中国变频器行业市场分析
本文导读：目前，高压变频以节能为目的，主要应用于大型水泵、风机中。而中低压变频则以改善电机运行性能为目的，属于更高层次的需求，所以增速平稳，近年来一直维持15%～20%的增长。
1、变频器的节能原理
为了保证生产的可靠性，各种生产机械在设计配用动力驱动时，都留有一定的富余量。当电机不能在满负荷下运行时，除达到动力驱动要求外，多余的力矩增加了有功功率的消耗，造成电能的浪费。风机、泵类等设备传统的调速方法是通过调节入口或出口的挡板、阀门开度来调节给风量和给水量，其输入功率大，且大量的能源消耗在挡板、阀门的截流过程中。当使用变频调速时，如果流量要求减小，通过降低泵或风机的转速即可满足要求。
由流体力学可知，P(功率)＝Q(流量)×H(压力)，流量Q与转速N的一次方成正比，压力H与转速N的平方成正比，功率P与转速N的立方成正比，如果水泵的效率一定，当要求调节流量下降时，转速N可成比例的下降，而此时轴输出功率P成立方关系下降。即水泵电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系。所队当所要求的流量Q减少时，可调节变频器输出频率使电动机转速n按比例降低。这时，电动机的功率P将按三次方关系大幅度地降低，比调节挡板、阀门节能40%一50%，从而达到节电的目的。
例如：一台离心泵电机功率为55千瓦，当转速下降到原转速的4/5时，其耗电量为28.16千瓦，省电48.8%，当转速下降到原转速的l/2时，其耗电量为6.875千瓦，省电87.5%。
| 频率f(Hz) |
转速N% |
流量O% |
扬程H% |
轴功率P% |
节电率 |
| 50 |
100% |
100% |
100% |
100% |
0.00% |
| 45 |
90% |
90% |
81% |
72.9% |
27.10% |
| 40 |
80% |
80% |
64% |
51.2% |
48.80% |
| 35 |
70% |
70% |
49% |
34.3% |
65.70% |
| 30 |
60% |
60% |
36% |
21.6% |
78.40% |
| 25 |
50% |
50% |
25% |
12.5% |
87.5% |
2、变频器的变频方式
在变频调速技术成熟之前，直流电动机的调速特性被公认为是最好的，只需要调节输入电压即可。但由于直流电机存在换向器，制造复杂，造价较高，所以目前仅用在调速性能要求较高的场合应用－如电动汽车和用直流电源（电池）供电的小型电机。
交流电机的转速由三个因素决定：转差率、磁极对数和供电频率。磁极对数一般由电机结构决定，难以调节；调节转差率会带来比较大的负面效果，要么电机效率较低，要么电机转矩下降，电机失去过载能力。同时调节转差率只能使转速在5%以内波动，调节范围狭小。所以最好的转速调节方法，就是调节供电频率。
V/f控制
V/f控制同时调节电压与频率，使其比值保持不变，磁通恒定。V/f是一种转速开环控制，原理简单，控制电路简单，负载可以是通用标准异步电动机，通用性强，经济性好。但缺点是：1.当频率升高时，为了保持磁通不变（否则过饱和），电压需下降，造成电机输出下降，负载能力减弱。这时候为恒功率工作模式。2.当频率下降，电压同步下降到一定程度时，定子上面的阻抗压降就不可以忽略，需要适当提高逆变器的输出电压，保证异步电机的输出转矩，不影响电机的低频工作性能。3.V/f控制本身还是标量控制，没有考虑异步电机是一个多变量耦合关联的非线性系统，异步电机内转矩和磁链是电压和频率的函数，在高动态控制时（快速改变转矩），电机的动态响应性能较差，无法做到精确控制。同时偏离额定转速的低频状态下，难以保持磁链稳定，或者导致铜损和铁损增加。
矢量控制
矢量变换控制是20世纪70年代原西德Blaschke等人首先提出来的。其基本思想是把交流异步电动机模拟成直流电动机，能够像直流电动机一样进行控制。采用矢量控制可以提高变频调速的动态性能。根据交流电动机的动态数学模型，利用坐标变换的手段，将交流电动机的定子电流分解为磁场分量电流和转矩分量电流，并分别加以控制。自然解耦的直流电动机的控制方式，对电动机的磁场和转矩分别进行控制，以获得类似于直流调速系统的动态性能。可以说，V/f调速只是间接的控制决定转矩和转速的量（气隙磁通），而矢量控制直接控制决定转矩和转速的电流和频率。同时矢量控制是闭环控制，精度更高，响应速度更快。
二、变频器行业驱动因素
1、政策因素
中国变频行业相关政策
| 时间 |
政策 |
内容 |
| 2012年8月 |
《节能减排“十二五”规划》 |
把电机系统节能列为节能减排重点工程，对电机系统实施变频调速、永磁调速、无功补偿等节能改造，优化系统运行和控制，提高系统整体运行效率。2015年电机系统运行效率比2010年提高2－3个百分点，“十二五”时期形成800亿千瓦时的节电能力。 |
| 2012年8月 |
《节能减排“十二五”规划》 |
到2015年，全国万元国内生产总值能耗下降到0.869吨标准煤（按2005年价格计算），比2010年的1.034吨标准煤下降16%（比2005年的1.276吨标准煤下降32%）。“十二五”期间，实现节约能源6.7亿吨标准煤。 |
| 2012年7月 |
《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》 |
将高压变频调速列为新兴产业的关键开发技术。 |
| 2011年11月 |
《工业转型升级规划（2011—2015年）》 |
变频技术被列为实现能源设备节能和轻工业节能的重点改造提升技术 |
2、经济因素
变频器应用于多个工业领域，受工业发展和景气程度的影响极大。近年来，我国工业增加值较快增长，除去受金融危机影响增速减缓，降到5%以下，其他年份增速保持在20%左右。工业整体的增长拉动了电机需求的增长，同时也带动了变频器行业的增长。
3、社会因素
随着人们节能、环保意识的增强，通过电机节能、少耗电、少燃煤来减少燃煤排放物和大气污染，减小温室效应，是保护环境和缓解能源紧张
形势的必然选择，变频器市场需求必然会随“节能环保”意识的增强而不断增长。我国加入世贸组织给我国的许多行业都带来深远的影响。变频器行业在此背景下也有了显著的变化。一方面，加入世贸组织可以实现国际变频器产品更为自由的贸易活动，使国产品牌纳入国际市场，特别是近几年来几家规模较大的国产品牌开始努力开拓国际市场，出口业务进步很快。另一方面，入世使外资品牌进入中国变频器市场的门槛进一步降低。竞争的压力促使本土变频器企业提升自身实力，迎接挑战。对于我国进口的高档变频器产品，由于入世后关税的降低，其价格高的劣势被弱化，同时许多外资品牌也通过在中国设厂实现了产销本地化，这都给国内的变频器生产企业施加了更大的压力，市场竞争更加激烈。
4、技术因素
变频技术是应交流电机无级调速的需要而诞生的。20世纪50年代末，美国通用电气公司推出了电力半导体组件晶闸管（可控硅SCR），为变频技术提供了划时代意义的基础硬件。进入70年代，由于直流电机的调速局限性，交流电机越来越受到人们的青睐。随着市场需求的增长，技术也日益发展和完善。
1971年，美国、德国提出了矢量控制技术，使得变频器的交流调速性能可以和直流调速相媲美。1973年，美国提出了电力电子技术这一新的技术学科，其最大应用领域就是调速传动。1979年，日本采用矢量控制的变频调速系统开始实用化，技术又上了一个新台阶。到了20世纪80年代，由于电力半导体开关器件和微电子技术的进步，变频器性能及可靠性提高，生产成本下降，其应用开始普及。从总体上看，我国变频调速技术起步较晚，比欧美、日本等发达国家晚了10至15年。变频调速技术在我国的发展简史如下表所示。
| 特征 |
应用年代 |
| 电机扩大机的发电机-电动机机组传动 |
50年代初~70年代中期 |
| 汞弧整流求供电的直流调速传动 |
50年代后期~60年代后期 |
| 磁放大器励磁的发电机-电动机机组传动 |
60年代初~70年代中期 |
| 晶闸管变流器励磁的发电机-电动机机组 |
60年代后期~70年代后期 |
| 晶闸管变流器供电的直流调速传动 |
70年代初~现在 |
| 饱和磁放大器供电的交流调速传动 |
60年代初~60年代后期 |
| 静止串级调速交流调速传动 |
60年代初~60年代后期 |
| 循环变流器供电的交流变频调速传动 |
80年代后期~现在 |
| 电压或电流型6脉冲逆变器供电的交流变频调速传动 |
80年代初~现在 |
| BJT（IGBT）PWM逆变器供电的交流变频调速传动 |
90年代初~现在 |
三、变频器细分行业
由于高压变频和中低压变频的驱动因素不同，导致两个细分行业的发展出现差异化。目前，高压变频以节能为目的，主要应用于大型水泵、风机中。在国家节能减排政策的引导下，高压变频近几年均出现了40%以上的增长。而中低压变频则以改善电机运行性能为目的，属于更高层次的需求，所以增速平稳，近年来一直维持15%～20%的增长。
同时，由于高压变频的成本占成套设备的比重较高，所以下游企业对价格更加敏感，这也导致了以性价比著称的内资品牌占据80%的市场份额。而中低压变频价格占成套设备比重较低，但其对性能要求高，所以下游企业更加重视产品的运行效果，从而使得外资品牌的市场份额达到了70%以上。短期内，高压变频行业更多的是享受行业的快速增长；而中低压变频行业则更看重进口替代和市场份额的提升。
|
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高压变频 |
中低压变频 |
| 短期发展 |
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| 短期驱动因素 |
节能为导向，主要应用于大型风机，水泵 |
改善电机运行性能 |
| 市场竞争格局 |
突出性价比优势，内资品牌占比80% |
注重产品性能，价格次要位置，内资品牌不到30% |
| 行业增速 |
国家政策引导，行业增速超过40% |
更新换代时间长，行业增速20%-30% |
| 长期发展 |
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| 发展方向 |
高性能高压变频，大功率高压变频 |
伺服系统，工业控制成套设备 |
