变频器生产可行性报告

上海高瑞米兰电气股份有限公司 Shanghai Green Milan Electric Co Ltd 变频器生产研究报告变频器生产研究报告 Chenbingyun 二 一二年十一月二十五日 精品文档 2欢迎下载 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 精品文档 3欢迎下载 变频器主要由整流 交流变直流 变频器主要由整流 交流变直流 滤波 再次整流 直流变交流 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 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 精品文档 4欢迎下载 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 精品文档 5欢迎下载 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 精品文档 6欢迎下载 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 精品文档 7欢迎下载 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 精品文档 8欢迎下载 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 精品文档 9欢迎下载 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 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 高频变压器 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 精品文档 10欢迎下载 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 PWM VVVF 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 精品文档 11欢迎下载 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 精品文档 12欢迎下载 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 精品文档 13欢迎下载 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 精品文档 14欢迎下载 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 精品文档 15欢迎下载 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 5 2 纺织化纤 12 912 9 3 油气钻采 7 22 810 4 冶金 7 52 19 6 5 石化和化工 8 90 69 5 6 煤炭 3 85 29 7 电梯 88 8 建材 6 30 56 8 9 电力 60 66 6 10 市政 3 41 24 6 11 食品饮料烟草 3 93 9 12 塑胶 3 73 7 13 机床 2 82 8 14 造纸印刷 2 62 6 15 其他 7 60 78 3 合计 97 714 1111 8 精品文档 16欢迎下载 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 精品文档 17欢迎下载 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 精品文档 18欢迎下载 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 精品文档 19欢迎下载 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 2009 2011 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 精品文档 20欢迎下载 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 二 影响行业发展的因素 1 国家和地方政策 变频器属于国家重点高新技术产品 是国家