2022国外变频器应用和市场动向

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引言

当今变频器产业得到飞速进展，变频器产品的产业化规模日趋壮大。沟通变频器自20世纪60年月左右问世，到20世纪80年月在主要工业化国家已广泛使用，而从20世纪90年月以来，随着人们节能环保意识的加强，变频器的应用越来越普及。

变频器应用日趋普及

变频调速能够应用在大部分的电机拖动场合，由于它能供应精确的速度掌握，因此可以便利地掌握机械传动的上升、下降和变速运行。变频应用可以大大地提高工艺的高效性(变速不依靠于机械部分)，同时可以比原来的定速运行电机更加节能。下面例举使用变频调速的10个理由，来说明变频器应用在国外日趋普及的基本熟悉:

(1)掌握电机的启动电流。

当电机通过工频直接启动时，它将会产生7到8倍的电机额定电流。这个电流值将大大增加电机绕组的电应力并产生热量，从而降低电机的寿命。而变频调速则可以在零速零电压启动(当然可以适当加转矩提升)。一旦频率和电压的关系建立，变频器就可以根据V/F或矢量掌握方式带动负载进行工作。使用变频调速能充分降低启动电流，提高绕组承受力，用户最直接的好处就是电机的维护成本将进一步降低、电机的寿命则相应增加。

(2)降低电力线路电压波动。

在电机工频启动时，电流剧增的同时，电压也会大幅度波动，电压下降的幅度将取决于启动电机的功率大小和配电网的容量。电压下降将会导致同一供电网络中的电压敏感设备故障跳闸或工作特别，如PC机、传感器、接近开关和接触器等均会动作出错。而采纳变频调速后，由于能在零频零压时逐步启动，则能最大程度上消退电压下降。

(3)启动时需要的功率更低。

电机功率与电流和电压的乘积成正比,那么通过工频直接启动的电机消耗的功率将大大高于变频启动所需要的功率。在一些工况下其配电系统已经达到了最高极限，其直接工频启动电机所产生的电涌就会对同网上的其他用户产生严峻的影响,从而将受到电网运行商的警告,甚至罚款。假如采纳变频器进行电机起停,就不会产生类似的问题。

(4)可控的加速功能。

变频调速能在零速启动并根据用户的需要进行光滑地加速，而且其加速曲线也可以选择(直线加速、S形加速或者自动加速)。而通过工频启动时对电机或相连的机械部分轴或齿轮都会产生猛烈的振动。这种振动将进一步加剧机械磨损和损耗，降低机械部件和电机的寿命。另外，变频启动还能应用在类似灌装线上，以防止瓶子倒翻或损坏。

(5)可调的运行速度。

运用变频调速能优化工艺过程，并能依据工艺过程快速转变，还能通过远控PLC或其他掌握器来实现速度变化。

(6)可调的转矩极限。

通过变频调速后，能够设置相应的转矩极限来爱护机械不致损坏，从而保证工艺过程的连续性和产品的牢靠性。目前的变频技术使得不仅转矩极限可调，甚至转矩的掌握精度都能达到3％～5％左右。在工频状态下，电机只能通过检测电流值或热爱护来进行掌握，而无法像在变频掌握一样设置精确的转矩值来动作。

(7)受控的停止方式。

犹如可控的加速一样,在变频调速中,停止方式可以受控，并且有不同的停止方式可以选择(减速停车、自由停车、减速停车＋直流制动)，同样它能削减对机械部件和电机的冲击，从而使整个系统更加牢靠，寿命也会相应增加。

(8)节能

离心风机或水泵采纳变频器后都能大幅度地降低能耗，这在十几年的工程阅历中已经得到体现。由于最终的能耗是与电机的转速成立方比，所以采纳变频后投资回报就更快，厂家也愿意接受。

(9)可逆运行掌握

在变频器掌握中，要实现可逆运行掌握无须额外的可逆掌握装置，只需要转变输出电压的相序即可，这样就能降低维护成本和节约安装空间。

(10)削减机械传动部件

由于目前矢量掌握变频器加上同步电机就能实现高效的转矩输出,从而节约齿轮箱等机械传动部件,最终构成直接变频传动系统。从而就能降低成本和空间,提高稳定性。

变频器产品的形式异彩纷呈

2022年消失了OEM化变频器升级换代、网络变频器的进一步增加、矩阵变频器的成形等特点，使得不同形式、不同类别、不同功能的变频器在市场中异彩纷呈。

3.1OEM化变频器升级换代

对于异步电机的掌握方式而言，一般工频启动相对成本更省，而变频器的花费则会更高、体积会更大，所以在许多自动化机械设备中，变频器采纳率并不是很高，机械商也不是很乐观地安装变频器，尽管变频器有这样或那样的好处。通用型变频器经过数十年的进展，OEM化变频器在2022年已经取得了关键性突破，并进行升级换代。

SEW公司的OEM化产品MovitracLT

以SEW为例，其在2022年10月墨尔本自动化展会上展出了其最新的OEM化产品MovitracLT(如图1)，是对原先的Movitrac的进一步升级，特别适合OEM配套使用在风机、水泵、机床工具和传送带上。由于采纳最新先进工艺的功率模块，其采纳书架式的体积将更小。为了OEM商使用，其接线方式犹如接触器一般，安装方式则更加简洁，运行调整则以基本的14个参数为前提。

该款变频器具有更加强大的软件功能(新增关心卡)、更加宁静的噪音设计(开关频率可达32kHz)、更加合理的散热设计(接近冷盘功能)、更加友好的环保功能(内置RFI滤波器)。

3.2变频器的网络功能增加

数字化网络功能在2022年变频器国际展会上都是重头戏，包括AB公司的PF系列变频器，都供应了网络接入方案，如最新的PowerFlex4变频器具有内置的RS485通讯力量，可以用在多种网络联接中使用，同时PowerFlex4变频器可以通过装DriveExplorerTM或DriveExecutiveTM软件的微机进行编程和掌握。

作为执行机构，变频器的网络化配置主要基于3个层面:设备层、掌握层和信息层。可以配接最基本的RS232/RS485串行通讯协议、PROFIBUS等的现场总线协议以及INTERNET局域网协议。

在网络化日益普及的今日，与一般的点对点硬线连接方式而言，通过高速通讯连接的变频器系统可以最大程度上降低系统维护时间、提高生产效率、削减运行成本。目前安装的现场总线模块有ProfibusDP、Interbus、DeviceNet、CANOpen和ModbusPlus等。用户可以有更大的自由依据生产过程来选择PLC型号和品牌，并特别简洁地集成到现有地网络中去。而且通过现场总线模块，可以不考虑变频器的型号，而以同一种编程语言和程序结构来与不同功率段、不同型号地变频器进行组构，如功率、速度、转矩、电流、设定值等。

3.3矩阵变频器的消失

大家都知道，由于矩阵式交-交变频省去了中间直流环节,能实现功率因数为l,且能四象限运行，系统的功率密度大,因此矩阵变频器始终成为国际大公司的研发对象。

在2022年4月份的汉诺威国际展览会上，安川展现了即将生产的矩阵变频器的原型，并表示公司方案在明年启动销售策略，同时已经在日本市场上现场测试和运行了好几台矩阵变频器。在安川矩阵变频器中有9个开关，每一个都有2个IGBT双向开关组成，能允许正向电压和负相电压通到电机上。IGBT数量的增加是导致矩阵变频器造价昂贵的其中一个因素。

矩阵变频器使用了三相电压输入来掌握输出电压，这就不仅能汲取任何电流杂波，也能供应清洁的输出电压，也就是说“可以有效地进行输入电源电流掌握与输出电压掌握”。这也是矩阵变频器吸引人们的一个重要点:能大大降低输入电流谐波的产生，只有传统交-直-交变频器的20％左右。而且矩阵变频器的电流几乎是正弦波，即使在带载状况下，也是如此。当有再生发电时，电流能以180°转换并反馈到电网中，而且也是以正弦波方式。在再生制动方式的工作中，矩阵变频器不需要制动电阻或特别的变换器。反馈回的电亦无需额外的设备(如变压器等)进行处理。总之，传动能在四象限高效率运行。

安川公司起初的方案是将新的矩阵变频器主要用到能够发挥其特长和优点的场合中,如它的处理再生能量功能，在起重、电梯、离心机和其他需要连续电动又连续制动发电的场合。当然，它也可以装在那些需要制动，但又没有空间安装制动电阻或者安装电阻会引起意外事故的地方，如酒精厂、化工厂等。另外一个特别有潜力的地方，就是需要有低谐波的应用场合。如在轮船上，就能允许安装更小的发电机组。在一些隔离系统中能降低设备的体积，而省去了类似12脉冲变频器系统中的额外变压器。在安川的方案中，矩阵变频器将逐步掩盖400V的5.5~22kW，直至75kW，当然也有200V级的5.5~45kW变频器。至于价格策略目前尚未公布，但基本上为目前通用功率段传统变频器的2倍左右。

4变频器不同功率段的市场期望差异

国外资深传动调查机构drivemag从2022年底到2022年底跨越整年度的问卷表明:变频器的传动功率在大功率段是个卖方市场。此次问卷的读者掩盖全球各大洲的40多个国家,涉及的品牌多达55个,制造商分布在北美、欧洲、日本和亚洲新兴地区，行业遍及重工、轻工、市政公用等，问卷的主体是从事商务、操作和设计人员。

2022年底到2022年底跨越整年度的市扬调查描述

100%的买主都坦言他们购买中低功率段的变频器，同时全部的供应商都能供应相应功率段的变频器。而在中高功率段(如超过10HP，即7.5kW)，大部分买主都认为其数量要少得多，供应商则基本都能供应用户所需求的功率段变频器。

然而，更多的供应商(厂商)更把目光放在中高功率段或更高的功率范围内，而买主(用户)则相对关注少一点。事实上，随着功率的增加，用户不需要更高功率的电机来运作，所以也同样不需要相应的高功率变频器。但是一旦有采纳高功率段变频器的用户，厂商就会特别关怀，由于高功率段变频器的产值更高。

在问及今后变频器的市场走向时，很多变频器厂商信任，基于三个因素，在重工业采纳高功率变频器将会增速:

(1)高功率段的变频器价格相对低廉，平均每HP或每kW的价格大大低于中低功率段变频器的价格;

(2)高功率段的技术牢靠性要大大高于小功率段，由于在制造成本和设计空间上没有象小功率段那么苛刻，所以其故障率大大低于小功率段变频器;

(3)高功率段的电机所需的变频器产品相对比较标准，应用场合即使简单，其掌握思路还是大大简化。

假如将来高功率变频器市场如预期的那么乐观，将来会有越来越多的厂商介入其中，一些原先只做如75kW级中功率变频器的厂商会把功率段放高到280kW甚至400kW以上。随着大量厂商加入，高功率变频器价格将会下滑，用户对厂商的产品供应链、服务环节就会更加严格。

在高功率市场增长的同时,其相应的集成项目和成套产业也会大幅度增长,将会大量涵盖到不仅包括离心风机和水泵在内的其他高功率电机场合，如搅拌机、压缩机等。

5变频器服务市场的进一步超值

最近权威的市场调查发觉:用户将花费在变频器服务上的费用更多,其服务内容包括施工、设计、配置、集成和在线支持,而花费在变频器产品本身的费用比重将大幅度降低。据估量2022年北美市场变频器产品的销售额在10亿美元左右,而变频器服务市场的销售额将至少有18亿美元左右。

然而，相对于最终用户而言，变频器的服务价值与产品价值之间的关系并不肯定一成不变，甚至差别很大。比如，在成熟的工业应用中，一般的标准传动就能基本符合用户的要求，同时用户阅历丰富，此时变频器的服务费用或许就只有产品费用的20％，甚至更低。但是在应用工况简单、传动的计算机掌握程度高、工厂信息化要求与执行电机挂钩的状况下，这时候用户花费在变频器系统设计、集成等上的服务费用将大大超过产品本身的价值，甚至可以达到6~8倍左右。比如在造纸生产线、冶金等行业。

经调查中也发觉，变频器服务市场的产值分布来看:传动制造商只获得其中25％的份额，余下的75％将由集成商(占44％)、商业承销商(7％)、工业承销商(7％)、OEM客户和其他(17％)分摊。

就变频器服务市场的进展趋势来看,大致有以下可能:

(1)相对于变频器产品技术和价格压力而言，变频器服务市场的技术要求会更高，价格压力也将更重;

(2)系统集成商和承销商只有具备更敏捷的机制、更