变频器生产可行性报告.doc

变频器生产研究报告Chenbingyun二一二年十一月二十五日一、变频器行业概况（一）变频器的概念变频器的英文译名是VFD（Variable-frequency Drive），变频器是应用变频技术与传动控制技术，通过改变电机工作电源的频率和幅度的方式来控制交流电动机的电力传动元件。变频器在亚洲地区受欧美厂商影响而曾被称作VVVF（Variable Variable Variable Frequency Inverter）。（二）变频器基本原理变频器是利用电力半导体器件的通断作用把电压、频率固定不变的交流电变成电压、频率都可调的交流电源。现在使用的变频器主要采用交直交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、再次整流（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成的。（三）变频器主要种类变频器的分类方法有多种。按变换的环节可分为（1）交直交变频器，即先把工频交流通过整流器变成直流，然后再把直流变换成频率电压可调的交流，又称间接式变频器，是目前广泛应用的通用型变频器；（2）交交变频器，即将工频交流直接变换成频率电压可调的交流，又称直接式变频器。按直流电源性质可分为：（1）电压型变频器，其特点是中间直流环节的储能元件采用大电容，负载的无功功率将由它来缓冲，直流电压比较平稳，直流电源内阻较小，相当于电压源，故称电压型变频器，常选用于负载电压变化较大的场合；（2）电流型变频器，其特点是中间直流环节采用大电感作为储能环节，缓冲无功功率，即扼制电流的变化，使电压接近正弦波，由于该直流内阻较大，故称电流源型变频器（电流型）。电流型变频器的优点是能扼制负载电流频繁而急剧的变化。常选用于负载电流变化较大的场合。按照工作原理可分为：（1）V/f控制变频器；（2）转差频率控制变频器；（3）矢量控制变频器。按照开关方式可分为:（1）PAM控制变频器；（2）PWM控制变频器；（3）高载频PWM控制变频器。按照用途可分为:（1）通用变频器；（2）高性能专用变频器；（3）高频变频器；（4）单相变频器；（5）三相变频器等。按变频器调压方法可分为（1）PAM变频器，通过改变电压源Ud 或电流源Id的幅值进行输出控制的。（2）PWM变频器，在变频器输出波形的一个周期产生个脉冲波个脉冲，其等值电压为正弦波，波形较平滑。按工作原理可分为:（1）U/f控制变频器（VVVF控制）；（2）SF控制变频器（转差频率控制）；（3）VC控制变频器（Vectory Control矢量控制)。按电压等级可分为:（1）高压变频器（输入电压为3kv、3.3kv、6kv、10kv等）；（2）中压变频器（输入电压为690V、1140V、2300V等）；（3）低压变频器（输入电压不高于690V，常见的有110V、220V、380V）。本报告主要使用按输入电压等级分类方法。（四）变频器制造工艺1、高压变频器生产工艺流程图表 1 高压变频器生产工艺流程2、低压变频器生产工艺流程图表 2 低压变频器生产工艺流程3、中压变频器生产工艺流程图表 3 低压变频器生产工艺流程（五）变频器核心技术变频器技术是强弱电混合、机电一体的综合性技术，既要处理巨大电能的转换（整流、逆变），又要处理信息的收集、变换和传输，因此它的共性技术分为功率和控制两大部分。前者杂解决与高压大电流有关的技术问题和新型电力电子器件的应用技术问题，后者要解决（基于现代控制理论的控制策略和智能控制策略）的硬、软件开发问题（在目前状况下主要为全数字控制技术）。（六）变频器应用领域高压变频器，可细分为通用高压变频器和高性能高压变频器两大系列，应用领域涉及电力、矿业、水泥、冶金、石化等行业，可实现对各类高压电动机驱动的风机、水泵、空气压缩机、提升机、皮带机等负载的软启动、智能控制和调速节能，从而有效提高工业企业的能源利用率、工艺控制及自动化水平。图表 4 高压变频器应用领域高频变压器通用高压变频器应用于电力、矿业、冶金、水泥等领域的风机、泵类传动控制高性能高压变频器适用于矿井提升机牵引变频、轧机变频传动、船舶驱动以及高速机车主传动等高端领域低压变频器则根据不用同的应用场合对变频器性能要求的不同，分为高端、中端、低端三类市场。图表 5 低压变频器应用领域（七）变频器行业发展历程变频技术诞生背景是交流电机无级调速的广泛需求。传统的直流调速技术因体积大故障率高而应用受限。20世纪50年代末，美国通用电气公司推出了晶闸管（可控硅SCR）这一电力电子器件，为变频器的发展提供了划时代的基础硬件。此后，电力电子器件普遍应用了晶闸管及其升级产品。但其调速性能远远无法满足需要。60年代，变频器在发达国家开始逐步产业化生产，世界变频器产业的发展拉开序幕。20世纪70年代开始，脉宽调制变压变频(PWMVVVF)调速的研究得到突破，变频器的软件技术出现飞跃式发展：1971年德国、美国提出了矢量控制技术，使得变频器的调速性能可以和直流调速相媲美；1973年，美国提出了电子电子技术“采用电力半导体组件进行电力变换和控制的技术”这一新的技术学科；1979年，日本采用矢量控制的变频器开始实用化，变频调速技术上了新台阶。80年代以后微处理器技术的完善使得各种优化算法得以容易的实现。20世纪80年代中后期，美、日、德、英等发达国家的VVVF变频器技术实用化，商品投入市场，得到了广泛应用，交流调速取代直流调速、计算机数控技术取代模拟控制技术成为应用技术的主流。电机交流变频调速技术被国内外公认为最有发展前途的调速方式。期间，美国和德国凭借电子元件生产和电子技术的优势，高端产品迅速抢占市场。步入21世纪后，国产变频器逐步崛起，现已逐渐抢占高端市场。低压变频器自20世纪60年代左右问世，到20世纪80年代在主要工业化国家已经得到广泛应用，行业内知名企业主要包括瑞士ABB、德国SIEMENS、日本安川、日本三菱、美国艾默生等。相对于工业化国家来说，我国低压变频器行业起步比较晚。20世纪90年代末，低压变频器逐渐得到国内广大用户的认可，在国内开始广泛地推广使用，但仍以国际品牌为主。2000年以来，在国家的大力支持下，以汇川科技、英威腾、欧瑞传动、森兰为代表的国产低压变频器生产企业在吸收国外低压变频技术的基础上通过不断创新，开始尝试自主研发生产，极大地推动了低压变频器的国产化进程。二、全球变频器产业发展状况（一）全球变频器制造地区分布（二）全球主要厂商及市场份额1、高压变频器厂商 瑞士ABB、德国SIEMENS、日本日立1、 低压变频器厂商全球低压变频器产品领域的主要厂商为国际品牌厂商，包括瑞士ABB、西门子、日本安川电机、日本三菱、富士电机等。三、中国变频器产业发展状况（一）国内变频器产业发展现状变频器作业在我国已有20余年的发展历史。2003年后，几乎所有的国际知名品牌涌入国内市场，同时内资品牌大量出现，形成了充分的市场竞争格局，市场化程度高。近几年行业逐步走向成熟，未来几年将进入全面成熟和行业整合期。近年来，内资变频器品牌在与外资品牌的竞争中，获得越来越多的市场份额。2003年，内资品牌占整体市场不到10%，2005年份额扩大至15%，2007至2008年进一步扩大至24%左右。高压变频器方面。我国自20世纪90年代后才开始在电力、冶金等少数行业应用高压变频器，但产品和技术都被国外厂商垄断，行业发展缓慢。2000年后，国内企业在高压变频技术上逐步取得突破，生产制造工艺大幅提高，产品稳定性和可靠性也显著提升，生产成本不断下降，高压变频器开始进入快速发展时期，行业应用领域不断拓宽。市场上，由于起步时市场容量小、国内高压电动机的工作电压范围与发达国家不同等原因，外资品牌的高压变频器产品进入中国市场的规模有限。国内品牌凭借本土化优势，自2003年起，加快了替代国外产品的进程。在国内低压变频器市场，内资品牌数量最多，在加速替代外资中、高端产品的同时，内资之间的竞争也开始加剧。（二）国内涉足变频器产业厂商1、高压变频器厂商a北京利德华福电气技术有限公司b广州智光电气股份有限公司c东方日立（成都）电控设备有限公司图表 6 2008年国内高压变频器市场份额（按订单金额计算）2、中低压变频器厂商我国中低压变频器的研发和生产主要集中在珠江三角洲和长江三角洲，其中深圳的变频器企业数量和销量明显超过其他区域，另外分布在四川、山东等地的生产企业也表现出一定的实力。d高瑞米兰e成都希望森兰f深圳汇川g深圳英威腾电气图表 7 2008年国内高压变频器市场份额（按销售收入计算）（三）市场容量及增长趋势1、高压变频器图表 8 中国高压变频器市场规模及预测2、中低压变频器图表 9 中压变频器市场容量（单位：亿元）来源：英威腾电气招股书图表 10 低压变频器市场容量（单位：亿元）来源：英威腾电气招股书（四）细分行业市场表现1、高压变频器市场2、中低压变频器市场2、 图表 11 2008年我国中低压变频器市场分布情况（单位：亿元）序号行业名称低压变频器中压变频器中低压变频器合计1起重机械13.10.413.52纺织化纤12.912.93油气钻采7.22.8104冶金7.52.19.65石化和化工8.90.69.56煤炭3.85.297电梯888建材6.30.56.89电力60.66.610市政3.41.24.611食品饮料烟草3.93.912塑胶3.73.713机床2.82.814造纸印刷2.62.615其他7.60.78.3合计97.714.1111.8图表 12 2008年国内低压变频器在各行业应用的市场份额（按销售收入计算）（五）技术发展最新进展 国内变频技术是在不断消化吸收国外同行先进技术的基础上，根据国内应用特点进行适应性改造而逐步发展起来的。目前少数领先的内资品牌已在产品技术和性能上接近甚至达到了外资知名品牌的水平，成功进入高端应用领域。但从整体来看，内资企业的技术成熟度与外资知名品牌相比还有一定差距，产品规格和种类也有待进一步丰富。由于功率器件的耐电压强度目前尚不能完全满足高压使用条件，目前世界上的高压变频器不像低压变频器具有成熟一致的主电路拓扑结构，国内外各高压变频器生产厂商，采用不同的功率器件和主电路拓扑结构，以适应不同的电压等级和各种拖动设备的要求，因而在各项性能指标和适用范围上也各有差异。在我国市场上，基于低压IGBT功率单元串联的高压变频器逐渐成为国内市场上主流的技术。当前世界上对高压电动机变频调速技术的研究非常活跃，使得高压变频器的行业应用范围不断扩大。如高压变频器已经由压频控制发展到动态矢量控制和直接转矩控制等高性能控制，能实现对吊车、港机、搅拌机、转炉倾动、高炉卷扬等重负载设备控制；CPU运算速度的提高使变频器控制系统能测定的最佳控制电压和电流矢量，还能检知瞬时功率，实现短时间内平稳地加减速，控制精度极大提高，使变频器能够广泛应用于牵引机车和大型船舶驱动等领域。四、上游原材料供应状况（一）主要原材料构成变频器生产所需原材料为PCB板、IGBT、电解电容、机箱、散热器五大类其中，IGBT是最主要原料，占采购比重最大。（二）市场供应情况变频器所需各项原材料均为市场化产品，供应充足，有稳定的供货保障。其中，国外企业生产的IGBT相比国内企业具有更具有性能优势，部分变频器生产企业出于质量考虑会选择采购国外产品。由于变频器产品与IGBT有一定的匹配性，企业需通过规模化采购以控制采购成本，购销双方需要一定时间建立稳定的合作关系。由此变频器厂商可能存在对IGBT供应商依赖的风险。随着IGBT产品技术和市场的发展，参与IGBT的国外国内企业越来越多，此风险对变频器企业的生产经营影响有限。五、下游市场需求分析（一）高压变频器市场潜力图表 13 2008年高压变频器在各行业应用的潜力（按销售收入计算）来源：2008年中国高压变频器市场研究报告，变频器世界（二）六、变频器产业发展前景展望（一）国家相关产业政策工业自动化控制系统行业受国家装备制造业调整和振兴规划及节能减排政策支持，主要包括：国家发改委产业结构调整指导目录（2005年）鼓励类包含：“交流变频调整节能技术开发及应用”、“三轴以上联动的高速、精密数控机床，数控系统及交流伺服装置、直线电机制造”、“新型电子元器件（电力电子器件）制造等行业项目”。国家发改委、科技部、环保总局2005年10月发布的国家鼓励发展的资源节约综合利用和环境保护技术（资源节约部分）第77项“Bks中央空调节能智能化控制技术”要求“利用智能模糊控制技术和独创的预期算法与优化算法模型，以计算机技术、系统集成技术和变频技术为手段，实现中央空调系统运行参数的优化和冷媒流量随负荷变化而自动调节，从而保证系统在各种负荷下均实现最佳能量供应和最佳工况运行，达到节能降耗的目的”。国务院2006年7月发布的“十一五”十大重点节能工程实施意见第五项“电机系统节能工程”明确指出：“提高电机系统效率：推广变频调速、永磁调速等先进电机调速技术，改善风机、泵类电机系统调节方式，逐步淘汰闸板、阀门等机械节能调节方式。重点对大中型变工况电机系统进行调速改造，合理匹配电机系统，消除大马拉小车现象”。国家发改委和科学技术部于2006年9月联合制订中国节能技术政策大纲（2006版），在“2、工业节能/2.4高效节能设备/2.4.4发展、推广高效机电设备”中明确指出“发展、推广变频调速技术与装置及内反馈斩波调速技术与装置”。2009年2月4日，国务院常务会议审议并原则通过了“纺织和装备制造业调整振兴规划”，在产业调整和振兴的主要任务中明确要求“发展高效清洁发电，推进风电设备自主化，重点实现变频控制系统、风电轴承、碳纤维叶片等产品的国内制造”，“加快实施高档数控机床与基础制造装备科技重大专项，掌握高档数控装置、电机及驱动装置、数控机床功能部件、关键部件等的核心技术”。2009年5月12日，国务院办公厅发布装备制造业调整的振兴规划实施细则，规划期为20092011年。细则提出“坚持发展整机与提高基础配套产品发展。提高基础件技术水平，开发特种原材料，扭转基础配套产品主要依赖进口的局面。提高国产装备质量水平，扩大国内市场，国产装备国内市场满足率稳定在70%左右”。