變頻調(diào)速電機(jī)市場(chǎng)調(diào)研分析教材

市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)部

2017年01月04日

前言

我國(guó)普遍存在著工業(yè)生產(chǎn)能耗高，能源浪費(fèi)嚴(yán)重的現(xiàn)象，其中風(fēng)機(jī)、水泵類(lèi)是應(yīng)用最

廣、耗電量大的生產(chǎn)機(jī)械，用閥門(mén)、檔板調(diào)節(jié)流量造成電能?chē)?yán)重浪費(fèi)，節(jié)能是亟待解決的

問(wèn)題。使用高效先進(jìn)的調(diào)速手段正是行之有效的解決途徑。

應(yīng)用于風(fēng)機(jī)、水泵類(lèi)的中高壓電機(jī)，要緊為三相異步電動(dòng)機(jī)，包含鼠籠型與繞線型，

高效率的調(diào)速方式有兩種，即定子側(cè)變頻與轉(zhuǎn)子側(cè)變頻。定子側(cè)變頻也叫高壓變頻，普遍

應(yīng)用鼠籠型電動(dòng)機(jī)，其性能較好，但由于系統(tǒng)直接接高壓電網(wǎng)，因此技術(shù)復(fù)雜、體積龐大、

可靠性較低、價(jià)格昂貴。轉(zhuǎn)子側(cè)變頻調(diào)速也叫轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速，使用繞線型電動(dòng)機(jī)，將變頻

調(diào)速基本原理應(yīng)用于轉(zhuǎn)子側(cè)，由于轉(zhuǎn)子側(cè)使用低電壓，因此技術(shù)復(fù)雜度降低、體積大為縮

小、可靠性高、價(jià)格適中。通常價(jià)格只有變頻調(diào)速的三分之一左右，優(yōu)良的性能價(jià)格比，

使之在相當(dāng)多的節(jié)能應(yīng)用場(chǎng)合，能夠取代變頻調(diào)速。

生產(chǎn)轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速電機(jī)及轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速裝置，投資少，見(jiàn)效快，產(chǎn)品適銷(xiāo)對(duì)路，符合進(jìn)

展方向，市場(chǎng)需求量十分可觀。據(jù)國(guó)家經(jīng)貿(mào)委節(jié)能司信息中心統(tǒng)計(jì)，高壓交流調(diào)速節(jié)能的

市場(chǎng)600億元。目前大多數(shù)被國(guó)外高壓變頻所壟斷，而轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速的異軍突起，不僅將

打破這一格局，而且必將進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)，其社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益是不可低估的，前景十分

美好。

目錄

第一章轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速電機(jī).....................................................3

L1轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速電機(jī)定義.....................................................................

1.2轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速電機(jī)的原理

1.3轉(zhuǎn)子變頻的優(yōu)點(diǎn)...........................................................錯(cuò)誤!天定義書(shū)簽。

第二章轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速操縱系統(tǒng).................................................8

2.1轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速操縱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理..........................................錯(cuò)誤!天定義書(shū)簽。

2.2轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速操縱系統(tǒng)的特點(diǎn)..........................10

第三章轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速項(xiàng)目的技術(shù)可行性分析...................................11

3.1轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速技術(shù)的進(jìn)展過(guò)程..............................................錯(cuò)誤!天定義書(shū)簽。

3.2技術(shù)創(chuàng)新性.........................................12

3.3各類(lèi)常用方式的比較.................................13

3.4市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)的要緊因素及防范的要緊措施.................15

第四章市場(chǎng)調(diào)查分析........................................................15

4.1機(jī)械成熟性與項(xiàng)目產(chǎn)品可靠性..........................16

4.2市場(chǎng)調(diào)查及前景預(yù)測(cè)..................................16

第五章市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手分析....................................................21

參考文獻(xiàn)....................................................................29

第一章轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速電機(jī)

1.1轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速電機(jī)定義

最古老的叫法是串級(jí)調(diào)速，后來(lái)叫內(nèi)反饋?zhàn)冾l調(diào)速，現(xiàn)在叫轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速。就是將繞線

電機(jī)的轉(zhuǎn)子回路接入整流與逆變裝置，通過(guò)不一致的操縱方式，使整流與逆變裝置呈現(xiàn)出

不等的阻抗，從而改變電機(jī)轉(zhuǎn)子回路的阻值，達(dá)到調(diào)速的目的。由于裝置是在轉(zhuǎn)子回路,

轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速改變時(shí)，回路的頻率發(fā)生改變，因而稱(chēng)之為轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速。

L2轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速電機(jī)的原理

L2.1概述

轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速電機(jī)是近十兒年來(lái)出線的一種新型的繞線電動(dòng)機(jī)，是專(zhuān)為內(nèi)反饋交流調(diào)速

裝置而設(shè)計(jì)的特種繞線電機(jī)。由于轉(zhuǎn)了變頻調(diào)速與傳統(tǒng)的串級(jí)調(diào)速相比，具有很大的優(yōu)越

性，避免了轉(zhuǎn)差功率在電機(jī)定子繞組、轉(zhuǎn)子繞組、整流逆變裝置、逆變變壓器與電網(wǎng)中的

無(wú)謂循環(huán)現(xiàn)象，而且在大、中容量，特別是在高壓情況下，還具有變頻調(diào)速無(wú)法比擬的優(yōu)

勢(shì)，因此，進(jìn)展十分迅速。

轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速電機(jī)定子比普通三相異步電動(dòng)機(jī)增設(shè)了一套三相對(duì)稱(chēng)繞組，用來(lái)同意從轉(zhuǎn)

子反饋回來(lái)的能量，稱(chēng)之為調(diào)節(jié)繞組，將原先的定子繞組稱(chēng)之主繞組。轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速電機(jī)

與普通繞線電機(jī)具有相同的規(guī)格與安裝尺寸。當(dāng)電機(jī)接通電源時(shí)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的感應(yīng)作

用，調(diào)節(jié)繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其數(shù)值為：

昂=4.44/N調(diào)之調(diào)①

式中fx...電源頻率

N調(diào)……調(diào)節(jié)繞組的串聯(lián)匝數(shù)

K/v調(diào)……調(diào)節(jié)繞組的繞組系數(shù)

①機(jī)...電機(jī)主磁通

這是一個(gè)恒頻恒壓源。

關(guān)于三相異步電動(dòng)機(jī)，由于隨著轉(zhuǎn)差率（即電機(jī)轉(zhuǎn)速）的變化，電機(jī)轉(zhuǎn)子頻率也將改變。

為了使電機(jī)獲得調(diào)速，務(wù)必使后調(diào)反映給轉(zhuǎn)子繞組的附加電勢(shì)與轉(zhuǎn)子電勢(shì)保持同頻率，同

時(shí)大小能夠調(diào)節(jié)。因此在調(diào)節(jié)繞組與轉(zhuǎn)子之間需要串接整流逆變裝置。調(diào)節(jié)繞組在為轉(zhuǎn)子

提供附加電勢(shì)的同時(shí)，汲取轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差功率，然后通過(guò)電磁感應(yīng)的方式，將這部分功率傳

輸給定子繞組。這就使電機(jī)從電網(wǎng)汲取的有功功率減少，主繞組的有功電流隨轉(zhuǎn)速成正比

變化。因此，我們將這種轉(zhuǎn)差功率通過(guò)整流逆變裝置反饋給電機(jī)內(nèi)部（而不是電網(wǎng)）的電

動(dòng)機(jī)，稱(chēng)之為轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)。

由此可見(jiàn)，轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)是一種能夠自身產(chǎn)生附加電勢(shì)源的特種三相異步電動(dòng)

機(jī)。其調(diào)速原理為：將電機(jī)的轉(zhuǎn)子繞組通過(guò)整流逆變斬波裝置與定子上的調(diào)節(jié)繞組相連，

使之能夠產(chǎn)生功率交換。假如整流裝置使用不可控電子器件，則功率只能從轉(zhuǎn)子傳遞給調(diào)

節(jié)繞組，即電機(jī)只能完成低同步調(diào)速。由于風(fēng)機(jī)與泵類(lèi)負(fù)載通常調(diào)速都從額定轉(zhuǎn)速往下調(diào),

因此在調(diào)速中使用不可控整流器件即能滿足要

求。轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速電機(jī)在調(diào)速過(guò)程中，除機(jī)械功率與基本銅耗以外，轉(zhuǎn)差功率在電機(jī)內(nèi)

部傳輸平衡，因此是一種封閉保守的電磁系統(tǒng)。

1.2.2轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)的功率關(guān)系

轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)不一致于普通的電動(dòng)機(jī)，他的轉(zhuǎn)差功率通過(guò)調(diào)節(jié)繞組直接反饋回主

繞組，不僅沒(méi)有使轉(zhuǎn)差功率形成熱損耗，反而減少了主繞組從電網(wǎng)汲取的功率，電機(jī)調(diào)速

流程圖如下所示：

從圖中能夠看出，轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速電機(jī)主繞組從電網(wǎng)的汲取功率，即主繞組的有功功率尸卜:

等于調(diào)節(jié)繞組與轉(zhuǎn)子繞組上各類(lèi)損耗功率之與。即：

4=4專(zhuān)+4+4員

式中P*專(zhuān)轉(zhuǎn)子繞組的電磁功率

扁……調(diào)節(jié)繞組的電磁功率

時(shí)……鐵耗、銅耗與其它損耗之與

圖1-1轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速電機(jī)調(diào)速流程圖

轉(zhuǎn)差功率而使其處于發(fā)電狀態(tài)C因此，扁為負(fù)值.為方便懂得取其絕對(duì)值,因此上

式可改寫(xiě)為：

與=%—4+4員

因轉(zhuǎn)子與調(diào)節(jié)繞組的轉(zhuǎn)差功率傳輸損耗很小，A=1周

則：與=勺+耳員

上式說(shuō)明，轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)的輸入功率為機(jī)械功率與損耗功率之與，假如忽略各

類(lèi)損耗，則近似與機(jī)械軸功率凡相等。

另外，電機(jī)定子從電網(wǎng)汲取電能后，一方面要建立主磁場(chǎng)，另一方面要通過(guò)電磁感應(yīng),

以電磁功率的形式將能量傳輸給轉(zhuǎn)子，再由轉(zhuǎn)子將電磁功率產(chǎn)生的機(jī)械功率通過(guò)轉(zhuǎn)軸

驅(qū)動(dòng)機(jī)械負(fù)載。已知轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)的機(jī)械軸功率鳥(niǎo)與電磁轉(zhuǎn)矩T與機(jī)械角速

度Q之間的關(guān)系為：

即:

可見(jiàn)，轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速受控于機(jī)械軸功率與電磁轉(zhuǎn)矩。已知電機(jī)穩(wěn)固運(yùn)行時(shí),

須滿足轉(zhuǎn)矩平衡方程式：

T=Tf

式中……負(fù)載轉(zhuǎn)矩

Tf

即電磁轉(zhuǎn)矩務(wù)必等于負(fù)載轉(zhuǎn)矩。眾所周知，鍍與恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，負(fù)載轉(zhuǎn)矩是客觀存在的,

它只屬于自身的屬性，而與轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)。顯然，轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是不能

隨意改變的。盡管電磁轉(zhuǎn)矩在調(diào)速過(guò)渡過(guò)程中是變化的，但這是由于轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速電

動(dòng)機(jī)的功率變化與慣性定律作用的結(jié)果，因此其轉(zhuǎn)速只受控于機(jī)械軸功率Ao

這樣，隨著負(fù)載所需要的機(jī)械軸功率的變化。主繞組從電網(wǎng)汲取的有功功率也做

相應(yīng)的改變，轉(zhuǎn)速也相應(yīng)改變，達(dá)到調(diào)速節(jié)能的目的。

以上分析盡管基于恒轉(zhuǎn)矩負(fù)載，但同樣適用于風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)負(fù)載，只只是對(duì)與風(fēng)機(jī)、

泵類(lèi)由于轉(zhuǎn)矩隨轉(zhuǎn)速的平方率變化，而轉(zhuǎn)差功率與轉(zhuǎn)速的三次方成比例。因此，輸入

功率與電機(jī)轉(zhuǎn)速不再保持嚴(yán)格的正比變化，但變化趨勢(shì)仍然不變，即隨著轉(zhuǎn)速的升高

或者降低，輸入功率也相應(yīng)增大或者減少。

1.2.3轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速電機(jī)效率與普通繞線式異步電機(jī)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)效率的比較

轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速電機(jī)是一種高效率的機(jī)電能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其效率比普通異步電動(dòng)機(jī)要高。

這要緊是轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速電機(jī)的定子結(jié)構(gòu)上調(diào)節(jié)繞組的存在，省去了串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)中的逆變

變壓器，相應(yīng)地省去了逆變變壓器的原邊損耗與激磁損耗。下面就普通繞線式異步電動(dòng)機(jī)

串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的效率與轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系統(tǒng)的效率作一下比較。

①普通繞線式異步電動(dòng)機(jī)串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的效率

設(shè)電動(dòng)機(jī)定子銅耗與鐵耗為兄”1與耳/則通過(guò)電磁感應(yīng)輸給電機(jī)轉(zhuǎn)子的功率〃為：

Pem=4-PCu\~PFe

電動(dòng)機(jī)軸端輸出功率：

《=(1-S)吃

軸端輸出功率扣除摩擦損耗pfr與雜散損耗門(mén)"后得到電動(dòng)機(jī)凈輸出功率P2

P2=PM~Pfr~Pad

轉(zhuǎn)差功率A為：=sP

PSem

轉(zhuǎn)差功率扣除逆變回路各部分損耗A(包含轉(zhuǎn)子銅耗、整流器的總損耗、平波電抗器的損

耗與逆變器與逆變變壓器的損耗)后，經(jīng)逆變變壓器網(wǎng)側(cè)輸回給電網(wǎng)的功率尸/、為：

弓=A一8

整個(gè)系統(tǒng)從電網(wǎng)汲取的功率4為：

a

則系統(tǒng)的總效率為：

p2p2

11---------——

qPTf

當(dāng)然，這里效率的計(jì)算是粗略的，串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的效率除與系統(tǒng)參數(shù)與轉(zhuǎn)速有關(guān)外，還與

負(fù)載與調(diào)速范圍有關(guān)。

轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)的效率

假設(shè)轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)與普通電機(jī)相同，即輸出功率也為巴，則在相同轉(zhuǎn)差率卜轉(zhuǎn)子

變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差功率也相同為A,這個(gè)功率扣除逆變回路各部分損耗后，不是經(jīng)逆

變變壓器傳輸回電網(wǎng)，而是直接反饋回轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)繞組。因此，如今逆變

回路的損耗不存在逆變變壓器損耗，即傳遞給調(diào)節(jié)繞組的功率6大于P/.,因此轉(zhuǎn)子變頻

調(diào)速電動(dòng)機(jī)的輸入功率月’要小于普通繞線異步電機(jī)的輸入功率o因此轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系

PV

統(tǒng)的總效率為：

ep主—pf

由上式能夠看出，轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的效率要比普通串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的高，這也

是串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)使用轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)的要緊因素之一，而系統(tǒng)效率高也是轉(zhuǎn)子變頻調(diào)

速電機(jī)系統(tǒng)優(yōu)于其他串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)的地方之一。

1.3轉(zhuǎn)子變頻的優(yōu)點(diǎn)

（1）能夠用400?1000V低壓變頻潛來(lái)操縱6?10kV中壓電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

（2）所需逆變器的容量較小，僅為電動(dòng)機(jī)功率的20%?30%,由于轉(zhuǎn)差功率回饋至電網(wǎng)

（或者電動(dòng)機(jī)），故能大大節(jié)約電能，可達(dá)30%以上。

（3）原理結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用的低壓IGBT的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于10kV定子側(cè)中壓變頻裝置的中

壓IGBT,無(wú)須配置大容量電抗器，故障率大為降低。

（4）與普通串級(jí)調(diào)速相比，功率因數(shù)較高，諧波較小。若使用IGBT逆變器，則無(wú)5、

7次諧波。

第二章轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速操縱系統(tǒng)

2.1轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速操縱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及原理

轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速操縱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上由內(nèi)反饋交流調(diào)速裝置與轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速電機(jī)構(gòu)成，如圖

4o彷了變頻調(diào)速裝置由起動(dòng)部分（頻敏電阻及交流接觸器）、交流部分（整流、折波、逆

變）及電子操縱三部分構(gòu)成。

轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速裝置的要緊作用，就是對(duì)調(diào)節(jié)繞組感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行頻率的轉(zhuǎn)換與幅值的

調(diào)節(jié)。調(diào)速電機(jī)在工作時(shí)，調(diào)節(jié)繞組經(jīng)轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速裝置為轉(zhuǎn)子提供附加電動(dòng)勢(shì)，只要改

變附加電動(dòng)勢(shì)的大小，即可平滑調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，究事實(shí)上質(zhì)，就是實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子與調(diào)節(jié)繞組

之間轉(zhuǎn)差功率Ps的傳輸與操縱。由于轉(zhuǎn)差功率Ps等于繞組功率P調(diào)。因此可通過(guò)操縱P調(diào)

來(lái)操縱Fs,

已知：P-g—IBiU謂T詞COS①-g

式中：相數(shù)U詡-調(diào)節(jié)繞組相電壓

I謝-調(diào)節(jié)繞相電流cos①方功率因數(shù)相角

在以上參數(shù)中，電機(jī)繞組一旦確實(shí)，n與U訓(xùn)就無(wú)法改變。因此操縱PM只能是操縱功率

因數(shù)相角①調(diào)與調(diào)節(jié)繞組相電流I調(diào)兩種方法。

操縱功率因素相角①調(diào)來(lái)操縱P調(diào)以達(dá)到操縱Ps的目的

由于cos①*cosB

因此通常操縱逆變角來(lái)操縱COS中謂，從而操縱Pg這就是逆變器的移相功率操縱。設(shè)

Q是人為的感性無(wú)功功率，根據(jù)

Q二m（U0,1iflSin&

可知有功功率隨cosB變化的同時(shí)，必定產(chǎn)生與sinB成正比的無(wú)功功率。感性無(wú)功功

率不起調(diào)速作用，只能使電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行無(wú)功損耗增大，系統(tǒng)功率因數(shù)降低。因此，逆變器

的移相功率操縱會(huì)產(chǎn)生人為的感性無(wú)功功率。克服移相功率操縱的缺點(diǎn)，從公式上看只能

操縱電流I調(diào)，簡(jiǎn)單的辦法就是在直流回路使用斬波操縱。

操縱調(diào)節(jié)繞組相電流I調(diào)來(lái)操縱P調(diào)以達(dá)到操縱Ps的目的

具體的方法是保持功率因數(shù)相角中調(diào)為最小，使功率因數(shù)cos①調(diào)保持最高不變，然后操

縱I調(diào)達(dá)到操縱Ps的目的，即斬波操縱。斬波操縱的通過(guò)斬波器的占空比來(lái)實(shí)現(xiàn)的，圖4

所示的為典型的斬波操縱原理圖。在有源逆變器兩端并聯(lián)一個(gè)斬波器，由斬波器來(lái)完成功

率操縱

圖1-2轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速操縱系統(tǒng)示意圖

快速熔斷

當(dāng)電路工作時(shí)，逆變器的逆變角恒處于最小Bmin不變，只負(fù)責(zé)頻率變換。功率的調(diào)節(jié)

則由斬波開(kāi)關(guān)來(lái)完成。轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速電機(jī)的轉(zhuǎn)子電壓經(jīng)轉(zhuǎn)子整流器變?yōu)橹绷麟妷海?dāng)斬波

港導(dǎo)通時(shí)，轉(zhuǎn)子直流經(jīng)斬波開(kāi)關(guān)形成一個(gè)閉合回路，電流不通過(guò)逆變器，逆變器輸出功率P

*0,即不向調(diào)節(jié)繞組轉(zhuǎn)換為機(jī)械功率，形成軸功率。當(dāng)斬波器開(kāi)路時(shí)，轉(zhuǎn)子直流電流被迫

流入逆變器，由此產(chǎn)生的功率轉(zhuǎn)換為反饋功率送入電動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)繞組形成轉(zhuǎn)差功率。

根據(jù)前面所述電機(jī)調(diào)速的功率操縱原理，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速取決于機(jī)械軸功率的大?。ɑ?/p>

者是轉(zhuǎn)差功率的大?。?，在電流連續(xù)的條件下，斬波電流與反饋電流互補(bǔ)。只有改變斬波

器的占空比，就改變了這兩部分電流的分配比例，即改變了反饋功率或者者轉(zhuǎn)差功率，從

而實(shí)現(xiàn)調(diào)速操縱。由此可見(jiàn)，轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)能夠轉(zhuǎn)化為改變斬波開(kāi)關(guān)電流

的問(wèn)題。

2.2轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速操縱系統(tǒng)的特點(diǎn)

表2T轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速操縱系統(tǒng)的特點(diǎn)

特點(diǎn)具體

轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系統(tǒng)的操縱裝置承受的只是部分轉(zhuǎn)子電壓，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于電源電壓，

因此電力電子元器件所承受的工作電壓很低，有利于元器件的可靠運(yùn)行。轉(zhuǎn)子變

頻調(diào)速電機(jī)是繞線式電動(dòng)機(jī)，盡管結(jié)構(gòu)上比鼠籠式電動(dòng)機(jī)要復(fù)雜一點(diǎn)，它有滑環(huán)、

可靠性

碳刷，降低了電司機(jī)的可靠性，但關(guān)于風(fēng)機(jī)、水泵來(lái)講，轉(zhuǎn)速均低于一五OOr/min,

因而碳刷使用壽命大大提高，只要操縱好電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)電流與轉(zhuǎn)子電流的脈動(dòng)分

量，可靠性仍然是很高的。

假如調(diào)速裝置出現(xiàn)重故障，系統(tǒng)將頻敏變阻器（或者液態(tài)電阻）串入轉(zhuǎn)子回

路，以實(shí)現(xiàn)電機(jī)從調(diào)速狀態(tài)平穩(wěn)進(jìn)入全速運(yùn)行，并確保電機(jī)在任何情況下不停，

確保電機(jī)在任何情況下不可能影響風(fēng)機(jī)、水泵的正常運(yùn)行。同時(shí)，在故障轉(zhuǎn)全速

安全性后，系統(tǒng)將轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)打到檢修位置，如今電機(jī)就在全速狀態(tài)下運(yùn)行，裝置檢修時(shí)

也不影響風(fēng)機(jī)或者水泵的運(yùn)行。裝置能夠帶電檢修，等裝置內(nèi)器件修好后能夠無(wú)

擾動(dòng)地進(jìn)入調(diào)速狀態(tài)。另外，在電網(wǎng)（6kV/'10kV）快切或者電網(wǎng)跌落一定值時(shí)，

調(diào)速裝置能夠保持原調(diào)速狀態(tài)不變，只有超出了快切時(shí)間調(diào)速裝置才轉(zhuǎn)入全速。

轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速系統(tǒng)的諧波由兩部分構(gòu)成。第一部分是由逆變器產(chǎn)生的諧波。由于

逆變器使用正弦波PWM調(diào)制，輸出電流近似正弦波，且容量小，它對(duì)電網(wǎng)影響較

?。孀兤鳟a(chǎn)生一些開(kāi)關(guān)頻率的諧波，由于頻率高，可被調(diào)節(jié)繞組的漏感濾掉）。

另一部分為轉(zhuǎn)子何二極管整流產(chǎn)生的諧波。二極管整流交流側(cè)的電流波形是120”

諧波影響

寬的方波，含5、7、11、一三等次諧波。由于轉(zhuǎn)子漏感大、整流重疊角大，電流

小

波形變?yōu)樘菪尾?，諧波次數(shù)不變，但幅值減小，對(duì)電機(jī)影響較小。盡管這樣，這

些諧波還是通過(guò)氣隙磁場(chǎng)反映到定子中，給定子電流帶來(lái)低頻諧波，調(diào)速裝置在

不增加主電路設(shè)備情況下，利用有源濾波技術(shù)，讓逆變器輸出電流中也含有同樣

的低頻諧波，但方向相反，抵消轉(zhuǎn)子諧撥的影響，使進(jìn)線電流中僅含較少的諧波。

由于調(diào)速裝置簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)，不需逆變變壓器與其他外附電機(jī)，更不需要建配電室

調(diào)速系統(tǒng)或者變壓器室，既可降低系統(tǒng)成本，又減少了系統(tǒng)安裝費(fèi)用。另外，盡管內(nèi)反饋

成本低電動(dòng)機(jī)的價(jià)格要比鼠籠式電動(dòng)機(jī)高,但轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速裝置系統(tǒng)的總體市場(chǎng)價(jià)格仍

然只有高壓變頻成套系統(tǒng)的40~50機(jī)

在各類(lèi)調(diào)速方法(液力耦合器、液態(tài)電阻調(diào)速、高壓變頻器、內(nèi)反饋斬波調(diào)速)

中，內(nèi)反饋斬波調(diào)速的效率是最高的。這是由于這種調(diào)速方法是在繞線式電動(dòng)機(jī)

的轉(zhuǎn)子回路實(shí)現(xiàn)的，被操縱的是電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差率部分，而轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)的

效率高

轉(zhuǎn)差功率只有軸功率的25?40%左右，因此調(diào)速裝置的效率高，超過(guò)0.98而關(guān)于

高壓變頻器，電動(dòng)機(jī)的全部功率都由變頻器變換，包含無(wú)功部分，因此高壓變頻

器的效率只有0.95。

第三章轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速項(xiàng)目的技術(shù)可行性分析

3.1轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速技術(shù)的進(jìn)展過(guò)程

轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速是在串級(jí)調(diào)速的基礎(chǔ)上進(jìn)展起來(lái)的。串級(jí)調(diào)速的種類(lèi)很多，常用的有下列

兩種方式(根據(jù)轉(zhuǎn)差功率汲致利用方式)：一種是機(jī)械式反饋機(jī)組串調(diào)系統(tǒng)，又稱(chēng)克萊默

(Kramer)系統(tǒng)，這種方法早在20世紀(jì)50年代就獲得了應(yīng)用。該方式即是最原始的串級(jí)調(diào)

速方式，源于英語(yǔ)“Cascadecontrol”，意為“級(jí)聯(lián)操縱”，是指當(dāng)時(shí)異步機(jī)轉(zhuǎn)子與外附的

直流電動(dòng)機(jī)兩級(jí)聯(lián)結(jié)所形成的調(diào)速，該系統(tǒng)由繞線式異步電動(dòng)機(jī)、直流電動(dòng)機(jī)及整流回路構(gòu)

成。該調(diào)速裝置具有恒功率調(diào)速特性，效率與功率因素高，但系統(tǒng)增加了一臺(tái)直流電動(dòng)機(jī)，

使結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜；主電機(jī)需使用雙軸伸，且直流電動(dòng)機(jī)有換向器及電刷，增加了維修、檢修

的工作量。因此這種方法目前很少使用；另一種稱(chēng)之電氣串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)，或者稱(chēng)之品閘管用

級(jí)調(diào)速，又叫靜止謝菲爾畢斯(Scherbias)系統(tǒng)，該系統(tǒng)通常由繞線式異步電動(dòng)機(jī)、異步電

機(jī)轉(zhuǎn)子一側(cè)的整流器、電網(wǎng)側(cè)的晶閘管逆變器、濾波電抗器、逆變變壓器與操縱回路構(gòu)成。

通常，晶閘管的逆變角B的變化范圍在25°?90°之間，這就決定了串級(jí)調(diào)速的范圍。這關(guān)于

大容量的異步電動(dòng)機(jī)，有利于其在低速狀態(tài)下節(jié)約大量的電能。

由于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子電流為非正弦波形，其高次諧波成分不產(chǎn)生有效功率，而且逆變器的

逆變換向也要從電網(wǎng)中吸取滯后的無(wú)功功率，因此，該系統(tǒng)的功率因素較低。同時(shí)，轉(zhuǎn)子電

流的高次諧波通過(guò)定子反饋到電網(wǎng)，逆變器與整流器在工作中的相電流由因此間隙電流，包

含著一定分量的高次諧波，對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生一定程度的諧波污染。盡管加裝逆變變壓器能夠減少

耦合到電網(wǎng)交流電的諧波分量，但由于逆變變壓器是集中繞組，并不能很有效的抑制諧波。

晶閘管串級(jí)系統(tǒng)最終將轉(zhuǎn)差功率以電能的形式反饋到外部電網(wǎng)的，同時(shí)附加電勢(shì)是由系

統(tǒng)通過(guò)外部變壓器變壓后提供的，可稱(chēng)之外反饋技術(shù)。50年代末期，我過(guò)一些單位開(kāi)始進(jìn)行

晶閘管串級(jí)調(diào)速的試驗(yàn)，70年代后期，西安整流器廠首先推出了系列產(chǎn)品，以后其它廠家也

相繼推出了系列產(chǎn)品。1984年，當(dāng)時(shí)的機(jī)械工業(yè)部公布了串級(jí)調(diào)速裝置的電工專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。1990

年國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局批準(zhǔn)了半導(dǎo)體變流串級(jí)調(diào)速裝置的國(guó)標(biāo)（GB1266-90）,規(guī)范了這類(lèi)裝置的

設(shè)計(jì)、試驗(yàn)要求。國(guó)內(nèi)最先是由屈維謙提出內(nèi)反饋串級(jí)調(diào)速方案的，時(shí)間是在80年代后期。

但內(nèi)反饋串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)真正推向市場(chǎng)則是北京長(zhǎng)城機(jī)電（集團(tuán)）公司組織殺害電機(jī)廠等單位

的專(zhuān)家通過(guò)論證實(shí)驗(yàn)才得以實(shí)現(xiàn)的。不久哈爾濱九州公司、河北保定公司緊隨其后。這時(shí)使

用的是一種新的串級(jí)調(diào)速設(shè)各一一內(nèi)反饋電機(jī)+晶閘管1或者可控硅）斬波串級(jí)調(diào)速問(wèn)世，許

多傳統(tǒng)串調(diào)的缺點(diǎn)被克服，使該設(shè)備得到廣泛應(yīng)用。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是不管轉(zhuǎn)速高低，逆變器

都工作在逆變角為30°,維持最大逆變電壓不變，逆變器的容量與電機(jī)調(diào)節(jié)繞組容量都按轉(zhuǎn)

子最大輸出功率計(jì)算，大大小于傳統(tǒng)串級(jí)調(diào)速，但功率因素偏低，在定子電流中存在較多的

逆變落產(chǎn)生的5、7次諧波及整流產(chǎn)生的低頻諧波。

90年代中期以后，隨著電力電子技術(shù)與操縱策略的進(jìn)展，新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與操縱策略被不

斷提出，用IGBT構(gòu)成PWM整流器代替原有的晶閘管（或者可控硅）逆變器，它結(jié)合PWM整

流技術(shù)與串級(jí)調(diào)速技術(shù)，在保留串級(jí)調(diào)速優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，又利用了PWM整流器的優(yōu)點(diǎn)，不僅能

夠便逆變器側(cè)電流近似正弦.減小諧波,提高功率因素,甚至壞能夠向電網(wǎng)提供容件無(wú)功.

用于補(bǔ)償串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)產(chǎn)生的無(wú)功，從而提高整個(gè)系統(tǒng)的功率因數(shù)，也克服了原有系統(tǒng)存在

逆變顛覆的缺點(diǎn)。到目前為止有上海南征、上?？旗?、保定北方、西部調(diào)速、河北泰達(dá)、北

京內(nèi)達(dá)等七、八家公司生產(chǎn)高壓大功率內(nèi)反饋串級(jí)調(diào)速系統(tǒng)。

3.2技術(shù)創(chuàng)新性

內(nèi)反饋甲級(jí)調(diào)速電動(dòng)機(jī)是在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)系列（次系列與JR系列）繞線式轉(zhuǎn)子電機(jī)的設(shè)計(jì)基

礎(chǔ)上，在定子側(cè)的原定子繞組嵌放另一套繞組，調(diào)節(jié)繞組嵌放在定子上，與定子繞組同槽，

但在電氣上是互相絕緣的。調(diào)節(jié)繞組在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下，產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，用來(lái)同意從轉(zhuǎn)子

益處的電轉(zhuǎn)差功率，調(diào)節(jié)繞組本身工作在發(fā)電狀態(tài)，把這部分功率通過(guò)電磁感應(yīng)傳輸給定子,

傳輸方向恰好與電動(dòng)狀態(tài)相反，因此抵消了定子的部分有功功率，使電機(jī)自電網(wǎng)的輸入功率

得以改變，從而改變轉(zhuǎn)子的機(jī)械輸出功率。

轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速電機(jī)與普通繞線式電機(jī)的最大區(qū)別在于：調(diào)速電機(jī)在定子側(cè)具有兩套繞組,

一套是主繞組，與電網(wǎng)相聯(lián)結(jié)，從電網(wǎng)汲取能量；另一套繞組稱(chēng)之為調(diào)節(jié)繞組，為轉(zhuǎn)子提供

附加電勢(shì)源，同時(shí)回饋轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)差功率，因此內(nèi)反饋電機(jī)的調(diào)速屬于附加電勢(shì)的審級(jí)調(diào)速范

疇。內(nèi)反饋電機(jī)在定子繞組中增加了一套調(diào)節(jié)繞組，取消了向電網(wǎng)輸送能量的逆變變壓器，

從物理結(jié)構(gòu)上，能夠懂得為將外接變壓器繞組轉(zhuǎn)移到電動(dòng)機(jī)定子側(cè)。轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)是

通過(guò)改變電機(jī)的軸功率（即機(jī)械功率）來(lái)實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)電動(dòng)機(jī)軸功率增大時(shí)，轉(zhuǎn)速升高，反之

轉(zhuǎn)速下降。轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速是將轉(zhuǎn)子的部分功率（即電轉(zhuǎn)差功率）反饋給電動(dòng)機(jī)定子調(diào)節(jié)繞組,

轉(zhuǎn)子反饋給調(diào)節(jié)繞組的功率越多，電動(dòng)機(jī)的機(jī)械輸事功率越少，轉(zhuǎn)速就越低。調(diào)節(jié)繞組因電

磁感應(yīng)而產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，用以同意轉(zhuǎn)子中反饋的轉(zhuǎn)差功率，調(diào)節(jié)繞組處于發(fā)電狀態(tài)，抵消了定

子繞組的部分有功功率，從而達(dá)到調(diào)速、節(jié)能的目的。

內(nèi)反饋電機(jī)調(diào)速方案在技術(shù)上還是屬于附加電勢(shì)的串級(jí)調(diào)速范疇，但是由于取消了普通

串級(jí)調(diào)速中的逆變變壓器，不僅減少了調(diào)速裝置的占地面積，調(diào)速系統(tǒng)更緊湊簡(jiǎn)單，同時(shí)也

帶來(lái)了其他方面的好處。眾所周知，電力電子裝置會(huì)產(chǎn)生大量的諧波污染，如何以為經(jīng)濟(jì)的

手段來(lái)抑制諧波造成的危害，是電力電子裝置的設(shè)計(jì)者務(wù)必考慮的情況。與串級(jí)調(diào)速，內(nèi)反

饋電機(jī)調(diào)速制諧波污染方面具有特殊的優(yōu)勢(shì)。由于調(diào)節(jié)繞組在電機(jī)定子糟中是分布嵌線的，

繞組短距與分布的結(jié)果會(huì)大大減少諧波電流對(duì)定子電流的影響。因此盡管轉(zhuǎn)子與調(diào)節(jié)繞組中

存在諧波電流，但諧波磁勢(shì)卻很小。而普通串級(jí)調(diào)速中的變壓器繞組是集中繞組，其繞組系

數(shù)為1,起不到抑制諧波的作用。

電動(dòng)機(jī)調(diào)速裝置從電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子引出的轉(zhuǎn)子電動(dòng)勢(shì)，經(jīng)整流輸出，通過(guò)斬波器進(jìn)行脈寬調(diào)

制升壓,然后通過(guò)逆變裝置,將電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差功率反饋到電動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)繞絹C其中關(guān)鍵技術(shù)就

是斬波電流操縱，傳統(tǒng)的變流操縱使用移相操縱方法，致使產(chǎn)生大量的感性無(wú)功功率與次諧

波電流。斬波操縱從根本上解決了移相操縱的缺點(diǎn)，逆變器的相角恒定，通過(guò)電力電子斬波

開(kāi)關(guān)的通斷，操縱反饋功率的大小。另外斬波操縱可使電機(jī)的調(diào)節(jié)繞組容量?jī)H為電機(jī)額定容

量的一五%左右。斬波操縱更為可貴的是使操縱可靠性大為改善，諸如瞬時(shí)停電、過(guò)壓保護(hù)等

難以解決的問(wèn)題都能夠通過(guò)斬波開(kāi)關(guān)順利得以解決。

3.3各類(lèi)常用方式的比較

表3-1各類(lèi)常用方式的比較

常用方式特點(diǎn)分析

變極調(diào)速是通過(guò)改變定子繞組的極對(duì)數(shù)來(lái)改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)速

的，是無(wú)附加轉(zhuǎn)差損耗的高效調(diào)速方式。由于極對(duì)數(shù)P是整數(shù)，他不能實(shí)現(xiàn)平滑

調(diào)速，只能有級(jí)調(diào)速。在供電頻率f=50HZ的電網(wǎng)，P=l、2-,3,4時(shí)，相應(yīng)的同

步轉(zhuǎn)速。廣3000\一五00\750r/mino改變極對(duì)數(shù)是用改變定子繞組的接線方式完

變極調(diào)速成的。雙速電動(dòng)機(jī)的定子是單繞組，三速與四速電動(dòng)機(jī)的定子是雙繞組。這種改

變極對(duì)數(shù)來(lái)調(diào)速的籠型電動(dòng)機(jī)，提出稱(chēng)之多速感應(yīng)電動(dòng)機(jī)或者變極感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。

多速電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行可靠，運(yùn)行效率高，操縱線路簡(jiǎn)單，容易保護(hù)，對(duì)

電網(wǎng)無(wú)干擾，初始投資低。缺點(diǎn)是有級(jí)調(diào)速，而且調(diào)速級(jí)差大，從而限制了它的

使用范圍。適合于按2-3檔固定調(diào)速變化的場(chǎng)合，為了彌補(bǔ)有級(jí)調(diào)速的缺陷，

有的時(shí)候與定子調(diào)壓調(diào)速或者電磁離合器謫速配合使用。

電磁轉(zhuǎn)差離合器由主動(dòng)部分電樞與從動(dòng)部分感應(yīng)子構(gòu)成，其調(diào)速功能是通過(guò)

調(diào)節(jié)感應(yīng)子勵(lì)磁電流的大小，改變氣隙磁感應(yīng)強(qiáng)度，從而改變感應(yīng)子從動(dòng)軸的電

電磁離合磁轉(zhuǎn)矩來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速。

器調(diào)速因此，在某一恒定轉(zhuǎn)矩下，勵(lì)磁電流發(fā)生變化時(shí)，轉(zhuǎn)速發(fā)生變化，調(diào)速范圍

很小，切非線性嚴(yán)重，勵(lì)磁電流缺失都轉(zhuǎn)化為熱耗，屬于低效調(diào)速方式，通常用

于低壓電機(jī)、功率不大的場(chǎng)合。

高壓電機(jī)領(lǐng)域中傳統(tǒng)的調(diào)速方式是使用液力耦合器，但這種調(diào)速方式能耗

大、效率低。其原因是存在嚴(yán)重的耦合缺失與轉(zhuǎn)差缺失。耦合缺失是由于液壓油

內(nèi)摩擦造成的；轉(zhuǎn)差缺失是由于調(diào)速時(shí)輸出軸與輸入軸存在轉(zhuǎn)差造成的，這種缺

失隨轉(zhuǎn)差的增加而上升，即效率n=i-s,其中s為轉(zhuǎn)差率。這兩部分缺失最終都

變成熱缺失，此外，這種調(diào)速方式還有如下缺點(diǎn)：

液力耦合

①受執(zhí)行機(jī)構(gòu)與液壓機(jī)構(gòu)限制，調(diào)速精度差，同時(shí)還存在嚴(yán)重非線性，只

器調(diào)速

有在一五%?85%間是調(diào)節(jié)線性區(qū)，即使在這區(qū)間，仍存在增速與減速逆差間隙，

造成自動(dòng)系統(tǒng)很難投入運(yùn)行；

②運(yùn)行不可靠，國(guó)內(nèi)己有多起由于液力耦合器葉片破舊造成事故的先例，

其要緊原因是液力耦合器制造精度難以提高；

③使用調(diào)速方式需要一整套油系統(tǒng)，保護(hù)工作量大。

變頻調(diào)速是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)定子供電頻率來(lái)改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)同步轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)

速的，是無(wú)附加轉(zhuǎn)差損耗的高效調(diào)速方式。變頻調(diào)速系統(tǒng)的關(guān)鍵裝置是頻率變換

器，即變頻器，由它來(lái)提供變頻電源。變頻器可分為交一直一交（交流一直流一

交流）變頻器與交一交（交流一交流）變頻器兩大類(lèi)。

變頻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)速效率高，啟動(dòng)能耗低，調(diào)速范圍寬，可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，

動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度快，調(diào)速精度很高，操作簡(jiǎn)便，且易于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)工藝操縱自動(dòng)化。

變頻調(diào)速轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速與變頻調(diào)速相比具有下列優(yōu)勢(shì)：

①轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速的操縱在轉(zhuǎn)子側(cè)，轉(zhuǎn)子電壓較低，因此，不受三相電源電

壓的限制，易于操縱實(shí)現(xiàn)高壓電機(jī)的調(diào)速。而變頻調(diào)速，則需直接承受電源電壓，

變頻調(diào)速裝置用于高壓電動(dòng)機(jī)時(shí)，就需要增加變壓器，不但費(fèi)用增大，效率也降

低。

②轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速的操縱裝置容量，能夠按需要的調(diào)速比，在小于電動(dòng)機(jī)額

定容量的范圍內(nèi)選擇，而變頻調(diào)速的操縱裝置是與電機(jī)串聯(lián)的，務(wù)必等于或者大

于電動(dòng)機(jī)的額定容量，因而前者更經(jīng)濟(jì)。

③由于定轉(zhuǎn)子的隔離作用，轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速對(duì)電網(wǎng)的諧波影響，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于變

頻調(diào)速對(duì)電網(wǎng)的諧波影響。

④轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速裝置價(jià)格低廉，只有高壓變頻調(diào)速裝置的三分之一左右，

關(guān)于風(fēng)機(jī)與水泵這類(lèi)調(diào)速范圍不是很寬的機(jī)械類(lèi)設(shè)備，轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速裝置優(yōu)勢(shì)尤

為明顯。

3.4市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)的要緊因素及防范的要緊措施

①轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速產(chǎn)品技術(shù)性因素多，宣傳也不是很廣泛，用戶對(duì)該產(chǎn)品熟悉得不多，

尚需技術(shù)工程師上門(mén)多多宣講。

②轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速產(chǎn)品尚未形成大批量生產(chǎn)，現(xiàn)階段所面臨的要緊問(wèn)題是國(guó)產(chǎn)元器件質(zhì)

量不穩(wěn)固，給產(chǎn)品用戶造成了一定的負(fù)面影響。針對(duì)這一問(wèn)題，應(yīng)強(qiáng)化元器件的篩選，購(gòu)

置先進(jìn)的檢測(cè)設(shè)備，使用各類(lèi)措施提高采購(gòu)人員的業(yè)務(wù)水平，堅(jiān)持定點(diǎn)采購(gòu)，嚴(yán)把器件質(zhì)

量關(guān)。

第四章市場(chǎng)調(diào)查分析

4.1機(jī)械成熟性與項(xiàng)目產(chǎn)品可靠性

轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速迄今已有十幾年應(yīng)用的歷史，起初對(duì)內(nèi)反饋的懷疑現(xiàn)已為實(shí)踐反復(fù)證明幾

乎完全被打消。目前斬波式內(nèi)反饋產(chǎn)品分別包容從22（f2500kW,電壓等級(jí)3~10kV的電機(jī)調(diào)

速，同時(shí)形成了原理、設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)、工藝、生產(chǎn)流程、檢驗(yàn)、測(cè)試等較為完整的技術(shù)體系。

4.2市場(chǎng)調(diào)查及前景預(yù)測(cè)

（一）“十一五”節(jié)能規(guī)劃政策回顧

>“十一五”期間，電機(jī)節(jié)能系統(tǒng)工程被列入國(guó)家十大節(jié)能重點(diǎn)工程之列。在國(guó)家政

策的有力推動(dòng)下，電雙系統(tǒng)在節(jié)能產(chǎn)品推廣、節(jié)能技術(shù)研發(fā)、節(jié)能技改項(xiàng)目的實(shí)施

等方面取得了長(zhǎng)遠(yuǎn)進(jìn)展，電機(jī)產(chǎn)業(yè)在產(chǎn)業(yè)規(guī)模、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、技術(shù)水平與市場(chǎng)化程度

等方面均得到了大幅度提升。

>據(jù)“十二五”節(jié)能減徘綜合性工作方案指出，未來(lái)五年，要實(shí)現(xiàn)全國(guó)萬(wàn)元國(guó)內(nèi)生產(chǎn)

總值能耗下降16%,節(jié)約6.7億噸標(biāo)準(zhǔn)煤目標(biāo)。而作為節(jié)能減排重點(diǎn)工程，電機(jī)系

統(tǒng)運(yùn)行效率要提高2-3個(gè)百分點(diǎn)。

>2016年9月，國(guó)家開(kāi)始實(shí)施2012版下的能效二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)始了新一輪的提標(biāo)進(jìn)

程。

圖4-1申機(jī)節(jié)能服務(wù)下盈利性提升情況估算

行業(yè)水泥鋼鐵電解鋁

電力成本占總成本的比■估1127%10%40%

電機(jī)耗電占企業(yè)用電比例30%60%-70%1.16%

節(jié)電效率25%

盈利性提升2.03%1.63%0.12%

圖4-2國(guó)家有關(guān)電機(jī)節(jié)能的要緊政策情況

BV主*內(nèi)，

20109產(chǎn)■■區(qū)工d*效電敏?廣實(shí)施taa本2a第電46.山千R不■的功

XfTRKKK.AH.??士永??機(jī)的用戶?予2s,100元/千

2011隼全OR易總電機(jī)常廣工作會(huì)儀

K

《中小工三箱用力電硯隆設(shè)11宴僮&

2012*■代2006隼版執(zhí)行恁依三0標(biāo);?;2016年9月執(zhí)行?效二球標(biāo)才

（GB18163-2012）>

2012*<X*9tt,tzi,WH>2015年電機(jī)電率比2010?11?2>3個(gè)11分就

《節(jié)"國(guó)g民工效節(jié)H風(fēng)機(jī)推廣實(shí)—》.〈右筵尸1

?我甘瑛風(fēng)松、節(jié)東聚、空后灰花青電機(jī)應(yīng)次先送得簸豉等級(jí)二彳及以上

2012<餐效節(jié)水—Hit廣賓??\》?4節(jié)?產(chǎn)金k

?取eVI

?代工H?效吊■&聯(lián)式空WHn廣實(shí)??副》

力?金隼報(bào)廣育的電機(jī)（風(fēng)《U*.&婚機(jī)）3000萬(wàn)千R;年內(nèi)JW工長(zhǎng)效

20M<2013年工?蓄?殳用色或?畬?行劭*■方■>

電機(jī)4000萬(wàn)千更：立寫(xiě)次現(xiàn)電《1里線力統(tǒng)&*3000萬(wàn)千R

N2015年,實(shí)取電11戶2升④*代.50%的3［三相蔓盟用力電M產(chǎn)金、

2013?金0電機(jī)?總網(wǎng)先計(jì)財(cái)（201）2015）??0%第鼻&電嬉磯尸ai&n?6?依樣*及網(wǎng)：*ttit廣鼻依?祖17

匕千瓦

2015W拿OaH■信?技木檢廣114t（2015<*.M統(tǒng)■分），,土京06式元電機(jī)棧京人過(guò)?點(diǎn)蓄?按水.4?5?值廣比例達(dá)5%

2016#<XA?fe?K?fl<20162020年）》H2020年,枚01電r.牝內(nèi)燃《1n嗯平均運(yùn)行效率現(xiàn)鼻V百分點(diǎn)

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（二）產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

目前我國(guó)電機(jī)裝機(jī)總?cè)萘考哼_(dá)4億多kW,年耗電量達(dá)12000億kWh,占全國(guó)總用電量

的60%,占工業(yè)用電量的80樂(lè)其中風(fēng)機(jī)、水泵、壓縮機(jī)的裝機(jī)總?cè)萘恳殉^(guò)2億kN,年耗

電量達(dá)8000億kWh,占全國(guó)總用電量的40%左右，因此電機(jī)上的節(jié)能要求極大，也是節(jié)能

效果最能表達(dá)的地方。使用新型電機(jī)設(shè)計(jì)、新工藝及新材料?，通過(guò)降低電磁能、熱能、機(jī)

械能的損耗來(lái)提高輸出效率，高效節(jié)能電機(jī)比傳統(tǒng)電機(jī)效率大約高3%-5%目前達(dá)到2級(jí)能

效指標(biāo)電機(jī)的占比不足10%,因此其進(jìn)展空間廣闊。隨著電力電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、微電

子技術(shù)及操縱理論的進(jìn)展與應(yīng)用，中小型電機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域日益廣泛。

（三）市場(chǎng)容量

作為世界第一汽車(chē)制造與消費(fèi)大國(guó)，我國(guó)汽車(chē)業(yè)在未來(lái)5-10年將保持10虹一五%的復(fù)合

增長(zhǎng)率，而隨著汽車(chē)電子化程度進(jìn)一步加大，汽車(chē)微電機(jī)市場(chǎng)容量增速可長(zhǎng)期維持在一五%

以上。除了汽車(chē)行業(yè)以外，在家用電器、日用化妝品、航天、工業(yè)機(jī)械、磁性材料等眾多

有關(guān)行業(yè)，與手機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等新興領(lǐng)域，對(duì)微特電機(jī)的需求更是與日俱增，我國(guó)

微特電機(jī)市場(chǎng)的進(jìn)展前景廣闊。根據(jù)《節(jié)能與新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)進(jìn)展規(guī)劃》，到20一五年，

純電機(jī)作為機(jī)械裝備上不可或者缺的組件之一，電動(dòng)汽車(chē)與插電式混合動(dòng)力汽車(chē)?yán)塾?jì)產(chǎn)銷(xiāo)

量力達(dá)到50萬(wàn)輛；到2020年，累計(jì)產(chǎn)銷(xiāo)量超過(guò)500萬(wàn)輛。我國(guó)新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)在未來(lái)數(shù)

年將迎來(lái)快速增長(zhǎng)階段，而這將帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)市場(chǎng)規(guī)模迅速增長(zhǎng)。隨著國(guó)家節(jié)能減排的積

極推行及高效節(jié)能電機(jī)補(bǔ)貼政策的逐步落實(shí)，高效節(jié)能電機(jī)業(yè)將迎來(lái)爆發(fā)式的增長(zhǎng)。未來(lái)

幾年，節(jié)能電機(jī)設(shè)備占國(guó)內(nèi)新增中小型機(jī)電設(shè)備的比例將達(dá)到60%以上，節(jié)能機(jī)電設(shè)備市場(chǎng)

規(guī)模將達(dá)到500億元左右。

（四）前景預(yù)測(cè)

＞我國(guó)電機(jī)總量逐年提高

據(jù)產(chǎn)業(yè)信息網(wǎng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)交流電動(dòng)機(jī)產(chǎn)量從2030年開(kāi)始呈現(xiàn)放量攀升趨勢(shì)，截止

20M年達(dá)到30—三4萬(wàn)千瓦，20一五年有所回調(diào)要緊受到經(jīng)濟(jì)增速放緩的影響。

圖4-3我國(guó)交流電動(dòng)機(jī)產(chǎn)量逐步提升

■交流電動(dòng)機(jī)產(chǎn)*（萬(wàn)千瓦）

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＞電機(jī)系統(tǒng)效率偏低，除了電機(jī)本身，配套增效系統(tǒng)不容忽視。

電機(jī)系統(tǒng)，除了電機(jī)，還有變頻調(diào)速系統(tǒng)、被拖動(dòng)裝置、傳動(dòng)系統(tǒng)等構(gòu)成，任何

一個(gè)環(huán)節(jié)的不匹配都洛導(dǎo)致整體效率的偏低。從實(shí)際情況來(lái)看，我國(guó)電機(jī)效率本身

大約比發(fā)達(dá)國(guó)家低2%-5%；被拖動(dòng)裝置效率比發(fā)達(dá)國(guó)家低2%-4%;變頻調(diào)速技術(shù)比

發(fā)達(dá)國(guó)家差5年以上。然而，從電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能效率提升的幅度來(lái)看，正確選型、負(fù)

載匹配，調(diào)速驅(qū)動(dòng)等方式的節(jié)能效率要明顯高于高效電機(jī)，因此，電機(jī)系統(tǒng)效率的

提升的，配套裝置的作用非同小可

圖4-6我國(guó)電機(jī)系統(tǒng)問(wèn)題

電機(jī)系統(tǒng)問(wèn)題狀況（比國(guó)外低）原因

電機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行效率10%-20%裝配問(wèn)題,調(diào)節(jié)方式落后

祓拖動(dòng)裝置效率低2%-4%制造技術(shù)較差

電機(jī)效率低2%-5%高效電機(jī)價(jià)格昂貴,普通電機(jī)占比高

技術(shù)問(wèn)題,目前國(guó)內(nèi)主要是國(guó)外產(chǎn)品，價(jià)格較高.

變頻調(diào)速技術(shù)落后差5年以上企業(yè)投入觀念等原因,導(dǎo)致國(guó)內(nèi)調(diào)頻調(diào)速電機(jī)系

統(tǒng)占比偏低

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圖4-7不一致節(jié)能措施的節(jié)能計(jì)量

電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能推嬉典型節(jié)能?

系統(tǒng)安裝或更新

高效電機(jī)2%-8%

正確選型、負(fù)?兀配節(jié)能■較大

調(diào)速驅(qū)動(dòng)10%-50%

高效機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)/減速器2%-10%

電能質(zhì)?控制0.5%-3%

高效終端設(shè)備（比如泵、風(fēng)機(jī)、壓燎機(jī)）節(jié)能?較大

高效管網(wǎng)節(jié)能?較大

系統(tǒng)操作和It護(hù)

湖滑、校正、調(diào)整1%-5%

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＞高壓變頻滲透率不高，未來(lái)進(jìn)展空間大。

高壓變頻技術(shù)通過(guò)20年的進(jìn)展，目前已成為高壓電機(jī)調(diào)速驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域的重要技術(shù)手段

之一，盡管行業(yè)進(jìn)展己經(jīng)進(jìn)入成熟收獲期，但我國(guó)大功率電機(jī)領(lǐng)域普及率仍然不高，估計(jì)

目前在20%左右，未來(lái)的進(jìn)展空間巨大，估計(jì)未來(lái)的增長(zhǎng)動(dòng)力將要緊來(lái)自我國(guó)傳統(tǒng)行業(yè)去

產(chǎn)能、企業(yè)節(jié)能減排等壓力。

國(guó)家鼓勵(lì)+供給側(cè)改革驅(qū)動(dòng)，工業(yè)企業(yè)提升電機(jī)系統(tǒng)效率意愿強(qiáng)烈。我國(guó)電機(jī)能效標(biāo)

準(zhǔn)的制定要追溯到2002年，后相繼公布GB—八163-2006與GB—八163-2012新標(biāo)準(zhǔn),

推動(dòng)我國(guó)電機(jī)能效的升級(jí)改造；其中，每次提標(biāo)帶來(lái)電機(jī)效率提升2%-3%,對(duì)應(yīng)的節(jié)電市

場(chǎng)規(guī)模在百億以上。但從總休情況來(lái)看，我國(guó)電機(jī)系統(tǒng)效率仍然比發(fā)達(dá)國(guó)家低10-20pct,

國(guó)家也在加快提標(biāo)的進(jìn)度，2016年9月，國(guó)家開(kāi)始實(shí)施2012版下的能效二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)

始了新一輪的提標(biāo)進(jìn)程。

圖4-8電機(jī)節(jié)能服務(wù)下盈利性提升情況估算

行業(yè)水泥鋼鐵電解鋁

電力成本占總成本的比■估算27%10%40%

電機(jī)耗電占企業(yè)用電比例30%60%-70%1.16%

節(jié)電效率25%

盈利性提升2.03%1.63%0.12%

圖4-9國(guó)家有關(guān)電機(jī)節(jié)能的要緊政策情況

主量?jī)?nèi)?

2010*?節(jié)?9a?民工a?依電機(jī)it廣實(shí)對(duì)*比81816y208發(fā)物1?效的電。6.0千1240世千R不易的功

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2011*全國(guó)餐致電機(jī)推廣工作會(huì)儀

K

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20129■代286?JKa*：t.執(zhí)行三如林*.2016年98供行觸效二***

（GB18163-2012）＞

2012：，《工■8??十二五.??）WO1S年電機(jī)電率比2010”提*2。個(gè)n分點(diǎn)

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■民工程■效節(jié)正式空—n推廣實(shí)—》

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電機(jī)4000萬(wàn)千R;幺寫(xiě)實(shí)雙電＜1系統(tǒng)書(shū)?改造3000萬(wàn)千H

W2015*,實(shí)現(xiàn)電機(jī)產(chǎn)品升18■代.50%?。三相差=神步電的產(chǎn)品、

201340%的鼻&電培機(jī)―達(dá)、鼻!1電機(jī)?0"，政腦；?計(jì)用廣局筑電9117

億千瓦

2013（20154”.?分）》■土京?魚(yú)式無(wú)帙名電蛻楨京人總?點(diǎn)7?修術(shù).東京廣比tuss%

2013(201?-2020<)>“2020年,8U■電蛻和內(nèi)或平均諄行依率提鼻“日分總

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“十三五”期間，電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能市場(chǎng)360億。針對(duì)我國(guó)電機(jī)系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)效率偏低的現(xiàn)

狀，國(guó)家已經(jīng)提出進(jìn)展規(guī)劃，到2020年，我國(guó)電機(jī)與內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)平均運(yùn)行效率提高5個(gè)

百分點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的年節(jié)電量能達(dá)到600億kWh以上，按照全國(guó)平均工業(yè)電價(jià)0.6元/kWh計(jì)

算，每年產(chǎn)生的節(jié)電效益能達(dá)到360億元以上，按照節(jié)能收益的分成比例，節(jié)能企業(yè)大約

能獲得250億。

（五）具有代表性的行業(yè)及使用調(diào)速節(jié)電的需求

①市改供水行業(yè)。以給水泵調(diào)速經(jīng)濟(jì)運(yùn)行最為突出。目前我國(guó)600余個(gè)各級(jí)城市中，

各自來(lái)水公司的產(chǎn)量是以電能消耗為代價(jià)來(lái)?yè)Q取的。自來(lái)水行業(yè)的節(jié)電改造總量很多于30

萬(wàn)kW,價(jià)值約為2億元。

②電力及石油行業(yè)。電廠耗電一半占發(fā)電總量的8曠12%,國(guó)內(nèi)電廠中20萬(wàn)~30萬(wàn)機(jī)

組的近百家，每套機(jī)組至少配套送引風(fēng)機(jī)4臺(tái)，而水泵多為1250kW的循環(huán)水泵，單機(jī)容量

1250~2250kW,總需求約為50萬(wàn)kW。我國(guó)的風(fēng)機(jī)、水泵調(diào)速需求量為600萬(wàn)kW,僅在電力

行業(yè)，就需投資1.4億元，其中尚不包含舊設(shè)備改造。

隨著電廠與各行業(yè)節(jié)能改造的進(jìn)行，利用電機(jī)調(diào)速節(jié)能已成為輔機(jī)節(jié)能改造的重點(diǎn)。

斬波轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速是我國(guó)首創(chuàng)具有國(guó)際先進(jìn)水平的新型高壓交流調(diào)速技術(shù)，與高壓變頻調(diào)

速相比，具有效率高、成本低、可靠性高等突出優(yōu)點(diǎn)，是高壓分機(jī)、泵類(lèi)節(jié)能調(diào)速的最佳

選擇。斬波操縱與轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速電機(jī)的完美結(jié)合在理論與實(shí)踐上都被公認(rèn)為是最佳調(diào)速方

案。斬波式轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速是目前高電壓交流調(diào)速效率最高的新技術(shù)，是高電壓、大容量風(fēng)

機(jī)與泵類(lèi)節(jié)能調(diào)速的最佳選擇。

（六）轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速裝置系統(tǒng)的造價(jià)

轉(zhuǎn)子變頻價(jià)格較低,，通常價(jià)格只有變頻調(diào)速的二分之一左右，優(yōu)良的性能價(jià)格比，使

之在相當(dāng)多的節(jié)能應(yīng)用場(chǎng)合，能夠取代變頻調(diào)速，為電廠減少投資。以1000kW電機(jī)為例，

使用變頻調(diào)速的設(shè)備投資為200萬(wàn)元左右，使用轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速的投資可節(jié)約100萬(wàn)元，其

性能價(jià)格比非常優(yōu)越。從生產(chǎn)角度講，每套調(diào)速系統(tǒng)（包含電動(dòng)機(jī)與調(diào)速操縱裝置）節(jié)電

效率高達(dá)50%飛0%,按每年運(yùn)行6000h,每度電0.25元計(jì)算，每年能夠節(jié)約電費(fèi)67440元,

2年就能夠收回成本。隨著人們節(jié)能環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，相信斬波式轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速裝置的需求

將越來(lái)越大，獲得的經(jīng)濟(jì)效益也將是可觀的"

綜上所述，生產(chǎn)轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速電機(jī)及轉(zhuǎn)子變頻調(diào)速裝置，投資少，見(jiàn)效快，產(chǎn)品適銷(xiāo)

對(duì)路，符合進(jìn)展方向，市場(chǎng)需求量十分可觀。據(jù)國(guó)家經(jīng)貿(mào)委節(jié)能司信息中心統(tǒng)計(jì)，高壓交

流調(diào)速節(jié)能的市場(chǎng)600億元，目前大多數(shù)被國(guó)外高壓變頻所壟斷，而轉(zhuǎn)子變