電源第4講變頻器市場

71 國內外高壓變頻企業(yè)在技術上分幾類，分別有什么特點?

答：1)電流源型，如圖20 所示。電流源型逆變部分采用SGCT直接串聯(lián)解決耐壓問題，直流部分用電抗器儲存能量，目前的技術水平可以做到輸出電壓為7.2 kV，可以適應國內大部分電壓為6 kV 這一現(xiàn)狀，但無法用在10 kV 電壓。電流源型變頻器輸入側的功率因數比較低，電抗器的發(fā)熱量較大，效率比電壓源型變頻器低，由于采用電流控制，輸出濾波器的設計比較麻煩，而兩電平變頻 器的共模電壓和諧波、dv/dt 問題較突出，所以對電機的要求較高。雖然電流源型變頻器有可回饋能量的優(yōu)點，但是需要回饋能量的負載畢竟不是很多，尤其是通用型變頻器。所以電流源型變頻 器的市場競爭能力已經逐漸變弱。

2)功率單元串聯(lián)多電平型，如圖21 所示。此變頻器采用多個低壓的功率單元串聯(lián)實現(xiàn)高壓輸出，輸入側的降壓變壓器采用移相方式，可有效消除對電網的諧波污染，輸出側采用多電平正弦波PWM 技術，可適用于任何電壓的普通電機，另外，在某個功率單元出現(xiàn)故障時，可自動退出系統(tǒng)，而其余的功率單元可繼續(xù)保持電機的運行，減少停機所造成的損失。系 統(tǒng)采用模塊化設計，可迅速替換故障模塊。由此可見，單元串聯(lián)多電平型變頻器的市場競爭力是很明顯的。

3)三電平型，如圖22 所示。三電平型變頻器采用二極管鉗位和電容飛渡分壓電路，解決了兩只功率器件的串聯(lián)的問題，并使相電壓輸出具有三個電平。三電平逆變器的主回路結構環(huán)節(jié) 少，雖然為電壓源型結構，但易于實現(xiàn)能量回饋。三電平變頻器在國內市場遇到的最大難題是電壓問題，其最大輸出電壓達不到6 kV，所以往往需要用變通的方法，要么改變電動機的繞組接法(星/三角改接)，要么在輸出側加升壓變壓器。這一弱點限制了它的應用范圍。

目前，雖然有人提出了其他不同的高壓變頻器解決方案，但大部分不具有明顯的可行性，或者說不具有將上述三種主流變頻器結構取而代之的潛力。隨著高壓 變頻器成本的進一步降低，在中等功率市場，高低型變頻器將會退出競爭，而只關注于較小功率的場合。對于單元串聯(lián)多電平型變頻器，主要缺點是變流環(huán)節(jié)復雜， 功率元器件數目多，體積略大一些，但是，在其他的方式不能解決國內應用的需要，高壓器件應用的可靠性還不是太高的情況下，其競爭優(yōu)勢在最近的一段時期內， 可能還是無法代替的。三電平型變頻器由于輸出電壓不高的問題，主要的應用范圍應該是在一些特種領域，如軋鋼機、輪船驅動、機車牽引、提升機等，這些領域的 電機都是特殊制定的，電壓可以不是標準電壓。在一定的功率水平下，三電平型變頻器取代傳統(tǒng)的交交變頻器是技術發(fā)展的趨勢。三電平變頻器的更大發(fā)展有待于更 高耐壓的功率器件的出現(xiàn)和現(xiàn)有產品可靠性的進一步提高。在超大功率場合，即大約8 000 kW 以上的功率，用晶閘管構成的LCI(負載換流變流器)電流源型變頻器仍舊是主角。由于以上所述的技術特征，通用型高壓變頻器目前是單元串聯(lián)多電平型變頻器 占多數，約占七成以上，目前國內基本上都采用這種電路結構。

72 國內與國外企業(yè)生產的變頻器在技術上有什么差異?

答：國內變頻技術的理論不比國外差多少，但在變頻器的開發(fā)和生產上，由于中國的工業(yè)基礎較薄弱，制造技術不及發(fā)達國家，功率開關器件的質量難以與發(fā)達國家抗衡，目前完全國產化的變頻器還沒有。在變頻器領域，國內企業(yè)還很年輕，要走的路還很長。

1) 與國外大公司相比，國產企業(yè)進入電氣傳動領域時間太短，無拳頭產品，無成套電氣設備。像ABB 的ACS-600/1000 系列，采用DTC 技術，獨樹一幟;法國Schneider 的TE 系列是世界領先的電氣產品，用戶在享受高質量TE 系列產品的同時，很可能會順便接受Schneider變頻器;Siemens更是歐洲老牌勁旅，涉足廣泛，在電力、電氣傳動、金融設備、家電行業(yè)都是名 牌。這三個公司都基本能提供工廠的全套電氣設備。國外現(xiàn)階段發(fā)展情況主要表現(xiàn)如下：

(1)技術開發(fā)起步早，并具有相當大的產業(yè)化規(guī)模。

(2)能夠提供特大功率的變頻器，目前已超過10 000 kW。

(3)變頻調速產品的技術標準比較完備。

(4)與變頻器配套的產業(yè)及行業(yè)初具規(guī)模。

(5)能夠生產變頻器中的功率器件，如IGBT、IGCT、SGCT等。

(6)高壓變頻器在各個行業(yè)中被廣泛應用，并取得了顯著的經濟效益。

(7)產品國際化，當地化加劇。

(8)新技術，新工藝層出不窮，并被大量的、快速的應用于產品中。

(9)目前，沒有10 kV產品。

2)國內僅有少部分的中、高壓電機進行了變頻調速改造，且普遍采用V/f 控制方式。所以，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。國內這些狀況主要表現(xiàn)在如下幾個方面：

(1)國外各大品牌的產品正加緊占領國內市場，并加快了本地化的步伐。

(2)具有研發(fā)能力和產業(yè)化的國內企業(yè)少。

(3)國產高壓變頻器的功率等級較低，目前不超過3 500 kW。

(4)國內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業(yè)很不發(fā)達。

(6)生產工藝落后，勉強滿足變頻器產品的技術要求，但是價格低廉。

(7)變頻器中使用的功率半導體，驅動電路，電解電容等關鍵元器件完全依賴進口。

(8)與發(fā)達國家的技術差距在縮小，具有自主知識產權的產品正應用在國民經濟中。

(9)已經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。

73 國內高壓變頻企業(yè)在技術上應走什么道路來加強企業(yè)競爭力?