国产变频器的未来发展趋势
杜大帅
摘要：中国自动化行业经历了多年的快速发展，变频器在产品性能和外观方面都有了很大的进步，涌现出了很多变频器制造企业。随着中美贸易战和新冠肺炎疫情的影响，我们深刻感受到以国有大中型企业为核心的头部用户正在逐渐接受国产化理念，国内逆变器企业将迎来相对较大的市场机遇。近期受大宗材料涨价和缺芯影响，逆变器市场也开始进入整合期，市场订单逐渐向头部企业集中。
关键词：变频器;现状;发展趋势;
阐述了目前变频器应用发展状况，对高压变频器的发展做了深入的说明，分析了交流调速技术的发展现状以及存在的问题，对变频调速技术的发展趋势及今后几年变频器产品的国内外市场状况做出预测。
一、现阶段变频器技术的发展状况
随着电力电子技术、计算机技术以及自动控制技术的迅速发展，电气传动技术正面临一场历史革命。经过了二十多年的发展，近代交流传动逐渐成为电气传动的主流。异步电动机调速系统中，效率最高、性能最好的是变频调速系统，因此，对变频调速的研究是当前电气传动研究中最活跃、最有实际应用价值的工作。变频器产业的潜力非常巨大，值得强调的是，这里的“变频器产业”应该是“变频器技术产业”，或者说叫inverter technology产业。正如IT产业不仅限于PC一样，变频器技术产业包括所有与变频器技术相关的产业，即电力电子器件的生产，驱动保护集成电路的生产，电气传动与系统控制技术，工业应用与其它。变频器的快速发展得益于电力电子技术、计算机技术和自动控制技术及电机控制理论的发展。当前竞争的焦点在于高压变频器的研究开发生产方面。变频器的发展水平是由电力电子技术、电机控制方式以及自动化控制水平三个方面决定的。在低压变频器领域，由于电力电子器件的耐压问题已解决，因此，形成了标准的电路拓朴结构，也不容易产生新的创新拓朴。也正因为功率开关器件的耐压满足不了中、高压变频器的需要，因此人们为了回避这个世界级的难题，创造了一些电路拓扑比如交交变频、单元串联多重化、三电平，如果器件的耐压能解决，则中、高压变频器不也就像低压变频器一样可以形成相同的统一的电路拓扑吗？所幸的是发明的功率开关直接串联技术，彻底解决了功率开关器件的耐压问题，从而为人类对几千伏、几万伏、几十万伏的电压进行随心所欲的控制、管理开辟了一条新的道路。其中的应用之一就是使真正的直接高压变频器成为了现实。电机控制方式决定了变频器的性能水平和应用范围、效果。国产变频器都停留在V/F控制方式，决定了国产变频器只在中低端市场，特别是在风机、泵类的调速应用市场为主，难以和进口品牌匹敌。成都佳灵推出的直接速度控制方式（DSC），也许将彻底改变这一现象。信息技术的发展也带动了自动化技术的发展，DSP运算技术引入变频器中，使复杂的实时运算，有了实现的手段，组成成套系统，变得轻松自如。由于中国经济的蓬勃发展，改革开放已发展到只有靠降低能耗、提高质量，特别是用现代电子技术改造传统产业，从而使中国利用巨大的存量资产，低成本、快速地实现现代化成为迫切任务。现代电子技术有两大基石，一为信息处理技术，相当于人的大脑;另一为执行技术，相当于人的四肢。而变频器作为执行技术的主力军，当然会形成巨大的商机。这样将大大促进我国电力电子技术的发展，特别是变频技术的发展。
二、交流调速技术的发展现状与存在的问题
近年来，交流调速在国内外发展十分迅速，打破了过去直流拖动在调速领域中的统治地位，交流调速拖动已进入了与直流拖动相媲美、相竞争、相抗衡的时代，并有取代的趋势，这是现代电力拖动发展的主要特征。电机及电气传动技术在国际上已形成相当规模的应用产业，变频器产业的发展，首先需要得到国家宏观政策的支持，其次作为生产厂家必须提高内功，需要提高变频器相关理论的研究工作，产品的设计和制造有关的技术，以及与产品应用有关的各种技术。由于国产厂家制造变频器历史比较短，技术积累相对较少。国内自动化行业的部分人士对国产变频器缺乏信心。但是未来变频器的发展趋势一定是走国产化的路，就像国产彩电工业一样。提高国产产品的质量是亟待解决的首要问题，从目前国内的众多品牌来看，真正能给国外比如富士、三菱、西门子、ABB等带来冲击的为数不多。经过几年的竞争，国内已有几个品牌（比如佳灵）技术应该是比较成熟的，它们已能挑战国外的品牌，而且这支队伍还在不断扩大。因为在竞争中，国内无论是技术和销售体系会有一个质的突变。但目前通用变频器市场上竞争往往停留在价格上的拼杀。当今家电行业及开关电源行业的发展历程告诉我们只要坚持不懈地努力，就可以实现变频器行业国产化产品的辉煌。大功率高速开关器件串联这一世界难题的解决，实现了用低压器件对高压电能变换的控制，使人类从此可以对几千伏、几万伏、几十万伏的高压电能运用电子技术进行任意控制，如变频、直流输电、潮流控制、城市电网稳压、无功补偿、有偿滤波、大功率驱动、蓄能电站控制等，必将提高到一个崭新的水平，使电子技术的二次革命得以最后完成，而直接速度控制理论（DSC）的诞生，则标志着中国在电机控制技术方面不仅超越了自我，也超越了国外同行。
三、目前高压大容量电气传动的研发状况
电力电子器件技术的不断发展，使得耐高压、大电流的新型电力电子器件已经应用于电气传动系统。佳灵IGBT直接串联高压变频器正成为未来的技术主流。高压大功率变频器因其在电磁兼容、电磁辐射、串联技术等方面问题有很大的技术难度，成为世界各大电气公司竞争的热点。IGBT直接高壓变频器完全舍弃了输入输出变压器，使得IGBT直接高压变频器完全舍弃了输入GBT直接串联高压变频器成为目前世界上体积与占地面积最小的产品，变频器效率高达98%以上。成都佳灵电气制造有限公司的IGBT直接串联高压变频器利用功率开关串联专利技术，解决了IGBT直接串联的世界难题，由于其技术上的突破，使其内部电子器件数目减少到了目前变频器的最低值，增加了变频器的可靠性，可谓愈简单愈可靠，谐波含量完全满足IEEE519-1992国际标准。佳灵公司是目前唯一拥有真正直接高压大功率变频技术的世界首家企业，该项目已被列入国家重点技术创新项目。目前国内诸多变频器生产厂家都在高压变频器领域投入大量的人力与物力，力求在目前变频器技术方面占领制高点，因为在变频器业界存在着这样一种说法，谁拥有高压变频器技术方面的优势，谁就将在未来的变频器行业乃至工控领域占有一席之地。佳灵公司在技术变革与技术创新方面打破了原有的理性构想，推翻了先前的学术研究方面的禁区，对目前电工学的发展也会产生不同的影响。成都佳灵公司IGBT直接高压变频器的成功推出，标志着中国目前在高压变频器领域在技术上已经超越发达国家的实力。IGBT直接高压变频器这样的新技术在大学和重要的学术交流研讨会中产生轰动，从而获得了许多“第一”的荣誉。成功将这些技术转化为公司的生产力是最重要的，只有将先进的技术转化成商业应用的公司才算是取得成功的公司。永无止境的市场需求催生出新技术。对于任何一种新技术来讲，要被市场接受并获得长期成功不仅需要能进行批量生产，而且必须要证明它是可靠的，这是开始阶段付诸应用的关键。目前佳灵公司从生产技术储备方面已经做好了充分的准备。高压变频器的推广也存在较大的市场阻力，由于高压变频器往往是工厂（公司）的重要动力传动设备，对于设备的选型也异常谨慎小心，由于历史的原因，国内有较大的崇洋心理。所以绝大多数厂家首先考虑的是国外品牌。由于国家强制执行重大设备招投标制度，对于国内高压变频器生产企业无疑具有较好的竞争优势。
四、变频器从产品技术的发展
1.通用市场在持续保持的同时，基于场景的行业专用机型在快速发展。传统的使用通用变频器来覆盖所有行业的做法，已经逐步被基于行业场景的精准设计所替代，更多的国产厂家都在围绕特定行业、特定客户和特定的设备，开发定制化的方案，以更好地贴近客户的应用、解决客户的痛点、提升产品的竞争力，这已经成为OEM市场的主流打法。此做法需要厂家有雄厚的技术实力、快速的市场响应、行业的工艺积累，这是未来变频器行业市场分化的一个关键点。
2.从传统的变频器本体的开发更多的向工业自动化整合能力转变。做行业的专有机型，不再仅仅局限在变频器本体，而更多地需要将整个自动化的能力整合为一个完整的解决方案，需要有伺服、HMI、PLC甚至有可能是视觉、气动等多种能力的整合，只有把所有的这些能力整合为一体，才能真正做出有竞争力的解决方案，而这个能力也是未来自动化市场发生分化的一个关键变量。
3.基于数据的接入能力的建设。工业4.0已经成为未来制造业的标配，对于自动化厂家来说，如何将自身的设备无缝地接入工业4.0的网络这一问题亟需考虑。产品不再是一个单一的点上的驱动器，而成为现场设备的一个边缘侧的终端，不仅仅实现的是单个设备的功能，更重要的是成为现场设备接入工业4.0网络的一个接口，包括现场设备的维护、诊断，甚至也可以是一个具备边缘计算能力的现场设备管理终端。
4.未来的变频器不再是一个原生态的产品，更多的是一个平台。基于不同的行业，有不同的厂家提供完整的解决方案，任何一个自动化厂家都不可能通吃，因而我们未来需要从单一的原生态的驱动器向一个开放的自动化平台转移，各类用户都可以通过基于平台的组态和整合，将自己对于行业Know-How的理解在平台上实现，最终形成自己独有的知识产权。变频器所有的变化都是s基于工业自动化行业的变化来展开的，随着大规模定制化需求的持续深化，我们需要有更多的变化，变频器这个单一的品类未来是否会随着工业自动化整体技术的融合而消失，这个还需要时间来验证，但是可以想象的未来，多产品的融合和发展将会成为主流。
五、变频调速技术的发展趋势
变频调速是最有发展前途的一种交流调速方式。目前，变频器调速控制系统广泛应用于机械、冶金、矿山、化工、石油、纺织、造纸、印染、水泥、船舶、铁路等行业。由于变频器在空调、电梯、冶金、机械等行业的广泛应用，变频调速电机和与之配套的变频器发展迅速。目前佳灵公司生产的十大系列产品几乎涵盖了所有交流电气传动领域。从空气动力研究用的变频控制器到潜艇船舶用的变频螺旋桨控制器。从风机水泵用的變频器到家用中央空调变频控制器。据机械信息研究院的统计，2000年，中国变频器市场容量接近30亿。其中日本，欧美品牌占据主导地位，但成都佳灵等国内生产商经过近几年的高速发展，也已占领了很大一部分低端市场。目前变频器的国内电机配比率仍低于1%，潜在市场巨大，国内变频器市场在未来的5-10年内仍将保持高速发展。以高压变频器应用市场为例，它具有广阔的市场需求。变频器产业可能会成为像汽车产业一样主要产业，成为国家工业支柱及命脉。
总之，在未来，交流变频技术不断发展与革新的过程中，基于变频器的驱动控制系统也定会越来越成熟，将其应用在煤矿提升系统的改造工作之中，能够进一步的增加系统安全性与稳定性，这也是未来变频器在煤矿之中应用的趋势。
参考文献：
[1]朱晓建.浅谈国产变频器的未来发展趋势.2019.
[2]赵继松.我国变频器技术的应用与发展浅析.2019.
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