2009-2012年中國高壓變頻器行業(yè)市場分析研究及預測報告

中國高壓變頻器行業(yè)市場分析研究及預測報告PAGEPAGE1812009-2012年中國高壓變頻器行業(yè)市場分析研究及預測報告北京中訊國際信息咨詢中心第一章中國高壓變頻器制造業(yè)基本概況 7第一節(jié)國內(nèi)變頻發(fā)展歷史 11第二節(jié)國內(nèi)高壓變頻器生產(chǎn)情況 15第三節(jié)中國變頻市場的外國品牌調(diào)查 17第四節(jié)高壓變頻器的應用分析 20第二章中國高壓變頻器行業(yè)宏觀環(huán)境及行業(yè)現(xiàn)狀 28第一節(jié)政策環(huán)境 28第二節(jié)經(jīng)濟環(huán)境 29第三節(jié)我國高壓變頻器技術的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 40第三章2009-2012年國際高壓變頻器市場現(xiàn)狀分析及預測 45第一節(jié)中國高壓變頻器市場特點透析 45一、市場規(guī)模增長速度快，潛力大 46二、產(chǎn)品仍不成熟，技術在不斷發(fā)展提高 47三、競爭激烈，格局尚不穩(wěn)定，仍有大量新入者 47四、用戶接受程度在不斷提高 47五、產(chǎn)品價格在逐漸下降 47第二節(jié)中國高壓變頻器市場渠道特點 48第三節(jié)中國高壓變頻器出貨值中產(chǎn)品構(gòu)成 51一、操作方式構(gòu)成 51二、產(chǎn)品技術類型構(gòu)成 52三、產(chǎn)品電壓構(gòu)成 53四、產(chǎn)品尺寸型號構(gòu)成 54第四節(jié)出貨地區(qū)構(gòu)成 59第五節(jié)變頻器在發(fā)達國家的廣泛應用 60第四章2009年中國高壓變頻器行業(yè)市場運行情況分析 61第一節(jié)國內(nèi)高壓變頻器市場銷售情況 61第二節(jié)國內(nèi)變頻器市場地區(qū)品牌占有率 61一、國內(nèi)品牌在逐漸形成與國外知名品牌相比，還存在較大差距。 61二、臺灣品牌在大陸發(fā)展較好 62第三節(jié)國內(nèi)各變頻器品牌市場分析 62一、西門子 63二、ABB 63三、利德華福 64四、臺達 64五、佳靈 66六、普傳 67七、新風光 68八、森蘭 69九、合康億盛 70十、智光電氣 70十一、九洲電氣 71十二、安邦信 71第四節(jié)高壓變頻器在用數(shù)量情況調(diào)查 72第五章中國高壓變頻器行業(yè)競爭態(tài)勢預測 74第一節(jié)高壓變頻器行業(yè)的發(fā)展周期 74一、高壓變頻器行業(yè)的經(jīng)濟周期 74二、高壓變頻器行業(yè)的增長性與波動性 75三、高壓變頻器行業(yè)的成熟度 75第二節(jié)高壓變頻器行業(yè)歷史競爭格局綜述 76一、高壓變頻器行業(yè)集中度分析 76二、高壓變頻器行業(yè)競爭程度 77第三節(jié)高壓變頻器行業(yè)企業(yè)競爭狀況分析 79一、領導企業(yè)的市場力量 79二、其他企業(yè)的競爭力 79第四節(jié)高壓變頻器行業(yè)國際競爭者的影響 79一、國內(nèi)高壓變頻器行業(yè)企業(yè)的SWOT 80二、國際高壓變頻器行業(yè)企業(yè)的SWOT 81第五節(jié)2009-2012年中國高壓變頻器行業(yè)競爭格局展望 83第六章2009-2012年我國下游行業(yè)需求預測分析 86第一節(jié)石油石化行業(yè) 87第二節(jié)冶金行業(yè) 93第三節(jié)電力行業(yè) 96第四節(jié)鋼鐵行業(yè) 104第五節(jié)市政行業(yè) 106第六節(jié)建材行業(yè) 107第七節(jié)輕工行業(yè) 114第八節(jié)礦山行業(yè) 116第九節(jié)其它行業(yè) 117第七章高壓變頻器技術發(fā)展方向分析研究 125第一節(jié)國外變頻器技術研究 125第二節(jié)我國變頻器技術現(xiàn)狀分析 126一、關于功率器件 127二、關于控制方式 131三、關于PWM技術 132第三節(jié)變頻器技術發(fā)展趨勢研究 133一、我國自主研發(fā)出具有國際水平的高端變頻器 133二、松下電工推出簡易矢量型變頻器VF100 134三、高壓變頻器將以技術為導向向大功率邁進 136四、森蘭新一代SB-HV高壓變頻器面市 136第八章中國高壓變頻器進出口分析與預測 138第一節(jié)行業(yè)進口統(tǒng)計分析 138一、進口數(shù)量統(tǒng)計 140二、進口金額分析 140三、按進口地區(qū)統(tǒng)計 141第二節(jié)行業(yè)出口統(tǒng)計分析 141一、出口數(shù)量統(tǒng)計 141二、出口金額分析 142三、出口地區(qū)分析 142第三節(jié)行業(yè)進出口價格變化分析 142一、平均進口單價分析 142二、平均出口單價分析 142第九章優(yōu)勢企業(yè)運營與競爭分析 143第一節(jié)西門子 143第二節(jié)三菱 144第三節(jié)ABB 147第四節(jié)普傳 149第五節(jié)利德華福 150第六節(jié)森蘭 152第十章2009-2012年中國高壓變頻器行業(yè)市場供需形勢預測 153第一節(jié)主要行業(yè)市場潛力 153第二節(jié)未來5年大型生產(chǎn)企業(yè)變頻器需求調(diào)查情況 154第三節(jié)影響高壓變頻器市場需求的因素分析 154一、有利因素 154二、不利因素 155第四節(jié)國家在發(fā)展變頻調(diào)速技術方面的政策 155第五節(jié)高壓變頻器市場供給形勢預測 156第十一章近期我國在建、擬在建高壓變頻項目動態(tài)分析 157第一節(jié)日照鋼鐵燒結(jié)項目 157第二節(jié)龍源興安盟牤牛海一期升壓站工程 157第三節(jié)山東泰山鋼鐵集團有限公司60t電爐SVC工程 158第四節(jié)九洲電氣獲得1.5MW全功率風電變流器訂單 158第十二章2009-2012年中國高壓變頻器行業(yè)投資機會與風險展望 160第一節(jié)高壓變頻器行業(yè)投資機會 160第二節(jié)高壓變頻器行業(yè)投資風險分析 162一、宏觀調(diào)控風險 162二、行業(yè)競爭風險 163三、技術創(chuàng)新風險 164第十三章2009-2012年中國高壓變頻器行業(yè)企業(yè)經(jīng)營戰(zhàn)略建議 165第一節(jié)國內(nèi)企業(yè)的經(jīng)驗借鑒 165第二節(jié)2009-2012年高壓變頻器行業(yè)企業(yè)的資本運作模式 167第三節(jié)2009-2012年高壓變頻器行業(yè)企業(yè)營銷模式建議 168一、高壓變頻器行業(yè)企業(yè)的國內(nèi)營銷模式建議 168二、高壓變頻器行業(yè)企業(yè)海外營銷模式建議 169第十四章業(yè)界動態(tài) 170第一節(jié)利德華福高壓變頻技術成功改造礦井提升機系統(tǒng) 170第二節(jié)榮信股份與中國電科院中電普瑞科技公司簽署戰(zhàn)略合作框架協(xié)議 172第三節(jié)九洲電氣高壓變頻器裝置拉法基水泥廠運行成功 172第四節(jié)智光電氣下線超大容量高壓變頻器 173第五節(jié)服務世界機床第一方陣臺達變頻器為大連機床舉辦高端培訓 173第六節(jié)合康同步電機高壓變頻裝置獲得山東省煤炭科學技術獎 175第七節(jié)臺安科技成功召開N310系列變頻器新品發(fā)布會 176第十五章行業(yè)發(fā)展建議 178第一章中國高壓變頻器制造業(yè)基本概況高壓變頻器是指輸入電源電壓在3KV以上的大功率變頻器，主要電壓等級有3000V、3300V、6000V、6600V、10000V等電壓等級的高壓大功率變頻器，高壓變頻器主要以進口為主，我國已有高壓變頻器生產(chǎn)企業(yè)，以后我們就可以用國產(chǎn)的高壓變頻器了。對大企業(yè)的高壓節(jié)能也就方便多了。高壓變頻器由高－低－高；低－高；高－高之分。高－低－高方式高壓變頻器是把高壓電源用降壓后，用低壓變頻器進行控制，再用升壓變壓器把電壓升到我們使用的電壓，供給高壓電機使用。一般高低高方式都用在小功率的高壓電機做變頻節(jié)能用；低－高方式高壓變頻器是用低壓變頻器控制后，直接用升壓變壓器把電壓升到電機使壓。低高方式也是用在小功率高壓電機做變頻節(jié)能用；高－高方式高壓變頻器是直接用變頻器多個模塊串聯(lián)后，直接使用高壓電源，直接輸出高壓，供高壓電機使用。高高方式主要用在大功率高壓電機做變頻節(jié)能用。高壓變頻器主要有日本富士高壓變頻器、日本高壓變頻器、日本高壓變頻器、瑞典ABB高壓變頻器、德國高壓變頻器、美國羅賓康高壓變頻器、合億高壓變頻器、利德華福高壓變頻器等。高壓變頻器的種類繁多，其分類方法也多種多樣。按著中間環(huán)節(jié)有無直流部分，可分為交交變頻器和交直交變頻器；按著直流部分的性質(zhì)，可分為電流型和電壓型變頻器；按著有無中間低壓回路，可分為高高變頻器和高低高變頻器；按著輸出電平數(shù)，可分為兩電平、三電平、五電平及多電平變頻器；按著電壓等級和用途，可分為通用變頻器和高壓變頻器；按著嵌位方式，可分為二極管嵌位型和電容嵌位型變頻器等等。電流型變頻器由于在變頻器的直流環(huán)節(jié)采用了電感元件而得名，其優(yōu)點是具有四象限運行能力，能很方便地實現(xiàn)電機的制動功能。缺點是需要對逆變橋進行強迫換流，裝置結(jié)構(gòu)復雜，調(diào)整較為困難。另外，由于電網(wǎng)側(cè)采用可控硅移相整流，故輸入電流諧波較大，容量大時對電網(wǎng)會有一定的影響。電壓型變頻器由于在變頻器的直流環(huán)節(jié)采用了電容元件而得名，其特點是不能進行四象限運行，當負載電動機需要制動時，需要另行安裝制動電路。功率較大時，輸出還需要增設正弦波濾波器。高低高變頻器采用升降壓的辦法，將低壓或通用變頻器應用在中、高壓環(huán)境中而得名。原理是通過降壓變壓器，將電網(wǎng)電壓降到低壓變頻器額定或允許的電壓輸入范圍內(nèi)，經(jīng)變頻器的變換形成頻率和幅度都可變的交流電，再經(jīng)過升壓變壓器變換成電機所需要的電壓等級。這種方式，由于采用標準的低壓變頻器，配合降壓，升壓變壓器，故可以任意匹配電網(wǎng)及電動機的電壓等級，容量小的時候（<500KW）改造成本較直接高壓變頻器低。缺點是升降壓變壓器體積大，比較笨重，頻率范圍易受變壓器的影響。一般高低高變頻器可分為電流型和電壓型兩種。高低高電流型變頻器電路拓撲結(jié)構(gòu)，在低壓變頻器的直流環(huán)節(jié)由于采用了電感元件而得名。輸入側(cè)采用可控硅移相控制整流，控制電動機的電流，輸出側(cè)為強迫換流方式，控制電動機的頻率和相位。能夠?qū)崿F(xiàn)電機的四象限運行。高低高電壓型變頻器電路拓撲結(jié)構(gòu)，在低壓變頻器的直流環(huán)節(jié)由于采用了電容元件而得名。輸入側(cè)可采用可控硅移相控制整流，也可以采用二極管三相橋直接整流，電容的作用是濾波和儲能。逆變或變流電路可采用GTO，IGBT，IGCT或SCR元件，通過SPWM變換，即可得到頻率和幅度都可變的交流電，再經(jīng)升壓變壓器變換成電機所需要的電壓等級。需要指出的是，在變流電路至升壓變壓器之間還需要置入正弦波濾波器，否則升壓變壓器會因輸入諧波或dv/dt過大而發(fā)熱，或破壞繞組的絕緣。該正弦波濾波器成本很高，一般相當于低壓變頻器的1/3到1/2的價格。高高變頻器高高變頻器無需升降壓變壓器，功率器件在電網(wǎng)與電動機之間直接構(gòu)建變換器。由于功率器件耐壓問題難于解決，目前國際通用做法是采用器件串聯(lián)的辦法來提高電壓等級，其缺點是需要解決器件均壓和緩沖難題，技術復雜，難度大。但這種變頻器由于沒有升降壓變壓器，故其效率較高低高方式的高，而且結(jié)構(gòu)比較緊湊。高高變頻器也可分為電流型和電壓型兩種。高高電流型變頻器它采用GTO，SCR或IGCT元件串聯(lián)的辦法實現(xiàn)直接的高壓變頻，目前電壓可達10KV。由于直流環(huán)節(jié)使用了電感元件，其對電流不夠敏感，因此不容易發(fā)生過流故障，逆變器工作也很可靠，保護性能良好。其輸入側(cè)采用可控硅相控整流，輸入電流諧波較大。變頻裝置容量大時要考慮對電網(wǎng)的污染和對通信電子設備的干擾問題。均壓和緩沖電路，技術復雜，成本高。由于器件較多，裝置體積大，調(diào)整和維修都比較困難。逆變橋采用強迫換流，發(fā)熱量也比較大，需要解決器件的散熱問題。其優(yōu)點在于具有四象限運行能力，可以制動。需要特別說明的是，該類變頻器由于較低的輸入功率因數(shù)和較高的輸入輸出諧波，故需要在其輸入輸出側(cè)安裝高壓自愈電容。高高電壓型變頻器電路結(jié)構(gòu)采用IGBT直接串聯(lián)技術，也叫直接器件串聯(lián)型高壓變頻器。其在直流環(huán)節(jié)使用高壓電容進行濾波和儲能，輸出電壓可達6KV，其優(yōu)點是可以采用較低耐壓的功率器件，串聯(lián)橋臂上的所有IGBT作用相同，能夠?qū)崿F(xiàn)互為備用，或者進行冗余設計。缺點是電平數(shù)較低，僅為兩電平，輸出電壓dV/dt也較大，需要采用特種電動機或整加高壓正弦波濾波器，其成本會增加許多。它不具有四象限運行功能，制動時需另行安裝制動單元。這種變頻器同樣需要解決器件的均壓問題，一般需特殊設計驅(qū)動電路和緩沖電路。對于IGBT驅(qū)動電路的延時也有極其苛刻的要求。一旦IGBT的開通、關閉的時間不一致，或者上升、下降沿的斜率相差太懸殊，均會造成功率器件的損壞.嵌位型變頻器鉗位型變頻器一般可分為二極管鉗位型和電容鉗位型。二極管嵌位型變頻器電路拓撲結(jié)構(gòu)如圖5所示，它既可以實現(xiàn)二極管中點嵌位，也可以實現(xiàn)三電平或更多電平的輸出，其技術難度較直接器件串聯(lián)型變頻器低。由于直流環(huán)節(jié)采用了電容元件，因此它仍屬于電壓型變頻器。這種變頻器需要設置輸入變壓器，它的作用是隔離與星角變換，能夠?qū)崿F(xiàn)12脈沖整流，并提供中間嵌位零電平。通過輔助二極管將IGBT等功率器件強行嵌位于中間零電平上，從而使IGBT兩端不會因過壓而燒毀，又實現(xiàn)了多電平的輸出。這種變頻器結(jié)構(gòu)，輸出可以不安裝正弦波濾波器。電容嵌位型變頻器電路拓撲結(jié)構(gòu)如圖6所示，它采用同橋臂增設懸浮電容的辦法實現(xiàn)了功率器件的嵌位，目前這種變頻器應用的比較少。單元串聯(lián)型變頻器這是近幾年才發(fā)展起來的一種電路拓撲結(jié)構(gòu)，它主要由輸入變壓器、功率單元和控制單元三大部分組成。采用模塊化設計，由于采用功率單元相互串聯(lián)的辦法解決了高壓的難題而得名，可直接驅(qū)動交流電動機，無需輸出變壓器，更不需要任何形式的濾波器。整套變頻器共有18個功率單元，每相由6臺功率單元相串聯(lián)，并組成Y形連接，直接驅(qū)動電機。每臺功率單元電路、結(jié)構(gòu)完全相同，可以互換，也可以互為備用。變頻器的輸入部分是一臺移相變壓器，原邊Y形連接，副邊采用沿邊三角形連接，共18副三相繞組，分別為每臺功率單元供電。它們被平均分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三大部分，每部分具有６副三相小繞組，之間均勻相位偏移10度。該變頻器的特點如下：①采用多重化PWM方式控制，輸出電壓波形接近正弦波。②整流電路的多重化，脈沖數(shù)多達36，功率因數(shù)高，輸入諧波小。③模塊化設計，結(jié)構(gòu)緊湊，維護方便，增強了產(chǎn)品的互換性。④直接高壓輸出，無需輸出變壓器。⑤極低的dv/dt輸出，無需任何形式的濾波器。⑥采用光纖通訊技術，提高了產(chǎn)品的抗干擾能力和可靠性。⑦功率單元自動旁通電路，能夠?qū)崿F(xiàn)故障不停機功能。第一節(jié)國內(nèi)變頻發(fā)展歷史變頻調(diào)速是目前世界公認的理想的節(jié)電調(diào)速技術。然而高壓變頻調(diào)速器卻很少使用。阻礙高壓變頻器推廣應用的最大難題，是傳統(tǒng)的高壓變頻器諧波污染大，諧波不僅消耗無功，增加線損，影響繼電保護可靠運行，使電機產(chǎn)生附加力矩及損耗，對弱電系統(tǒng)進行干擾，而且還會使電網(wǎng)電壓發(fā)生嚴重畸變，甚至發(fā)生電力系統(tǒng)安全事故。因此，高壓綠色變頻器應運而生。諧波污染小，功率因數(shù)高這種高壓變頻器，它是每相由多個低壓變頻功率單元相互串聯(lián)，通過疊加來實現(xiàn)高壓輸出。給功率單元供電的二次繞組互相存在一個相位差，以實現(xiàn)輸入電壓多重化。以6千伏綠色變頻器為例，每相由5個額定電壓為690伏的功率單元串聯(lián)，三相共有15個功率單元，分別由輸入隔離變壓器的15個二次繞組供電，15個二次繞組分成5組，每組之間存在12°相位差，形成相當于30脈沖整流。由于輸入是30脈沖，所以理論上29次以下的諧波都可以抵消，能夠在各種速度范圍內(nèi)獲得比較滿意的正弦波電壓和正弦波電流，電壓總畸變率只有1.2％，電流總畸變率僅為0.8％，有“完美無諧波”的美譽，不必采用輸入濾波器，就能滿足IEEE519-1992的嚴格要求?？煽啃愿?，維修方便功率單元為一三相輸入單相輸出的PWM型變頻器。由二級管組成三相橋式整流電路，整流后由4只低壓IGBT逆變成單相交流輸出。由于使用常規(guī)的低壓IGBT，驅(qū)動電路簡單，技術成熟可靠。這種高壓變頻器，由于采用模塊化結(jié)構(gòu)，所用功率單元完全相同，可以互換，每個功率單元與系統(tǒng)的聯(lián)系僅為3個交流輸入端子、2個交流輸出端子和一個光纖插頭，單元維修更換十分方便。不僅如此，由于采用功率單元串聯(lián)結(jié)構(gòu)，還可以采取功率單元旁路技術和功率單元冗余設計。如我國研制的HVF高壓綠色變頻器，設計了熱備份熱插拔保護和主回路直合保護。此外，這種變頻器由于有足夠的濾波電容，系統(tǒng)可承受－30％電源電壓下降和5個周期電源喪失。損耗小，效率高由于這種變頻器無輸出變壓器，也無需功率因數(shù)補償裝置、諧波濾波器等，同時由于諧波分量很小，由諧波引起電源變壓器到電機的損耗大為減少，再加上IGBT驅(qū)動功率很小，峰值功率為5瓦左右，平均功率不到1瓦，開關頻率較低，且不必采用均壓電路和吸收電路，使變頻部分效率高達98％以上，包括輸入隔離變壓器在內(nèi)的整個變頻系統(tǒng)的效率高達96％以上。對電機及輸出電纜長度無特殊限制這種變頻器輸出電壓跳變臺階為單元的直流母線電壓，電壓變化率很小，同時由于采用移相式PWM，電機電壓的等效開關頻率大大提高，且輸出電平數(shù)增加。以6千伏變頻器為例，輸出相電壓為11電平，線電壓為21電平，輸出等效開關頻率為6千赫。電平數(shù)和等效開關頻率的增加，大大改善了輸出波形，降低了輸出諧波，由諧波引起的電機發(fā)熱、噪音、轉(zhuǎn)矩脈動、共模電壓都大為減少。所以這種變頻器對電機無特殊要求，可直接用于任何普通高壓電機，且不必降低額定容量使用，對輸出電纜長度也沒有特殊限制。要談變頻器的發(fā)展史，就得從談變頻器的控制方式開始：早期通用變頻器如東芝TOSVERT－130系列、FUJIFVRG5／P5系列，SANKENSVF系列等大多數(shù)為開環(huán)恒壓比（V／F=常數(shù)）的控制方式．其優(yōu)點是控制結(jié)構(gòu)簡單、成本較低，缺點是系統(tǒng)性能不高，比較適合應用在風機、水泵調(diào)這場合。具體來說，其控制曲線會隨著負載的變化而變化；轉(zhuǎn)矩響應慢，電視轉(zhuǎn)矩利用率不高，低速時因定子電阻和逆變器死區(qū)效應的存在而性能下降穩(wěn)定性變差等。對變頻器U／F控制系統(tǒng)的改造主要經(jīng)歷了三個階段；第一階段：1.八十年代初日本學者提出了基本磁通軌跡的電壓空間矢量（或稱磁通軌跡法）。該方法以三相波形的整體生成效果為前提，以逼近電機氣隙的理想圓形旋轉(zhuǎn)磁場軌跡為目的，一次生成二相調(diào)制波形。這種方法被稱為電壓空間矢量控制。典型機種如1989年前后進入中國市場的FUJI（富士）FRN5OOOG5/P5、SANKEN（三墾）MF系列等。2.引人頻率補償控制，以消除速度控制的穩(wěn)態(tài)誤差3.基于電機的穩(wěn)態(tài)模型，用直流電流信號重建相電流，如西門子MicroMaster系列,由此估算出磁鏈幅值，并通過反饋控制來消除低速時定子電阻對性能影響。4.將輸出電壓、電流進行閉環(huán)控制，以提高動態(tài)負載下的電壓控制精度和穩(wěn)定度，同時也一定程度上求得電流波形的改善。這種控制方法的另一個好處是對再生引起的過電壓、過電流抑制較為明顯，從而可以實現(xiàn)快速的加減速。之后，1991年由富士電機推出大家熟知的FVR與FRNG7／P7系列的設計中，不同程度融入了2.3.4.項技術，因此很具有代表性。三菱日立，東芝也都有類似的產(chǎn)品。然而，在上述四種方法中，由于未引入轉(zhuǎn)矩的調(diào)節(jié)，系統(tǒng)性能沒有得到根本性的改善.第二階段：矢量控制。也稱磁場定向控制。它是七十年代初由西德F.Blasschke等人首先提出，以直流電動機和交流電動機比較的方法分析闡述了這一原理，由此開創(chuàng)了交流電動機等效直流電動機控制的先河。它使人們看到交流電動機盡管控制復雜，但同樣可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩、磁場獨立控制的內(nèi)在本質(zhì)。矢量控制的基本點是控制轉(zhuǎn)子磁鏈，以轉(zhuǎn)子磁通定向，然后分解定子電流，使之成為轉(zhuǎn)矩和磁場兩個分量，經(jīng)過坐標變換實現(xiàn)正交或解耦控制。但是，由于轉(zhuǎn)子磁鏈難以準確觀測，以及矢量變換的復雜性，使得實際控制效果往往難以達到理論分析的效果，這是矢量控制技術在實踐上的不足。此外．它必須直接或間接地得到轉(zhuǎn)子磁鏈在空間上的位置才能實現(xiàn)定子電流解耦控制，在這種矢量控制系統(tǒng)中需要配留轉(zhuǎn)子位置或速度傳感器，這顯然給許多應用場合帶來不便。僅管如此，矢量控制技術仍然在努力融入通用型變頻器中，1992年開始，德國西門子開發(fā)了6SE70通用型系列，通過FC、VC、SC板可以分別實現(xiàn)頻率控制、矢量控制、伺服控制。1994年將該系列擴展至315KW以上。目前，6SE70系列除了200KW以下價格較高，在200KW以上有很高的性價比。第三階段：1985年德國魯爾大學Depenbrock教授首先提出直接轉(zhuǎn)矩控制理論（DirectTorqueControl簡稱DTC）。直接轉(zhuǎn)矩控制與矢量控制不同，它不是通過控制電流、磁鏈等量來間接控制轉(zhuǎn)矩，而是把轉(zhuǎn)矩直接作為被控量來控制。轉(zhuǎn)矩控制的優(yōu)越性在于：轉(zhuǎn)矩控制是控制定子磁鏈，在本質(zhì)上并不需要轉(zhuǎn)速信息；控制上對除定子電阻外的所有電機參數(shù)變化魯棒性良好；所引入的定子磁鍵觀測器能很容易估算出同步速度信息。因而能方便地實現(xiàn)無速度傳感器化。這種控制方法被應用于通用變頻器的設計之中，是很自然的事，這種控制被稱為無速度傳感器直接轉(zhuǎn)矩控制。然而，這種控制依賴于精確的電機數(shù)學模型和對電機參數(shù)的自動識別（Identification向你ID),通過ID運行自動確立電機實際的定子阻抗互感、飽和因素、電動機慣量等重要參數(shù)，然后根據(jù)精確的電動機模型估算出電動機的實際轉(zhuǎn)矩、定子碰鏈和轉(zhuǎn)子速度，并由磁鏈和轉(zhuǎn)矩的Band－Band控制產(chǎn)生PWM信號對逆變器的開關狀態(tài)進行控制。這種系統(tǒng)可以實現(xiàn)很快的轉(zhuǎn)矩響應速度和很高的速度、轉(zhuǎn)矩控制精度。1995年ABB公司首先推出的ACS600直接轉(zhuǎn)矩控制系列，已達到<2ms的轉(zhuǎn)矩響應速度在帶PG時的靜態(tài)速度精度達土O.01%，在不帶PG的情況下即使受到輸入電壓的變化或負載突變的影響，向樣可以達到正負0.1％的速度控制精度。其他公司也以直接轉(zhuǎn)矩控制為努力目標，如安川VS－676H5高性能無速度傳感器矢量控制系列，雖與直接轉(zhuǎn)矩控制還有差別，但它也已做到了100ms的轉(zhuǎn)矩響應和正負0.2%（無PG）,正負0.01％（帶PG）的速度控制精度，轉(zhuǎn)矩控制精度在正負3％左右。其他公司如日本富士電機推出的FRN5000G9／P9以及最新的FRN5000Gll／P11系列出采取了類似無速度傳感器控制的設計，性能有了進一步提高，然而變頻器的價格并不比以前的機型昂貴多少?？刂萍夹g的發(fā)展完全得益于微處理機技術的發(fā)展，自從1991年INTEL公司推出8X196MC系列以來，專門用于電動機控制的芯片在品種、速度、功能、性價比等方面都有很大的發(fā)展。如日本三菱電機開發(fā)用于電動機控制的M37705、M7906單片機和美國德州儀器的TMS320C240DSP等都是頗具代表性的產(chǎn)品。第二節(jié)國內(nèi)高壓變頻器生產(chǎn)情況在變頻器業(yè)界有這樣一種說法，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。近幾年，由于能源緊張及生產(chǎn)工藝等各方面的要求，使用高壓變頻器已成為大型生產(chǎn)企業(yè)節(jié)能工作的必由之路。我國高壓變頻調(diào)速節(jié)能領域如此巨大市場潛力和高額的商業(yè)利潤早已被國內(nèi)外專家和廠家看好，多年來投入大量的人力、物力進行研究。雖然外資企業(yè)保住原有陣地很艱辛，但從總體來看，外資企業(yè)的產(chǎn)品還是高于國內(nèi)企業(yè)一籌。隨著現(xiàn)代電力電子技術及計算機控制技術的迅速發(fā)展，促進了電氣傳動的技術革命。交流調(diào)速取代直流調(diào)速，計算機數(shù)字控制取代模擬控制已成為發(fā)展趨勢。交流電機變頻調(diào)速是當今節(jié)約電能，改善生產(chǎn)工藝流程，提高產(chǎn)品質(zhì)量，以及改善運行環(huán)境的一種主要手段。變頻調(diào)速以其高效率，高功率因數(shù)，以及優(yōu)異的調(diào)速和啟制動性能等諸多優(yōu)點而被國內(nèi)外公認為最有發(fā)展前途的調(diào)速方式。以前的高壓變頻器，由可控硅整流，可控硅逆變等器件構(gòu)成，缺點很多，諧波大，對電網(wǎng)和電機都有影響。近年來，發(fā)展起來的一些新型器件將改變這一現(xiàn)狀，如IGBT、IGCT、SGCT等等。由它們構(gòu)成的高壓變頻器，性能優(yōu)異，可以實現(xiàn)PWM逆變，甚至是PWM整流。不僅具有諧波小，功率因數(shù)也有很大程度的提高。國產(chǎn)高壓變頻器的發(fā)展現(xiàn)狀目前，在國內(nèi)有大量的低壓變頻器廠商，其大部分為AC380V的中小功率產(chǎn)品，而在高壓大功率變頻器方面，卻為數(shù)不多。能夠研制、生產(chǎn)、并提供服務的高壓變頻器廠商，僅有少數(shù)的具備科研能力或資金實力的個別企業(yè)。國內(nèi)僅有少部分的中、高壓電機進行了變頻調(diào)速改造，且普通采用V/f控制方式。高壓變頻器的品種和性能還處于發(fā)展階段，每年市場仍需大量進口。這些狀況主要表現(xiàn)在如下幾個方面：①國外各大品牌的產(chǎn)品正加緊占領國內(nèi)市場，并加快了本地化的步伐。②具有研發(fā)能力和產(chǎn)業(yè)化規(guī)模的企業(yè)少。③國產(chǎn)高壓變頻器的功率等級較低，目前不超過3500KW。④國內(nèi)高壓變頻器的技術標準還有待規(guī)范。⑤與高壓變頻器相配套的產(chǎn)業(yè)很不發(fā)達。⑥生產(chǎn)工藝落后，勉強滿足變頻器產(chǎn)品的技術要求，但是價格低廉。⑦變頻器中使用的功率半導體，驅(qū)動電路，電解電容等關鍵器件完全依賴進口。⑧與發(fā)達國家的技術差距在縮小，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品正應用在國民經(jīng)濟中。⑨已經(jīng)研制出具有瞬時掉電再恢復、故障再恢復等功能的變頻器。⑩能夠進行四象限運行的高壓變頻器尚在研究與開發(fā)中。有關資料顯示，我國變頻器總的潛在市場應為１２００億至１８００億元，其中常壓變頻器約占市場份額的６０％左右，中、高壓變頻器由于單臺變頻器功率大、售價高，應占市場總額４０％左右。在國內(nèi)高壓變頻器應用領域，活躍在我國市場上的國產(chǎn)品牌占８０％左右，但市場份額僅占４０％，尤其５０００ｋＶＡ以上超大功率產(chǎn)品市場基本上被ＡＢＢ、西門子、東芝—三菱等跨國公司所壟斷。高壓變頻器應用于火電、鋼鐵、煤炭、水泥建材、石油化工、冶金礦山、市政供水等多個行業(yè)。７０００ｋＶＡ級國產(chǎn)最大功率高壓變頻器的問世將在這一領域與國際品牌形成一定的競爭格局第三節(jié)中國變頻市場的外國品牌調(diào)查（1）日本品牌優(yōu)勢明顯日本變頻器進入中國比較早，最初的日本品牌變頻器占據(jù)中國變頻市場的絕對大的份額。有關資料顯示，20世紀80年代，僅富士、三菱兩家就占據(jù)當時中國變頻市場的90%以上。伴隨歐美知名變頻器品牌進入中國市場，日本變頻器在中國市場的霸主地位受到威脅。2000年，我國市場規(guī)模約為26億元以上，其中日本富士、三菱以及安川等主要品牌累計銷售收入9.8億元，市場占有率為37.4%，與早期的兩家占90%相比有明顯的下降。以富士變頻器為例，1996年獨家占據(jù)中國市場50%，1999年下降到30%以下，2000年進一步下降到20%,2001年其市場占有率為19%。雖然如此，日本品牌的變頻器在中國市場仍優(yōu)勢明顯。（2）歐美品牌發(fā)展強勁歐美品牌變頻器增長迅速。歐美公司進入中國市場比較晚，但產(chǎn)品檔次比較高、容量大，價格也比較高,其市場占有情況上升很快。2000年，ABB、西門子、臺達、倫茨在中國累計銷售收入8億元，市場份額達到30%左右。西門子公司，1999年其通用、工程及專用型變頻器增長率分別達到140%、40%和30%。2000年，西門子已經(jīng)從國內(nèi)變頻器市場取得了接近8%的份額。根據(jù)2000年銷售情況，歐美廠商的銷售額均在2億元左右之間，進一步上升的潛力比較大。2001年，歐美品牌市場占有率繼續(xù)上升。ABB公司市場占有率由2000年的9.5%增長到2001年的13%。西門子由2000年的7.6%增長到2001年的11%。從市場產(chǎn)品構(gòu)成來看，大功率占市場份額的5-10%，中小功率占90-95%。歐美品牌的變頻器多集中在大功率變頻器方面，20KW以上的變頻器基本由德國西門子、美國AB、GE、羅賓康、ABB等所壟斷。而中小容量變頻器的85%為日本產(chǎn)品占領，如富士、安川、三肯、日立、東芝、三菱、松下等。搶占市場，實力品牌各顯其能。1)、西門子——削弱代理，重點發(fā)展OEM以及工程合作等營銷方式西門子是國內(nèi)企業(yè)選用比較多的品牌。西門子變頻器進入中國市場較晚，但是其增長速度最快。2000年實現(xiàn)銷售收入超過2億元。市場份額達到7.6%。西門子變頻器主要分為通用型、工程型和專用型3類。初期西門子主要依靠其工程類產(chǎn)品和專業(yè)用產(chǎn)品占領市場，目前已逐漸發(fā)展到以通用型產(chǎn)品占據(jù)一定的市場份額。西門子變頻器市場營銷以推出新產(chǎn)品快見長。西門子產(chǎn)品一般的更新周期不超過5年。其產(chǎn)品能夠滿足不同用戶的特殊要求。其第4代標準系列變頻器科技含量較高，在價格、驅(qū)動解決方案等方面對客戶有吸引力，在歐洲市場份額為15%，居第1位。西門子A&D中國的銷售組織包括5個銷售大區(qū)和21個代表處，其產(chǎn)品范圍包括制造業(yè)和加工業(yè)適用的標準產(chǎn)品，電氣安裝技術及為系統(tǒng)和行業(yè)定制的解決方案。其中，對于變頻器產(chǎn)品主要采取代理制、OEM方式以及工程合作式。其中代理在西門子的銷售中起著舉足輕重的作用，但是西門子將在未來的營銷方式中逐漸削弱代理制，而重點發(fā)展OEM用戶和工程項目合作。2)、富士——地區(qū)代理、行業(yè)代理，總是代理富士變頻器是最早進入中國的，十幾年來一直保持著中國市場的領先地位。富士變頻器曾一度占據(jù)著中國50%～70%的市場份額。2000年中國市場銷售額達5億元人民幣，市場占有率為19.1%。富士公司的變頻器門類比較齊全，主要用于工業(yè)通用設備（風機、水泵等）、矢量控制驅(qū)動裝置、工業(yè)機床用主軸驅(qū)動系統(tǒng)以及簡單的、小型化及電梯專用變頻器。富士電機在中國的發(fā)展戰(zhàn)略主要側(cè)重于產(chǎn)品技術開發(fā)、質(zhì)量保證及技術支持。其變頻器的特點是在抗躁方面采用多項先進技術，對占領市場有優(yōu)勢。其劣勢是在營銷網(wǎng)絡的建設上投入不足。其在中國市場占有率有逐漸萎縮的趨勢。與西門子不同，其銷售方式主要是代理，代理方式有2種，一是地區(qū)代理，一種是行業(yè)代理。3)、ABB——不授權(quán)任何一家代理商獨家代理或總代理、一級代理的權(quán)利北京ABB電氣傳動系統(tǒng)有限公司，是ABB傳動產(chǎn)品在中國唯一的生產(chǎn)基地和銷售窗口，專門生產(chǎn)變頻器和電氣傳動裝置，產(chǎn)品用于從0.12kW至5600kW的電機速度控制，應用于傳送帶、擠壓機、提升機及風機、泵類負載。日產(chǎn)量高達70臺以上，年產(chǎn)超過15萬臺，實現(xiàn)銷售收入超過2.5億元，人均勞動生產(chǎn)率312.5萬元/人。ABB產(chǎn)品技術含量高，價位相對比較高。2000年ABB銷售變頻器15萬臺以上，實現(xiàn)銷售收入2.5億元以上，平均單臺價格在1700元左右。ABB在中國大陸的北京、廣州、杭州、哈爾濱、青島、西安、上海、成都8個城市設有16個分銷商。并將中國按區(qū)域劃分成南、北、中3部分，以實現(xiàn)銷售區(qū)域的均衡發(fā)展。目前ABB的銷售總體上仍以分銷為主，直銷為輔，OEM方式很少。公司只做系統(tǒng)和大項目的支持工作，日常銷售交由代理商完成。與其他生產(chǎn)廠商不同的是，ABB不授權(quán)任何一家代理商獨家代理或總代理、一級代理的權(quán)利，對于各個代理商均采取相同的政策和待遇。代理商發(fā)生沖突由公司出面協(xié)調(diào)解決。由于ABB公司同代理商建立了良好的合作關系，最大限度地保證了各代理商的最大利益。4)、三菱——重點發(fā)展代理營銷方式，并設有獎代理菱電自動化(上海)有限公司負責發(fā)展中國業(yè)務。三菱產(chǎn)品的顯著特點就是通用性強、功能齊全，它以小功率經(jīng)濟型和通用型產(chǎn)品為主，功率在0.4～900kW。三菱的通用型變頻器在紡織和印刷機械行業(yè)一直較成功。對于普通產(chǎn)品，三菱采取代理的方式，每年向各代理商下達銷售指標，根據(jù)完成情況進行獎勵。目前公司已在北京、深圳和成都建立辦事處，負責變頻器的銷售推廣。而將來，三菱的營運重點是要構(gòu)造強大的銷售及服務網(wǎng)絡，其中包括逐步在主要城市設立辦事處，并在所有重要城市委任代理商，透過代理商將產(chǎn)品及服務推廣給當?shù)乜蛻?。在以個別項目或行業(yè)為開拓市場對象的營運策略指導下，公司設立了項目部，負責為個別項目提供業(yè)務解決方案，探討如何組合或設計適合的系統(tǒng)產(chǎn)品，為不同客戶提供配套的解決方案，從而以直銷的方式實現(xiàn)產(chǎn)品的推廣。5)、安川——產(chǎn)品鎖定行業(yè)，代理營銷寧缺勿爛上海安川同濟機電有限公司致力于安川變頻器及伺服在中國的推廣應用。1999年該公司銷售額1.5億元，2000年達到2億元。目前國內(nèi)60%以上的電梯變頻器和90%的起重機變頻器市場應用了該公司產(chǎn)品，而安川品牌在國內(nèi)的占有率也約在7%左右。安川的用戶主要集中在電梯和化纖機械行業(yè)。電梯行業(yè)是安川進入中國后首先切入的行業(yè)，目前安川1/3的用戶約為電梯行業(yè)。日前，安川又推出了400V級的676GL5-JR電梯專用矢量控制變頻器，容量可達4.5kw～30kw。第四節(jié)高壓變頻器的應用分析

近年來，各種高壓變頻器不斷出現(xiàn)，高壓變頻器到目前為止還沒有像低壓變頻器那樣近乎統(tǒng)一的拓撲結(jié)構(gòu)。根據(jù)高電壓組成方式可分為直接高壓型和高低高型;根據(jù)有無中間直流環(huán)節(jié)可以分為交-交變頻器和交-直-交變頻器;在交直交變頻器中，按中間直流濾波環(huán)節(jié)的不同，可分為電壓源型和電流源型。直接高壓交-直-交變頻器直接輸出高壓，無需輸出變壓，效率高，輸出頻率不受限制，應用較為廣泛。評價高壓變頻器的指標主要有:成本、可靠性、對電網(wǎng)的諧波污染、輸入功率因數(shù)、輸出諧波、dv/dt、共模電壓、系統(tǒng)效率、能否四象限運行等。本文主要從使用高壓變頻器后對電網(wǎng)的諧波污染、功率因數(shù)等方面討論高壓變頻器對電網(wǎng)的影響，并從高壓變頻器的輸出諧波、dv/dt、共模電壓等方面討論高壓變頻器對電機的影響。變頻器對電網(wǎng)的影響主要取決于變頻器整流電路的結(jié)構(gòu)和特性。高壓變頻器輸出對電機的影響主要取決于逆變電路的結(jié)構(gòu)和特性。美國的NEMA標準中對電機諧波發(fā)熱、dv/dt等方面的相應規(guī)定，具體規(guī)定是在MGI-1993的第30節(jié)。

高壓變頻器對電網(wǎng)的諧波污染

近年來，高壓變頻器的應用越來越廣泛，由于高壓變頻器相對來說容量較大，占整個電網(wǎng)容量的比重較為顯著，所以高壓變頻器對電網(wǎng)的諧波污染問題已經(jīng)不容忽視。許多場合由于采用了輸入諧波電流較高的變頻器，產(chǎn)生了嚴重的諧波污染問題。從本質(zhì)上而言，任何高壓變頻器或多或少會產(chǎn)生輸入諧波電流，只是程度不同而已。解決諧波污染的辦法有二種:

一是采取諧波濾波器，對高壓變頻器產(chǎn)生的諧波進行治理，以達到供電部門的要求，也即通常所說的“先污染，后治理”的辦法;

二是采用產(chǎn)生諧波電流小的變頻器，變頻器本身基本上不對電網(wǎng)造成諧波污染，即所謂的“綠色”電力電子產(chǎn)品，從本質(zhì)上解決諧波污染問題。國際上對電網(wǎng)諧波污染控制的標準中，應用較為普遍的是IEEE519-1992，我國也有相應的諧波控制標準。

圖1

6脈沖晶閘管整流電路

圖1示出了一種常見的6脈沖晶閘管整流電路結(jié)構(gòu)，主要用于各種電流源型變頻器。這種整流電路結(jié)構(gòu)簡單，但是輸入電流中含有很高的諧波分量，輸入電流的5次諧波可達20％，7次諧波可達12％（圖2）。由于晶閘管的快速換相會產(chǎn)生一定的高次諧波，可達35次以上，高次諧波會對通信線路產(chǎn)生一定的干擾。這種整流電路總的諧波電流失真約為30％，由于輸入諧波較高，一般要設置輸入諧波濾波器，濾波器的設計與電網(wǎng)參數(shù)和負載工況都有關系，一旦參數(shù)和工況發(fā)生變化，濾波器又得重新調(diào)整，十分不便，且影響濾波效果。但此方案較為經(jīng)濟，一般適用于變頻器占電網(wǎng)負荷較小比例下安裝。

1.2脈沖晶閘管整流電路，整流器由兩組晶閘管整流橋串聯(lián)而成,

分別由輸入變壓器的兩組副邊（星型和三角形，互差30°電角度）供電。這種整流電路的優(yōu)點是把整流電路的脈沖數(shù)由6脈沖提高到12脈沖,

帶來的好處是大大降低了5次和7次諧波電流。因為對晶閘管整流電路而言,

諧波電流近似為基波電流的1/h倍,

h為諧波次數(shù)，h=n×p±1,

其中n是自然數(shù),

p為脈沖數(shù)。12脈沖整流結(jié)構(gòu)總諧波電流失真約為10％左右（圖2）。雖然12脈沖整流電路的諧波電流比6脈沖結(jié)構(gòu)大大下降,

但也不能達到IEEE519-1992標準規(guī)定的在電網(wǎng)短路電流小于20倍負載電流時諧波電流失真小于5％的要求。因此,

一般也要安裝諧波濾波裝置。采用12脈沖結(jié)構(gòu)還能避免器件的直接串聯(lián)，變壓器也可承受變頻器產(chǎn)生的共模電壓中的絕大部分,

使電機絕緣不受共模電壓的影響。當然,

變壓器也要設計成為能夠承受原邊和副邊的諧波電流。

圖2

晶閘管整流電路的輸入諧波電流

圖3顯示了18脈沖晶閘管整流電路結(jié)構(gòu)，電路由三組晶閘管整流串聯(lián)而成，變壓器三組副邊均為三角形，互差20°電角度。這個整流電路具有12脈沖結(jié)構(gòu)的優(yōu)點，但其總諧波電流失真小于5.6%，總諧波電壓失真小于2%，基本符合IEEE519-1992標準規(guī)定，無需安裝諧波濾波裝置。

晶閘管直流整流電路和二極管整流電路除了6脈沖結(jié)構(gòu)和12脈沖結(jié)構(gòu)外，還可以采取更高脈沖數(shù)的結(jié)構(gòu)，如18脈沖，24脈沖，輸入諧波也會隨著降低，但會導致系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，成本增加。

目前，大多數(shù)PWM電壓源型變頻器都采用二極管整流電路，如果整流電路采取全控型電力電子器件的PWM（高壓時一般采用三電平PWM結(jié)構(gòu)）控制，其結(jié)構(gòu)與逆變部分基本對稱，則可以做到輸入電流基本為正弦波，諧波成分很低，功率因數(shù)可調(diào)，且能量可雙向流動。當然系統(tǒng)的復雜和成本也大大增加了。這種雙PWM結(jié)構(gòu)的三電平高壓變頻器預計在軋機，卷揚機等要求四象限運行和較高動態(tài)性能的場合，會取代傳統(tǒng)的交交變頻器。

圖3

18脈沖晶閘管整流電路

高壓變頻器的輸入功率因數(shù)

在晶閘管電流源型整流電路中，中間直流環(huán)節(jié)的電壓正比于電機線電壓額定值乘以運行點電機實際的功率因數(shù)，再乘以轉(zhuǎn)速百分比。所以，對于風機水泵等平方轉(zhuǎn)矩負載，直流環(huán)節(jié)電壓會隨著轉(zhuǎn)速的下降而很快降低，所以輸入整流電路必須將觸發(fā)角后移，這樣導致輸入功率因數(shù)很快下降。另一個解釋是，由于整流器電流和逆變器電流一般相等，負載所需的無功電流會直接“反射”到電網(wǎng)，導致輸入功率因數(shù)較低。我們也可以從能量轉(zhuǎn)換角度來分析這個問題。

根據(jù)變頻器輸入，輸出功率關系，有:

UinIincosjinh

=UoutIoutcosjout

對電流源型變頻器有Iin=Iout，所以

cosjin=（Uout/Uinh）cosjout=（f/fnomh）cosjout

式中，Uin—變頻器輸入電壓;

Uout—變頻器輸出電壓;

Iin—變頻器輸入電流;

Iout—變頻器輸出電流;

cos

jin—變頻器輸入功率因數(shù);

cos

jout—變頻器輸出功率因數(shù);

f—變頻器輸出頻率;

fnom—變頻器輸入頻率，即電源頻率;

h—變頻器效率。

可見普通電流源型變頻器的輸入功率因數(shù)較低，且會隨著轉(zhuǎn)速的下降而降低，為了解決輸入功率因數(shù)較低的問題，往往需要功率因數(shù)補償裝置，同時也起到消除部分諧波電流的作用。功率因數(shù)補償裝置既增加成本和體積，又降低了系統(tǒng)的效率和可靠性。在使用電流源型變頻器的場合，由于存在諧波，在一定的參數(shù)配合下，功率因數(shù)補償電路可能產(chǎn)生并聯(lián)諧振現(xiàn)象，危及電容器本身和附近電氣設備的安全，因此，并聯(lián)電容組的設計中必須考慮諧波放大問題。為了抑制諧波放大，通?？刹煞荛_諧振點的方法，即無論是集中補償和分散就地補償?shù)碾娙萜鹘M均要串聯(lián)適當?shù)碾娍蛊鳌?/p>

二極管整流電路在整個運行范圍內(nèi)都有較高的功率因數(shù)，基波功率因數(shù)一般可保持在0.95以上（這是指位移因數(shù)，實際功率因數(shù)由于諧波的存在，還必須再乘以基波因數(shù)，會有所下降），一般也不必設置功率因數(shù)補償裝置。因為有濾波電容存在，負載所需的無功電流可以通過逆變器由濾波電容提供，所以一般不會反映到整流器輸入側(cè)。由于輸入功率因數(shù)較高，輸入變壓器和整流器只需處理有功電流，有利于提高系統(tǒng)的效率。

采用全控型電力電子器件的PWM型整流電路，其功率因數(shù)可調(diào)，可以做到接近于1，根據(jù)要求，也可做成超前的功率因數(shù)，對電網(wǎng)起到部分無功補償?shù)淖饔?。單元串?lián)多電平PWM變頻器功率因數(shù)較高，在整個調(diào)速范圍內(nèi)可達到0.95以上。屬于“綠色”電力電子產(chǎn)品，但由于其成本相對較高，主要用軋機、卷揚機等要求四象限運行和動態(tài)性能較高的場合。

輸出諧波對電機的影響

輸出諧波對電機的影響主要有:引起電機附加發(fā)熱，導致電機的額外溫升，電機往往要降額使用;由于輸出波形失真，增加電機的重復峰值電壓，影響電機絕緣，諧波還會引起電機轉(zhuǎn)矩脈動，噪音增加。

電流源型變頻器種類很多，主要有串聯(lián)二極管式、輸出濾波器換相式、負載換相式（LCI）和GTO-PWM式等。圖4為典型的電流源型變頻器示意圖。普通的電流源型變頻器輸出電流波形和輸入電流波形極為相似，都是120°的方波，含有豐富的諧波成分，總諧波電流失真可達到30%左右。為了降低輸出諧波，也有采用輸出12脈沖方案或設置輸出濾波器，輸出諧波會有較大改善，但系統(tǒng)的成本和復雜性也會大大增加。輸出濾波器換相式電流源型變頻器固有的濾波器可以給６脈沖輸出電流中的諧波分量提供通路，所以速度較高時，電機電流波形有所改善。GTO-PWM電流源型變頻器電機電流質(zhì)量的提高主要是通過GTO采用諧波消除的電流PWM開關模式來實現(xiàn)，但受到GTO開關頻率上限的限制。

圖4

電流源型變頻器

在PWM電壓源型變頻器中，當輸出電壓較高時，通常采取三電平PWM方式，也稱NPC（Netural

Point

Clamped中點箝位）方式，整流電路一般采用二極管，逆變部分功率器件采用GTO，IGBT或IGCT。與普通的二電平PWM變頻器相比，由于輸出相電壓電平數(shù)增加到3個，每個電平幅值相對下降，且提高了輸出電壓諧波消除算法的自由度，可使輸出波形質(zhì)量比二電平PWM變頻器有較大的提高。為了減少輸出諧波，希望有較高的開關頻率，但這樣會導致變頻器損耗增加，效率下降，開關頻率一般不超過2kHz。如果不加輸出濾波器，三電平變頻器輸出電流總諧波失真可以達到17％左右，不能使用普通的異步電機。

普通電流源型變頻器的輸出電流不是正弦波，而是120°的方波，因而三相合成磁動勢不是恒速旋轉(zhuǎn)的，而是步進磁動勢，它和基本恒速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子磁動勢產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩除了平均轉(zhuǎn)矩以外，還有脈動的分量。轉(zhuǎn)矩脈動的平均值為0，但它會使轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不均勻，產(chǎn)生脈動，在電機低速時，還會發(fā)生步進現(xiàn)象，在適當?shù)臈l件下，可能引起電機與負載組成的機械系統(tǒng)的共振。脈動轉(zhuǎn)矩主要是由基波旋轉(zhuǎn)磁通和轉(zhuǎn)子諧波電流相互作用產(chǎn)生的。在三相電機中，產(chǎn)生脈動轉(zhuǎn)矩的主要是6n±1次諧波。6脈沖輸出電流源型變頻器輸出電流中含有豐富的5次和7次諧波，5次諧波產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁勢與基波旋轉(zhuǎn)磁反向，7次諧波產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁勢與基波旋轉(zhuǎn)磁勢同向，而電機轉(zhuǎn)子的電氣旋轉(zhuǎn)速度基本接近基波磁勢的旋轉(zhuǎn)速度（二者的判別對應于電機的轉(zhuǎn)差率），所以5次諧波磁勢和7次諧波磁勢都會在電機轉(zhuǎn)子中感應產(chǎn)生6倍于基波頻率的轉(zhuǎn)子諧波電流?；ㄐD(zhuǎn)磁勢和6倍頻的轉(zhuǎn)子諧波電流共同作用，產(chǎn)生6倍頻的脈動轉(zhuǎn)矩，所以6脈沖輸出電流源型變頻器含有較大的6倍頻脈動轉(zhuǎn)矩。同樣，11次和13次諧波電流也會產(chǎn)生一個12倍頻的脈動轉(zhuǎn)矩。電流源型變頻器采用12脈沖多重化后，輸出電流波形更接近正弦波，由于5次和7次諧波大大降低，6倍頻率脈動轉(zhuǎn)矩大大減小，剩下主要為12倍頻的脈動轉(zhuǎn)矩，總的轉(zhuǎn)矩脈動明顯降低。輸出dv/dt對電機的影響

普通的二電平和三電平PWM電壓源型變頻器由于輸出電壓跳變臺階較大，相電壓的跳變分別達到直流母線電壓和直流母線電壓的一半，同時由于逆變器功率器件開關速度較快，會產(chǎn)生較大的電壓變化率，即dv/dt。較大的dv/dt會影響電機的絕緣，尤其當變頻器輸出與電機之間電纜距離較長時，由于線路分布電感和分布電容的存在，會產(chǎn)生行波反射作用，dv/dt會放大，在電機端子處可增加一倍以上，對電機絕緣引起損壞。所以這種變頻器一般需要特殊設計的電機，電機絕緣必須加強。如果要使用普通電機，必須附加輸出濾波器。電機設計和輸出電纜選擇方面的特殊問題

由于變頻器輸出諧波會引起電機附加溫升，電機容量必須適當放大，熱參數(shù)降低使用。諧波使電機振動，噪聲增加，電機應采取低噪聲設計并避免可能產(chǎn)生的振動，臨界轉(zhuǎn)速必須避開整個工作轉(zhuǎn)速范圍。轉(zhuǎn)矩脈動產(chǎn)生的應力集中可能對電機部件引起損壞，電機關鍵部位必須加強。定、轉(zhuǎn)子槽形應不同于標準電機，以減少諧波引起的銅耗。采取絕緣軸承，在必要時軸上安裝接地碳刷以避免軸電流對軸承的損壞。由于普通變頻器輸出波形中含有高次諧波成分，因集膚效應而使線路等效電阻增加，同時，在逆變器輸出低頻時，輸出電壓跟著降低，線路壓降占輸出電壓的比例增加，因此輸出電纜的截面積應當比普通接線時放大一級。

晶閘管整流的電流源型變頻器（包括6脈沖結(jié)構(gòu)和12脈沖結(jié)構(gòu)）有較大的輸入諧波電流，一般要設置輸入諧波濾波器以滿足有關部門對電網(wǎng)諧波失真的要求，或者采取更高輸入脈沖數(shù)的結(jié)構(gòu)。其輸入功率因數(shù)較低，且會隨著轉(zhuǎn)速的下降而降低，一般都要設置功率因數(shù)補償裝置。二極管整流的電壓源型變頻器在6脈沖輸入結(jié)構(gòu)時，輸入諧波電流較大，需要采取濾波措施，12脈沖結(jié)構(gòu)時，諧波電流失真接近標準要求，在要求不是很高等場合可以直接使用。其輸入功率因數(shù)較高，一般不必采取功率因數(shù)補償措施。采用全控型電力電子器件的PWM型整流電路，輸入諧波很低，功率因數(shù)可調(diào)，不必采取諧波濾波器和功率因數(shù)補償裝置，屬于“綠色”電力電子產(chǎn)品，但由于其成本相對較高，主要用軋機、卷揚機等要求四象限運行和動態(tài)性能較高的場合。

電流源型變頻器由于存在輸出諧波和共模電壓對電機的影響等問題，電機需降額使用和加強絕緣，使其應用受到極大的限制。三電平電壓源型變頻器存在輸出諧波的dv/dt等問題，一般要設置輸出濾波器，否則必須使用專用電機。一般使用于風機和水泵等不要求四象限運行的設備。第二章中國高壓變頻器行業(yè)宏觀環(huán)境及行業(yè)現(xiàn)狀一個企業(yè)的運營總離不開其宏觀環(huán)境的影響與制約。進入新世紀，尤其是我國加入世貿(mào)組織以來，各個行業(yè)都受到不同程度的影響和沖擊，特別是高科技企業(yè)。如何從這些宏觀環(huán)境的變化中看到趨勢，正確、及時地響應這些變化，順應這些趨勢，在某種程度上關系到一個高科技企業(yè)的興衰成敗。第一節(jié)政策環(huán)境根據(jù)國家科技部和外經(jīng)貿(mào)部確定的中國高新技術產(chǎn)品統(tǒng)計目錄，高新技術產(chǎn)品包括計算機與通訊技術，生命科學技術、電子技術、計算機集成制造技術、航空航天技術、光電技術、生物技術、材料技術等產(chǎn)品。變頻器屬于國家的重點高新技術產(chǎn)品，并且包括在國家“863”計劃7大領域之中。國家“十一五”規(guī)劃明確指出，國家鼓勵高科技產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展，強調(diào)大力提高原始創(chuàng)新能力、集成創(chuàng)新能力和引進消化吸收再創(chuàng)新能力，努力掌握核心技術和關鍵技術，增強科技成果轉(zhuǎn)化能力，提升產(chǎn)業(yè)整體技術水平。這些要求也是國內(nèi)變頻器行業(yè)發(fā)展的大趨勢。只有技術力量雄厚，創(chuàng)新能力強的企業(yè)才能順應行業(yè)發(fā)展的大趨勢，在市場競爭中占居有利地位。電能是最重要、最昂貴的能源形式之一，節(jié)約用電、提高能源效率是國家節(jié)能工作的重點內(nèi)容。多年來，國家經(jīng)貿(mào)委一直會同國家有關部門致力于變頻調(diào)速技術的開發(fā)及推廣應用，在技術開發(fā)、技術改造方面給予了重點扶持，組織了變頻調(diào)速技術的評測推薦工作，并把推廣應用變頻調(diào)速技術作為風機、水泵節(jié)能技改專項的重點投資方向，同時鼓勵有關單位抓開發(fā)、抓示范工程、抓推廣應用。1998年1月1日實施的《中華人民共和國節(jié)約能源法》第39條，已將變頻調(diào)速列入通用節(jié)能技術加以推廣。在國家經(jīng)貿(mào)委《“九五”資源節(jié)能綜合利用工作綱要》中，變頻調(diào)速已被列入重點組織實施的10項資源節(jié)約綜合利用技術改造示范工程之一。國家發(fā)改委啟動的十大重點節(jié)能工程之一就是電機系統(tǒng)節(jié)能，并要求：推廣變頻調(diào)速節(jié)能技術，風機、水泵、壓縮機等通用機械系統(tǒng)采用變頻調(diào)速節(jié)能措施，工業(yè)機械采用交流電動機變頻工藝調(diào)速技術；制定相關經(jīng)濟激勵政策和技術政策、完善電機能效標準體系等配套措施；“十一五”期間，實現(xiàn)電機系統(tǒng)運行效率提高2個百分點，形成年節(jié)電能力200億千瓦時。發(fā)改委八方面加大節(jié)能工作力度國家發(fā)改委副主任解振華日前表示，做好節(jié)能工作，推進節(jié)能技術改造、推廣高效節(jié)能產(chǎn)品，既是“擴內(nèi)需、保增長”的重要內(nèi)容，也是“調(diào)結(jié)構(gòu)、上水平”的重要抓手。在新一輪的投資過程中，更要防止低水平重復建設，杜絕高耗能高污染項目上馬，要從八方面加大節(jié)能工作力度。解振華說，一是加大《節(jié)約能源法》宣傳力度，依法節(jié)能。二是制定《節(jié)約能源法》配套法規(guī)和標準。制（修）訂有關用能產(chǎn)品能效標準、高耗能產(chǎn)品能耗限額標準