中国变频器行业研究报告

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1、中国变频器行业研究报告 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) ， 这可能是现代科技由中文反向译为英文的为数不 多实例之一。(但VFD 也可解释为 Vacuum fluorescent display，真空荧光管，故这种译法并不常用)。变频器是应用变频技术与微电子技术，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。变频器在中、韩等亚洲地区受日本厂商影响而曾被称作 VVVF(Variable Voltage Variable Frequency Inverter) 。( 二 ) 变频器基本

2、原理 变频器的构造是在两片平行的玻璃当中放置液态的晶体，两片玻璃中间有许多垂直和水平的细小电线，透 过通电与否来控制杆状水晶分子改变方向，将光线折射出来产生画面。( 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，

3、 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

4、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

5、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報 ft!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兀*Rd JtWiXIt辰机也试巾场需求倾测I-物料斋求 il 层PCB 下诚 P 板外协 III 1：护用制件址划1L厂蕊劇;丽-电性能箱试FQC捡唸软件烧祇PCB T成 tli 板PCBV成4II板4W来料 stst 检测FCB 成ik板3、中压变频器生产工艺流程来料 stst 检测整

6、机纽罠整机纽罠河试KB 申ib板 河试丈个怜测1订眼出货检脸需求图表 3 低压变频器生产工艺流程導门 IT 单评审（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

7、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。PCB 半诚品板PCB T成Ah板测试幼科单儿削装幼科单儿削装人府戻苛包裝制进计划物料需求 il 划来桃质试检河I円*半成站板外协11】匚iI N一 严 P N 一 来桃质试检河lj需制度开坏*闭环电淹灾駅控 制技求和门接转炉控制技术為建总线 r?fc拎制技术（6 丽桥重忸电榔 塔冷*拦生产缚、仃油钻丿札建 机等中砌朮场中進传动类中等做免低速大 扭矩类员戟斤环、闭坏电渝矢城腔制技术普通的总线技术皿铁机.陶瓷闻花机、 七电机印喇机.唧

8、科挤 出机，任进式拉銓机節简单调逢类.简 唯转动类负找 YF 押制技术1 就机、水泵哪（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（PWM-VVVF 调速的研究得到突破，变频器的软件技术出现飞跃式

9、发展：1971 年德国、美国提岀了矢量控制技术，使得变频器的调速性能可以和直流调速相媲美；1973 年，美国提岀了电子电子技术一一“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

10、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

11、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 （ 略）（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

12、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

13、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(1)北京利德华福电气技术有限公司广州智光电气股份有限公司(3)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)口利禮华祁西门子 介康亿廉 口东方口立 湖北环 口广州种比 哈尔滨九州 ABB罗克荐尔 东芝阕 口中山明阳

14、 口其他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岀一定的实力。(1)欧瑞传动(原烟台惠丰)(2)成都希望森兰(3)深圳汇川(4)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)2,86%22,86*10. 00%（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20052006200720082009201020M20122、中低压变频器图表 9 中压变频器市场容量（单位：亿元）2003年2004年溯05年20

15、06年2007年2009年2009年E)2010年乳46.6& 911. 714, 115,418,523. 030.1图表 10 低压变频器市场容量（单位：亿元）2003年2001年2005年2006年2007年2008年2W9年（E）2010 5( (E)2011年2012*(E)襯364.374,28 11)7.7118.2137 MItiL I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）（四）细分行业市场表现1、高压变频器市场1）、中低压变频器市场2）、2008 年我国中低压变频器市场分布情况图表 11 2008 年我国中低压变频器市场分布情况（单位：

16、亿元）序号行业编，中压珮軽申1圧变频S命起重机械昇111P13.5P刼纺织 ft 纤心也”-A-r吃卿A油气钻采丿化2124心礼52乙 29后石化和化：!Q.釦緘耐I3胖5.2电梯门6.2Q. “6&121.41W像品饮料烟簞3软3312塑胶心3干*王机廉寂2.82屁ifflt 印刷*221歸其伽GM8.签4舍计心l MIILSJ0Q8 年国内低丼变业应用的丽场份额（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

17、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

18、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

19、岀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）应用行业II市场潘力（亿元）220治金柑讪化I:%so04水混60直它162舍il812六、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

20、备制造业调整和振兴规划及节能减排政策支持，主要包括：（1）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”。（2） 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

21、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”。（3） 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 确指岀：“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”。(4) 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

22、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”。(5) 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”。(6) 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

23、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”。(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“ 863”计划重点支持的领域，一直得到国家产业政策的鼓励和 支持。2、 宏观经济环境的景气程度变频器行业下游客户多为电力、采掘、石油石化、冶金、水泥、机械制造等工业，受宏观经济波动影响程 度大。我国作为制造业大国，国民经济持续增长也为变频器产业创造了良好的发展空间，市场空间巨大。3、环保节能需求世界性的能源短缺使得节能降耗的需

24、求日益迫切，变频器作为主流节能产品，其应用市场正在快速成长。 我国是能耗大国，能源紧张局面将长期存在，节能需求紧迫。随着国内产业升级、工艺控制要求提高，变 频器的应用日益普及，逐步成为工业设备的标准配置。4、应用领域拓宽随着技术的发展进步，变频器的应用领域也在不断拓展。变频技术已经在风力发电和太阳能发电的核心设 备并网逆变器上开始直接应用，新能源产业的发展也为变频技术的应用提供了广阔空间。1、 国际需求上升变频器世界市场需求也在稳定增长，特别是发展中国国家电子电子产品技术水平较低，市场主要被外资品 牌占领，我国变频产品打入其市场存在机会。目前，在国家鼓励出口政策支持下，我国部分内资品牌已经 开始了海外市场的拓展活动。6、配套产业的发展中低压变频器产品的核心功率器件IGBT 属电力半导体产品，欧洲、日本企业代表了生产和研发的领先水平。而国内该领域产品产业化生产刚刚起步，生产规模偏小，产品规格齐全度较国外也存在差距，较大的内资 变频器企业的 IGBT 仍主要依赖于进口。配套产业的落后，一定程度上制约了本土变频器产业的发展。