软启动与变频器初探


  一、关于软启动:

  电压由零慢慢提升到额定电压,使电机启动的全过程都不存在冲击转矩,而是平滑的启动运行。这就是软启动。软启动器是一种集软启动、软停车、轻载节能和多功能保护于一体的电机控制装备,实现在整个启动过程中无冲击而平滑的启动电机。根据电压分类:高压软启动器、低压软启动器。软启动可以减少启动电流对电网的影响程度,使电网和机械系统得以和谐运行。这一技术目前已广泛应用于电力、钢铁、水泥、矿山、建材等工业生产领域,具有安全环保、节能降耗的优势。交流电机应用广泛,在大部分场合,电机不需要调速,但启动则无法避免,尤其对高压大容量电机来说直接启动会带来三大问题。一是对电网冲击大,会造成电压波动,导致其他设备欠压保护,退出运行,影响正常生产,对于弱电网甚至会导致电网崩溃,产生严重后果。二是对电机冲击大,造成绝缘老化甚至鼠笼断条,缩短电机使用寿命,增加电机维护工作量。三是对机械传动部件(如齿轮箱、联轴器、皮带以及被驱动负载)冲击大,导致这些部件使用寿命大大缩短。所以交流电机一般配有软启动装置。据了解,目前只有北京三得普华科技有限公司等少数企业既生产MSVC又生产MCR型高压电机软启动装置,但现有软启动装置厂商会跟随技术发展趋势,逐步研发MCR型高压电机软启动装置。该公司正筹备上市。从市场份额看,中国软启动器市场仍然是国外品牌比较有优势,高端产品基本被ABB、施耐德、罗克韦尔等外国公司占据。我国3 万千瓦以上的软启动装置全部依赖进口。近年来,我国软启动行业得到较快发展。规模企业超过100家。2009年高中低压软启动器总体市场规模已经达到18.5亿,2010年市场规模达到21.6亿。目前国内每年有8000万千瓦容量的电机亟待解决启动问题,按每千瓦120元计算,每年需求高压电机软启动产品114亿元。所以说软启动市场巨大。

  二、关于变频器

  未来10年是挑战与机遇并存的10年,也是变频器行业突破性发展的10年。随着亚洲新兴经济体的工业制造业步入自动化转型期,工业生产对变频器的需求也越来越大。在中国,新型工业化带动变频器持续增长的潜力巨大。我国目前采用电力电子技术对电能进行处理还处于低水平初级阶段,可谓刚刚起步。以应用面广、节能效果显著的变频器为例,发达国家应用比例已高达70%以上,而我国尚不足30%。我国变频器市场至少在10 年以后才能趋于饱和,总体市场潜力为1200 亿元至1800 亿元。其中常压变频器约占市场份额的60%左右,中、高压变频器需求数量相对较少,但由于单台变频功率大、售价高,可占市场份额的40%左右(480-720 亿元)中国高压变频器市场研究报告预测,高压变频器市场潜力达800亿元。2012年中国高压变频器市场规模将达到150亿。低压变频器迎来新一轮的产业升级。预计2013年突破235亿元。

  我国500多家变频器生产企业中,真正拥有核心技术、自主研发能力和品牌影响力只有5-8家:利德华福【被施耐德收购】、合康变频(300048)、九洲电气(300040)【高压变频业务已被罗克韦尔收购】、智光电气(002169)、荣信股份(002123)、英威腾(002334)、汇川技术(300124)等。变频器上市公司中英威腾,汇川技术是中低压的领先者,合康变频、九州电气、智光电气、荣信股份业务集中在高压变频领域。

  变频器主要作用是通过改变供电频率实现对电动机转速的调节,提高电气传动系统运行效率。由于变频调速也可以实现电机根据不同负荷工况进行匹配的能量输入,也因此可实现非变频电机平均约30%的电耗节约。所以说,变频器是实现电机节能的最佳利器。我国习惯上把额定电压在3kV 到10kV 之间的电动机称为高压电机,因此把针对3kV 至10kV 高电压环境下运行的电动机而开发的变频器称为高压变频器,国外则从输电电压和用电电压的角度考虑,通常将之称为中压变频器。变频器行业的主要上游企业有变压器、IGBT、冷却风机、电阻、电容、散热器、各种机柜等生产企业,其中IGBT高压变频器主要原材料之一,目前市场上供应的IGBT 主要是国外厂商生产的产品,其它原材料国内可完全供给,生产厂商多。IGBT是变频器产品的核心部件,IGBT 能否可靠工作及在异常工作状况下能否对其实施有效的保护是变频器可靠运行的前提,因此该技术是变频器可靠性设计中最关键的技术之一。目前欧洲、日本企业在IGBT 的研发、生产等方面处于领先地位。IGBT 是变频器产品的核心部件,目前欧洲、日本企业在IGBT 的研发、生产等方面处于领先地位,其中德国英飞凌科技公司(品牌为Infineon)、日本三菱电机株式会社在全球范围内占据着该产品的市场份额前两位,两者合计占有国际市场80%左右的市场份额。

  在中国高压变频器领域,外资品牌拥有80%市场份额。2011年排名市场前三的分别是德国西门子,瑞士ABB和法国科孚德机电,三家公司合计市场占有率达到60.5%,利德华福(现被施耐德收购)以7.2%的市场占有率排名第四。高压变频器一般功率较大,客户大部分是电力、冶金、煤炭、石油石化、自来水等大型企业,整个企业的生产或运转流程是经常是24 小时连续不停,而高压变频器又使用在非常关键的部位,对工业生产极为重要,而且其使用环境复杂,难以完全在实验室模拟,所以用户对产品的可靠性和稳定性非常关注。高端市场所需要的高性能高压变频器,比如同步矿井提升机牵引变频、轧机变频传动、船舶驱动、造纸机传动以及高速机车主传动等超大功率变频器和超精密变频器,南、北车制造的高速机车主传动超大功率变频器,仍由西门子、ABB、三菱国际电气巨头垄断。国产的高压变频器目前主要集中在<2MW的标准变频市场,包括被施耐德收购的利德华福都属于此细分区间,目前国产品牌在这块市场占有率不是很差,但真正有技术含量涉及产业安全的是>2MW的工程变频。罗克韦尔已经完成对国内企业九洲电气高压变频器业务的收购,此次收购可以让罗克韦尔拥有更多的中国客户。甚至可以辐射亚太地区。高压变频器产品单价较高,应用环境复杂,存在较高的技术壁垒,从前期的方案设计、到中期产品安装调试以及后期的运行维护,都需要比较专业的技术支持和服务。因此,本行业多数企业都实行按订单生产的模式,企业在接到订单后,结合客户实际需求进行一些定制开发,然后组织生产。

  目前我国中低压变频器市场,国际品牌占据75%市场份额:

  ABB是全球500 强企业之一。是变流器行业公认的龙头企业。ABB 在交流变频器方面拥有30 多年的经验。ABB 以技术性能领先、系统集成和配套能力强大而著称,营销网络遍布世界各地。北京ABB 电气传动系统有限公司是ABB 集团设在我国的交、直流传动产品主要供货厂商。ABB 的销售渠道以分销为主,设在各地的办事处和服务中心负责技术支持及其它各种服务。

  西门子(上海)电气传动设备有限公司。该公司在中国自动化市场具有强大的市场影响力,2005年7月西门子收购了罗宾康公司。罗宾康公司在美国新肯辛顿设有变频器生产厂,并在中国上海、英国海威考姆勃、巴西圣保罗以及加拿大艾德蒙顿设有分支机构。

  日本安川电机(上海)有限公司于1999年在上海成立。该公司的主要代表产品是机械控制器、变频器以及伺服电机。该公司的变频器产品在电梯和起重行业占据领先的地位。2007年公司在中国变频器的销售金额约为9.3亿元人民币。

  东方日立(成都)电控设备有限公司系由中国东方电气集团公司与日本日立公司在前成都东方凯奇电气有限责任公司的基础上,通过增资扩股方式组建的专业设计制造高压大功率变频器及各类电气控制设备的中日合资企业。该公司主要产品有高压变频器、大功率直流电源、风力发电静变频装置等

  意大利西威公司经营全球范围内工业自动化和过程控制领域产品,尤以在自动化工业领域以提供标准化和依用户定制多功能的矢量变频器著称。该公司在上海设有变频器组装厂,为包括在金属、电梯、起重、造纸和塑胶工业等行业的客户提供产品。

  富士电机(上海)有限公司主要提供变频器、伺服系统、可编程控制器、可编程操作显示器、低压电器等工业自动化控制类产品。2007年该公司在中国变频器的销售金额约为7.5亿元人民币。

  施耐德电气(Schneider Electric)为100多个国家的能源及基础设施、工业、数据中心及网络、楼宇和住宅市场提供整体解决方案,其中在能源与基础设施、工业过程控制、楼宇自动化和数据中心与网络等市场处于世界领先地位,在住宅应用领域也拥有强大的市场能力。

  罗克韦尔自动化有限公司(NYSE: ROK)是全球最大的致力于工业自动化与信息的公司,致力于帮助客户提高生产力,以及世界可持续发展。罗克韦尔自动化总部位于美国威斯康星州密尔沃基市,在80多个国家设有分支机构,现有雇员约19,000人。