一弱點(diǎn)限制了它的應用。


　

    目前，雖然有人提出了其他不同的高壓變頻器解決方案，但大都不具有明顯的可行性，或者說(shuō)不具有將上述三種主流變頻器結構取而代之的潛力。隨著(zhù)高壓變頻器成本的進(jìn)一步降低，在中等功率市場(chǎng)，高低型變頻器將會(huì )退出競爭，而只關(guān)注于較小功率的場(chǎng)合。對于單元串聯(lián)多電平型變頻器，主要缺點(diǎn)是變流環(huán)節復雜，功率元器件數目多，體積略大一些，但是，在其他的方式不能解決國內應用的需要，高壓器件應用的可靠性還不是太高的情況下，其競爭優(yōu)勢在最近的一段時(shí)期內，可能還是無(wú)法替代的。三電平型變頻器由于輸出電壓不高的問(wèn)題，主要的應用范圍應該是在一些特種領(lǐng)域，如軋鋼機、輪船驅動(dòng)、機車(chē)牽引、提升機等等，這些領(lǐng)域的電機都是特殊定制的，電壓可以不是標準電壓。在一定的功率水平，三電平型變頻器取代傳統的交交變頻器是技術(shù)發(fā)展的趨勢。三電平變頻器的更大發(fā)展有待于更高耐壓的功率器件的出現和現有產(chǎn)品可靠性的進(jìn)一步提高。在超大功率場(chǎng)合，即大約8000KW以上的功率，用可控硅構成的LCI（負載換流逆變器）電流源型變頻器仍舊是主角。

    由于上述的技術(shù)特征，通用型高壓變頻器目前是單元串聯(lián)多電平型變頻器占多數，約7成以上。目前國內以利德華福為代表的高壓變頻器廠(chǎng)家有不下二十家，基本都采用這種電路結構。

    二、高壓變頻器的市場(chǎng)特點(diǎn)

    (1) 市場(chǎng)普遍接受。如果在5年以前推廣高壓變頻器，一般還要給用戶(hù)講解其原理，為什么要使用它。但是現在，經(jīng)過(guò)眾多廠(chǎng)家的共同努力，和市場(chǎng)使用效果的宣傳，用戶(hù)已經(jīng)普遍接受高壓變頻器，只是在眾多廠(chǎng)家中選擇誰(shuí)的問(wèn)題。 

    (2) 業(yè)績(jì)很重要。高壓變頻器一般功率較大，都使用在非常關(guān)鍵的部位。所以用戶(hù)對產(chǎn)品的可靠性是最關(guān)心的�？疾榭煽啃缘淖詈棉k法，就是去已經(jīng)使用的用戶(hù)那里去了解情況，這樣的用戶(hù)越多，說(shuō)服力就越強。

    (3) 服務(wù)的重要性不容忽視。高壓變頻器是大功率的電子設備，在使用中，總會(huì )遇到一些問(wèn)題，高壓變頻器工作的場(chǎng)合又非常關(guān)鍵，因此，對用戶(hù)的及時(shí)服務(wù)是非常重要的。服務(wù)是維持用戶(hù)關(guān)系的非常重要的方面。如果服務(wù)不到位，或者像有些國外廠(chǎng)家，服務(wù)和備件的價(jià)格較高，都會(huì )影響用戶(hù)的選擇。

    (4) 現場(chǎng)的適應性非常重要。一般的高壓變頻器開(kāi)發(fā)廠(chǎng)家，在自己的實(shí)驗室里，都很難完全模仿用戶(hù)現場(chǎng)的情況，所以，產(chǎn)品設計的靈活性怎么樣，到了現場(chǎng)遇到問(wèn)題能否盡快解決，都是非常重要的。由于耗電量大，負載又非常重要，用戶(hù)往往不希望設備較長(cháng)時(shí)間的試運行，所以，產(chǎn)品設計不嚴謹，一旦遇到問(wèn)題，就非常難以解決。近年來(lái)，許多廠(chǎng)家的產(chǎn)品裹足不前，就是這個(gè)原因。

    (5) 價(jià)格進(jìn)一步下降。由于激烈的競爭，以及后來(lái)者為了奪取業(yè)績(jì)而不得已采用的低價(jià)策略，高壓變頻器的價(jià)格下降很快，在某些項目上，一些競爭廠(chǎng)家報出的價(jià)格甚至低于成本價(jià)。

    隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步，高壓變頻器除了在已有的市場(chǎng)上繼續擴大規模外，還將進(jìn)一步擴展應用的領(lǐng)域，對于很多負載，還需要解決變頻器的工程應用上的問(wèn)題�？傊�，高壓變頻器正在迎來(lái)發(fā)展的黃金時(shí)期。