變頻調速電機市場調研分析教材

市場營銷部

2017年01月04日

前言

我國普遍存在著工業生產能耗高，能源浪費嚴重的現象，其中風機、水泵類是應用最

廣、耗電量大的生產機械，用閥門、檔板調節流量造成電能嚴重浪費，節能是亟待解決的

問題。使用高效先進的調速手段正是行之有效的解決途徑。

應用于風機、水泵類的中高壓電機，要緊為三相異步電動機，包含鼠籠型與繞線型，

高效率的調速方式有兩種，即定子側變頻與轉子側變頻。定子側變頻也叫高壓變頻，普遍

應用鼠籠型電動機，其性能較好，但由于系統直接接高壓電網，因此技術復雜、體積龐大、

可靠性較低、價格昂貴。轉子側變頻調速也叫轉子變頻調速，使用繞線型電動機，將變頻

調速基本原理應用于轉子側，由于轉子側使用低電壓，因此技術復雜度降低、體積大為縮

小、可靠性高、價格適中。通常價格只有變頻調速的三分之一左右，優良的性能價格比，

使之在相當多的節能應用場合，能夠取代變頻調速。

生產轉子變頻調速電機及轉子變頻調速裝置，投資少，見效快，產品適銷對路，符合進

展方向，市場需求量十分可觀。據國家經貿委節能司信息中心統計，高壓交流調速節能的

市場600億元。目前大多數被國外高壓變頻所壟斷，而轉子變頻調速的異軍突起，不僅將

打破這一格局，而且必將進入國際市場，其社會效益與經濟效益是不可低估的，前景十分

美好。

目錄

第一章轉子變頻調速電機.....................................................3

L1轉子變頻調速電機定義.....................................................................

1.2轉子變頻調速電機的原理

1.3轉子變頻的優點...........................................................錯誤!天定義書簽。

第二章轉子變頻調速操縱系統.................................................8

2.1轉子變頻調速操縱系統結構及原理..........................................錯誤!天定義書簽。

2.2轉子變頻調速操縱系統的特點..........................10

第三章轉子變頻調速項目的技術可行性分析...................................11

3.1轉子變頻調速技術的進展過程..............................................錯誤!天定義書簽。

3.2技術創新性.........................................12

3.3各類常用方式的比較.................................13

3.4市場風險的要緊因素及防范的要緊措施.................15

第四章市場調查分析........................................................15

4.1機械成熟性與項目產品可靠性..........................16

4.2市場調查及前景預測..................................16

第五章市場競爭對手分析....................................................21

參考文獻....................................................................29

第一章轉子變頻調速電機

1.1轉子變頻調速電機定義

最古老的叫法是串級調速，后來叫內反饋變頻調速，現在叫轉子變頻調速。就是將繞線

電機的轉子回路接入整流與逆變裝置，通過不一致的操縱方式，使整流與逆變裝置呈現出

不等的阻抗，從而改變電機轉子回路的阻值，達到調速的目的。由于裝置是在轉子回路,

轉子轉速改變時，回路的頻率發生改變，因而稱之為轉子變頻調速。

L2轉子變頻調速電機的原理

L2.1概述

轉子變頻調速電機是近十兒年來出線的一種新型的繞線電動機，是專為內反饋交流調速

裝置而設計的特種繞線電機。由于轉了變頻調速與傳統的串級調速相比，具有很大的優越

性，避免了轉差功率在電機定子繞組、轉子繞組、整流逆變裝置、逆變變壓器與電網中的

無謂循環現象，而且在大、中容量，特別是在高壓情況下，還具有變頻調速無法比擬的優

勢，因此，進展十分迅速。

轉子變頻調速電機定子比普通三相異步電動機增設了一套三相對稱繞組，用來同意從轉

子反饋回來的能量，稱之為調節繞組，將原先的定子繞組稱之主繞組。轉子變頻調速電機

與普通繞線電機具有相同的規格與安裝尺寸。當電機接通電源時，通過旋轉磁場的感應作

用，調節繞組產生感應電動勢，其數值為：

昂=4.44/N調之調①

式中fx...電源頻率

N調……調節繞組的串聯匝數

K/v調……調節繞組的繞組系數

①機...電機主磁通

這是一個恒頻恒壓源。

關于三相異步電動機，由于隨著轉差率（即電機轉速）的變化，電機轉子頻率也將改變。

為了使電機獲得調速，務必使后調反映給轉子繞組的附加電勢與轉子電勢保持同頻率，同

時大小能夠調節。因此在調節繞組與轉子之間需要串接整流逆變裝置。調節繞組在為轉子

提供附加電勢的同時，汲取轉子的轉差功率，然后通過電磁感應的方式，將這部分功率傳

輸給定子繞組。這就使電機從電網汲取的有功功率減少，主繞組的有功電流隨轉速成正比

變化。因此，我們將這種轉差功率通過整流逆變裝置反饋給電機內部（而不是電網）的電

動機，稱之為轉子變頻調速電動機。

由此可見，轉子變頻調速電動機是一種能夠自身產生附加電勢源的特種三相異步電動

機。其調速原理為：將電機的轉子繞組通過整流逆變斬波裝置與定子上的調節繞組相連，

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

節繞組，即電機只能完成低同步調速。由于風機與泵類負載通常調速都從額定轉速往下調,

因此在調速中使用不可控整流器件即能滿足要

求。轉子變頻調速電機在調速過程中，除機械功率與基本銅耗以外，轉差功率在電機內

部傳輸平衡，因此是一種封閉保守的電磁系統。

1.2.2轉子變頻調速電動機的功率關系

轉子變頻調速電動機不一致于普通的電動機，他的轉差功率通過調節繞組直接反饋回主

繞組，不僅沒有使轉差功率形成熱損耗，反而減少了主繞組從電網汲取的功率，電機調速

流程圖如下所示：

從圖中能夠看出，轉子變頻調速電機主繞組從電網的汲取功率，即主繞組的有功功率尸卜:

等于調節繞組與轉子繞組上各類損耗功率之與。即：

4=4專+4+4員

式中P*專轉子繞組的電磁功率

扁……調節繞組的電磁功率

時……鐵耗、銅耗與其它損耗之與

圖1-1轉子變頻調速電機調速流程圖

轉差功率而使其處于發電狀態C因此，扁為負值.為方便懂得取其絕對值,因此上

式可改寫為：

與=%—4+4員

因轉子與調節繞組的轉差功率傳輸損耗很小，A=1周

則：與=勺+耳員

上式說明，轉子變頻調速電動機的輸入功率為機械功率與損耗功率之與，假如忽略各

類損耗，則近似與機械軸功率凡相等。

另外，電機定子從電網汲取電能后，一方面要建立主磁場，另一方面要通過電磁感應,

以電磁功率的形式將能量傳輸給轉子，再由轉子將電磁功率產生的機械功率通過轉軸

驅動機械負載。已知轉子變頻調速電動機的機械軸功率鳥與電磁轉矩T與機械角速

度Q之間的關系為：

即:

可見，轉子變頻調速電動機轉速受控于機械軸功率與電磁轉矩。已知電機穩固運行時,

須滿足轉矩平衡方程式：

T=Tf

式中……負載轉矩

Tf

即電磁轉矩務必等于負載轉矩。眾所周知，鍍與恒轉矩負載，負載轉矩是客觀存在的,

它只屬于自身的屬性，而與轉速無關。顯然，轉子變頻調速電動機的電磁轉矩是不能

隨意改變的。盡管電磁轉矩在調速過渡過程中是變化的，但這是由于轉子變頻調速電

動機的功率變化與慣性定律作用的結果，因此其轉速只受控于機械軸功率Ao

這樣，隨著負載所需要的機械軸功率的變化。主繞組從電網汲取的有功功率也做

相應的改變，轉速也相應改變，達到調速節能的目的。

以上分析盡管基于恒轉矩負載，但同樣適用于風機、泵類負載，只只是對與風機、

泵類由于轉矩隨轉速的平方率變化，而轉差功率與轉速的三次方成比例。因此，輸入

功率與電機轉速不再保持嚴格的正比變化，但變化趨勢仍然不變，即隨著轉速的升高

或者降低，輸入功率也相應增大或者減少。

1.2.3轉子變頻調速電機效率與普通繞線式異步電機串級調速系統效率的比較

轉子變頻調速電機是一種高效率的機電能量轉換系統，其效率比普通異步電動機要高。

這要緊是轉子變頻調速電機的定子結構上調節繞組的存在，省去了串級調速系統中的逆變

變壓器，相應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機

串級調速系統的效率與轉子變頻調速系統的效率作一下比較。

①普通繞線式異步電動機串級調速系統的效率

設電動機定子銅耗與鐵耗為兄”1與耳/則通過電磁感應輸給電機轉子的功率〃為：

Pem=4-PCu\~PFe

電動機軸端輸出功率：

《=(1-S)吃

軸端輸出功率扣除摩擦損耗pfr與雜散損耗門"后得到電動機凈輸出功率P2

P2=PM~Pfr~Pad

轉差功率A為：=sP

PSem

轉差功率扣除逆變回路各部分損耗A(包含轉子銅耗、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，經逆變變壓器網側輸回給電網的功率尸/、為：

弓=A一8

整個系統從電網汲取的功率4為：

a

則系統的總效率為：

p2p2

11---------——

qPTf

當然，這里效率的計算是粗略的，串級調速系統的效率除與系統參數與轉速有關外，還與

負載與調速范圍有關。

轉子變頻調速電動機的效率

假設轉子變頻調速電動機與普通電機相同，即輸出功率也為巴，則在相同轉差率卜轉子

變頻調速電動機的轉差功率也相同為A,這個功率扣除逆變回路各部分損耗后，不是經逆

變變壓器傳輸回電網，而是直接反饋回轉子變頻調速電動機的調節繞組。因此，如今逆變

回路的損耗不存在逆變變壓器損耗，即傳遞給調節繞組的功率6大于P/.,因此轉子變頻

調速電動機的輸入功率月’要小于普通繞線異步電機的輸入功率o因此轉子變頻調速系

PV

統的總效率為：

ep主—pf

由上式能夠看出，轉子變頻調速電動機調速系統的效率要比普通串級調速系統的高，這也

是串級調速系統使用轉子變頻調速電動機的要緊因素之一，而系統效率高也是轉子變頻調

速電機系統優于其他串級調速系統的地方之一。

1.3轉子變頻的優點

（1）能夠用400?1000V低壓變頻潛來操縱6?10kV中壓電動機的轉速。

（2）所需逆變器的容量較小，僅為電動機功率的20%?30%,由于轉差功率回饋至電網

（或者電動機），故能大大節約電能，可達30%以上。

（3）原理結構簡單，使用的低壓IGBT的數量遠遠少于10kV定子側中壓變頻裝置的中

壓IGBT,無須配置大容量電抗器，故障率大為降低。

（4）與普通串級調速相比，功率因數較高，諧波較小。若使用IGBT逆變器，則無5、

7次諧波。

第二章轉子變頻調速操縱系統

2.1轉子變頻調速操縱系統結構及原理

轉子變頻調速操縱系統結構上由內反饋交流調速裝置與轉子變頻調速電機構成，如圖

4o彷了變頻調速裝置由起動部分（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成。

轉子變頻調速裝置的要緊作用，就是對調節繞組感應電動勢進行頻率的轉換與幅值的

調節。調速電機在工作時，調節繞組經轉子變頻調速裝置為轉子提供附加電動勢，只要改

變附加電動勢的大小，即可平滑調節電機的轉速，究事實上質，就是實現轉子與調節繞組

之間轉差功率Ps的傳輸與操縱。由于轉差功率Ps等于繞組功率P調。因此可通過操縱P調

來操縱Fs,

已知：P-g—IBiU謂T詞COS①-g

式中：相數U詡-調節繞組相電壓

I謝-調節繞相電流cos①方功率因數相角

在以上參數中，電機繞組一旦確實，n與U訓就無法改變。因此操縱PM只能是操縱功率

因數相角①調與調節繞組相電流I調兩種方法。

操縱功率因素相角①調來操縱P調以達到操縱Ps的目的

由于cos①*cosB

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

Q是人為的感性無功功率，根據

Q二m（U0,1iflSin&

可知有功功率隨cosB變化的同時，必定產生與sinB成正比的無功功率。感性無功功

率不起調速作用，只能使電動機的運行無功損耗增大，系統功率因數降低。因此，逆變器

的移相功率操縱會產生人為的感性無功功率。克服移相功率操縱的缺點，從公式上看只能

操縱電流I調，簡單的辦法就是在直流回路使用斬波操縱。

操縱調節繞組相電流I調來操縱P調以達到操縱Ps的目的

具體的方法是保持功率因數相角中調為最小，使功率因數cos①調保持最高不變，然后操

縱I調達到操縱Ps的目的，即斬波操縱。斬波操縱的通過斬波器的占空比來實現的，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一個斬波器，由斬波器來完成功

率操縱

圖1-2轉子變頻調速操縱系統示意圖

快速熔斷

當電路工作時，逆變器的逆變角恒處于最小Bmin不變，只負責頻率變換。功率的調節

則由斬波開關來完成。轉子變頻調速電機的轉子電壓經轉子整流器變為直流電壓，當斬波

港導通時，轉子直流經斬波開關形成一個閉合回路，電流不通過逆變器，逆變器輸出功率P

*0,即不向調節繞組轉換為機械功率，形成軸功率。當斬波器開路時，轉子直流電流被迫

流入逆變器，由此產生的功率轉換為反饋功率送入電動機的調節繞組形成轉差功率。

根據前面所述電機調速的功率操縱原理，電動機的轉速取決于機械軸功率的大小（或

者是轉差功率的大小），在電流連續的條件下，斬波電流與反饋電流互補。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差功率，從

而實現調速操縱。由此可見，轉子變頻調速電機轉速的調節能夠轉化為改變斬波開關電流

的問題。

2.2轉子變頻調速操縱系統的特點

表2T轉子變頻調速操縱系統的特點

特點具體

轉子變頻調速系統的操縱裝置承受的只是部分轉子電壓，遠遠低于電源電壓，

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行。轉子變

頻調速電機是繞線式電動機，盡管結構上比鼠籠式電動機要復雜一點，它有滑環、

可靠性

碳刷，降低了電司機的可靠性，但關于風機、水泵來講，轉速均低于一五OOr/min,

因而碳刷使用壽命大大提高，只要操縱好電動機的啟動電流與轉子電流的脈動分

量，可靠性仍然是很高的。

假如調速裝置出現重故障，系統將頻敏變阻器（或者液態電阻）串入轉子回

路，以實現電機從調速狀態平穩進入全速運行，并確保電機在任何情況下不停，

確保電機在任何情況下不可能影響風機、水泵的正常運行。同時，在故障轉全速

安全性后，系統將轉換開關打到檢修位置，如今電機就在全速狀態下運行，裝置檢修時

也不影響風機或者水泵的運行。裝置能夠帶電檢修，等裝置內器件修好后能夠無

擾動地進入調速狀態。另外，在電網（6kV/'10kV）快切或者電網跌落一定值時，

調速裝置能夠保持原調速狀態不變，只有超出了快切時間調速裝置才轉入全速。

轉子變頻調速系統的諧波由兩部分構成。第一部分是由逆變器產生的諧波。由于

逆變器使用正弦波PWM調制，輸出電流近似正弦波，且容量小，它對電網影響較

小（逆變器產生一些開關頻率的諧波，由于頻率高，可被調節繞組的漏感濾掉）。

另一部分為轉子何二極管整流產生的諧波。二極管整流交流側的電流波形是120”

諧波影響

寬的方波，含5、7、11、一三等次諧波。由于轉子漏感大、整流重疊角大，電流

小

波形變為梯形波，諧波次數不變，但幅值減小，對電機影響較小。盡管這樣，這

些諧波還是通過氣隙磁場反映到定子中，給定子電流帶來低頻諧波，調速裝置在

不增加主電路設備情況下，利用有源濾波技術，讓逆變器輸出電流中也含有同樣

的低頻諧波，但方向相反，抵消轉子諧撥的影響，使進線電流中僅含較少的諧波。

由于調速裝置簡化了結構，不需逆變變壓器與其他外附電機，更不需要建配電室

調速系統或者變壓器室，既可降低系統成本，又減少了系統安裝費用。另外，盡管內反饋

成本低電動機的價格要比鼠籠式電動機高,但轉子變頻調速裝置系統的總體市場價格仍

然只有高壓變頻成套系統的40~50機

在各類調速方法(液力耦合器、液態電阻調速、高壓變頻器、內反饋斬波調速)

中，內反饋斬波調速的效率是最高的。這是由于這種調速方法是在繞線式電動機

的轉子回路實現的，被操縱的是電動機的轉差率部分，而轉子變頻調速電動機的

效率高

轉差功率只有軸功率的25?40%左右，因此調速裝置的效率高，超過0.98而關于

高壓變頻器，電動機的全部功率都由變頻器變換，包含無功部分，因此高壓變頻

器的效率只有0.95。

第三章轉子變頻調速項目的技術可行性分析

3.1轉子變頻調速技術的進展過程

轉子變頻調速是在串級調速的基礎上進展起來的。串級調速的種類很多，常用的有下列

兩種方式(根據轉差功率汲致利用方式)：一種是機械式反饋機組串調系統，又稱克萊默

(Kramer)系統，這種方法早在20世紀50年代就獲得了應用。該方式即是最原始的串級調

速方式，源于英語“Cascadecontrol”，意為“級聯操縱”，是指當時異步機轉子與外附的

直流電動機兩級聯結所形成的調速，該系統由繞線式異步電動機、直流電動機及整流回路構

成。該調速裝置具有恒功率調速特性，效率與功率因素高，但系統增加了一臺直流電動機，

使結構變得復雜；主電機需使用雙軸伸，且直流電動機有換向器及電刷，增加了維修、檢修

的工作量。因此這種方法目前很少使用；另一種稱之電氣串級調速系統，或者稱之品閘管用

級調速，又叫靜止謝菲爾畢斯(Scherbias)系統，該系統通常由繞線式異步電動機、異步電

機轉子一側的整流器、電網側的晶閘管逆變器、濾波電抗器、逆變變壓器與操縱回路構成。

通常，晶閘管的逆變角B的變化范圍在25°?90°之間，這就決定了串級調速的范圍。這關于

大容量的異步電動機，有利于其在低速狀態下節約大量的電能。

由于電動機的轉子電流為非正弦波形，其高次諧波成分不產生有效功率，而且逆變器的

逆變換向也要從電網中吸取滯后的無功功率，因此，該系統的功率因素較低。同時，轉子電

流的高次諧波通過定子反饋到電網，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，對電網產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。

晶閘管串級系統最終將轉差功率以電能的形式反饋到外部電網的，同時附加電勢是由系

統通過外部變壓器變壓后提供的，可稱之外反饋技術。50年代末期，我過一些單位開始進行

晶閘管串級調速的試驗，70年代后期，西安整流器廠首先推出了系列產品，以后其它廠家也

相繼推出了系列產品。1984年，當時的機械工業部公布了串級調速裝置的電工專業標準。1990

年國家技術監督局批準了半導體變流串級調速裝置的國標（GB1266-90）,規范了這類裝置的

設計、試驗要求。國內最先是由屈維謙提出內反饋串級調速方案的，時間是在80年代后期。

但內反饋串級調速系統真正推向市場則是北京長城機電（集團）公司組織殺害電機廠等單位

的專家通過論證實驗才得以實現的。不久哈爾濱九州公司、河北保定公司緊隨其后。這時使

用的是一種新的串級調速設各一一內反饋電機+晶閘管1或者可控硅）斬波串級調速問世，許

多傳統串調的缺點被克服，使該設備得到廣泛應用。該系統的優點是不管轉速高低，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調節繞組容量都按轉

子最大輸出功率計算，大大小于傳統串級調速，但功率因素偏低，在定子電流中存在較多的

逆變落產生的5、7次諧波及整流產生的低頻諧波。

90年代中期以后，隨著電力電子技術與操縱策略的進展，新的拓撲結構與操縱策略被不

斷提出，用IGBT構成PWM整流器代替原有的晶閘管（或者可控硅）逆變器，它結合PWM整

流技術與串級調速技術，在保留串級調速優點的同時，又利用了PWM整流器的優點，不僅能

夠便逆變器側電流近似正弦.減小諧波,提高功率因素,甚至壞能夠向電網提供容件無功.

用于補償串級調速系統產生的無功，從而提高整個系統的功率因數，也克服了原有系統存在

逆變顛覆的缺點。到目前為止有上海南征、上海科祺、保定北方、西部調速、河北泰達、北

京內達等七、八家公司生產高壓大功率內反饋串級調速系統。

3.2技術創新性

內反饋甲級調速電動機是在國家標準系列（次系列與JR系列）繞線式轉子電機的設計基

礎上，在定子側的原定子繞組嵌放另一套繞組，調節繞組嵌放在定子上，與定子繞組同槽，

但在電氣上是互相絕緣的。調節繞組在旋轉磁場的作用下，產生感應電勢，用來同意從轉子

益處的電轉差功率，調節繞組本身工作在發電狀態，把這部分功率通過電磁感應傳輸給定子,

傳輸方向恰好與電動狀態相反，因此抵消了定子的部分有功功率，使電機自電網的輸入功率

得以改變，從而改變轉子的機械輸出功率。

轉子變頻調速電機與普通繞線式電機的最大區別在于：調速電機在定子側具有兩套繞組,

一套是主繞組，與電網相聯結，從電網汲取能量；另一套繞組稱之為調節繞組，為轉子提供

附加電勢源，同時回饋轉子的轉差功率，因此內反饋電機的調速屬于附加電勢的審級調速范

疇。內反饋電機在定子繞組中增加了一套調節繞組，取消了向電網輸送能量的逆變變壓器，

從物理結構上，能夠懂得為將外接變壓器繞組轉移到電動機定子側。轉子變頻調速電動機是

通過改變電機的軸功率（即機械功率）來實現的，當電動機軸功率增大時，轉速升高，反之

轉速下降。轉子變頻調速是將轉子的部分功率（即電轉差功率）反饋給電動機定子調節繞組,

轉子反饋給調節繞組的功率越多，電動機的機械輸事功率越少，轉速就越低。調節繞組因電

磁感應而產生電動勢，用以同意轉子中反饋的轉差功率，調節繞組處于發電狀態，抵消了定

子繞組的部分有功功率，從而達到調速、節能的目的。

內反饋電機調速方案在技術上還是屬于附加電勢的串級調速范疇，但是由于取消了普通

串級調速中的逆變變壓器，不僅減少了調速裝置的占地面積，調速系統更緊湊簡單，同時也

帶來了其他方面的好處。眾所周知，電力電子裝置會產生大量的諧波污染，如何以為經濟的

手段來抑制諧波造成的危害，是電力電子裝置的設計者務必考慮的情況。與串級調速，內反

饋電機調速制諧波污染方面具有特殊的優勢。由于調節繞組在電機定子糟中是分布嵌線的，

繞組短距與分布的結果會大大減少諧波電流對定子電流的影響。因此盡管轉子與調節繞組中

存在諧波電流，但諧波磁勢卻很小。而普通串級調速中的變壓器繞組是集中繞組，其繞組系

數為1,起不到抑制諧波的作用。

電動機調速裝置從電動機轉子引出的轉子電動勢，經整流輸出，通過斬波器進行脈寬調

制升壓,然后通過逆變裝置,將電動機轉差功率反饋到電動機的調節繞絹C其中關鍵技術就

是斬波電流操縱，傳統的變流操縱使用移相操縱方法，致使產生大量的感性無功功率與次諧

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

開關的通斷，操縱反饋功率的大小。另外斬波操縱可使電機的調節繞組容量僅為電機額定容

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，諸如瞬時停電、過壓保護等

難以解決的問題都能夠通過斬波開關順利得以解決。

3.3各類常用方式的比較

表3-1各類常用方式的比較

常用方式特點分析

變極調速是通過改變定子繞組的極對數來改變旋轉磁場同步轉速進行調速

的，是無附加轉差損耗的高效調速方式。由于極對數P是整數，他不能實現平滑

調速，只能有級調速。在供電頻率f=50HZ的電網，P=l、2-,3,4時，相應的同

步轉速。廣3000\一五00\750r/mino改變極對數是用改變定子繞組的接線方式完

變極調速成的。雙速電動機的定子是單繞組，三速與四速電動機的定子是雙繞組。這種改

變極對數來調速的籠型電動機，提出稱之多速感應電動機或者變極感應電動機。

多速電動機的優點是運行可靠，運行效率高，操縱線路簡單，容易保護，對

電網無干擾，初始投資低。缺點是有級調速，而且調速級差大，從而限制了它的

使用范圍。適合于按2-3檔固定調速變化的場合，為了彌補有級調速的缺陷，

有的時候與定子調壓調速或者電磁離合器謫速配合使用。

電磁轉差離合器由主動部分電樞與從動部分感應子構成，其調速功能是通過

調節感應子勵磁電流的大小，改變氣隙磁感應強度，從而改變感應子從動軸的電

電磁離合磁轉矩來實現調速。

器調速因此，在某一恒定轉矩下，勵磁電流發生變化時，轉速發生變化，調速范圍

很小，切非線性嚴重，勵磁電流缺失都轉化為熱耗，屬于低效調速方式，通常用

于低壓電機、功率不大的場合。

高壓電機領域中傳統的調速方式是使用液力耦合器，但這種調速方式能耗

大、效率低。其原因是存在嚴重的耦合缺失與轉差缺失。耦合缺失是由于液壓油

內摩擦造成的；轉差缺失是由于調速時輸出軸與輸入軸存在轉差造成的，這種缺

失隨轉差的增加而上升，即效率n=i-s,其中s為轉差率。這兩部分缺失最終都

變成熱缺失，此外，這種調速方式還有如下缺點：

液力耦合

①受執行機構與液壓機構限制，調速精度差，同時還存在嚴重非線性，只

器調速

有在一五%?85%間是調節線性區，即使在這區間，仍存在增速與減速逆差間隙，

造成自動系統很難投入運行；

②運行不可靠，國內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使用調速方式需要一整套油系統，保護工作量大。

變頻調速是通過改變電動機定子供電頻率來改變旋轉磁場同步轉速進行調

速的，是無附加轉差損耗的高效調速方式。變頻調速系統的關鍵裝置是頻率變換

器，即變頻器，由它來提供變頻電源。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。

變頻調速的優點是調速效率高，啟動能耗低，調速范圍寬，可實現無級調速，

動態響應速度快，調速精度很高，操作簡便，且易于實現生產工藝操縱自動化。

變頻調速轉子變頻調速與變頻調速相比具有下列優勢：

①轉子變頻調速的操縱在轉子側，轉子電壓較低，因此，不受三相電源電

壓的限制，易于操縱實現高壓電機的調速。而變頻調速，則需直接承受電源電壓，

變頻調速裝置用于高壓電動機時，就需要增加變壓器，不但費用增大，效率也降

低。

②轉子變頻調速的操縱裝置容量，能夠按需要的調速比，在小于電動機額

定容量的范圍內選擇，而變頻調速的操縱裝置是與電機串聯的，務必等于或者大

于電動機的額定容量，因而前者更經濟。

③由于定轉子的隔離作用，轉子變頻調速對電網的諧波影響，遠遠小于變

頻調速對電網的諧波影響。

④轉子變頻調速裝置價格低廉，只有高壓變頻調速裝置的三分之一左右，

關于風機與水泵這類調速范圍不是很寬的機械類設備，轉子變頻調速裝置優勢尤

為明顯。

3.4市場風險的要緊因素及防范的要緊措施

①轉子變頻調速產品技術性因素多，宣傳也不是很廣泛，用戶對該產品熟悉得不多，

尚需技術工程師上門多多宣講。

②轉子變頻調速產品尚未形成大批量生產，現階段所面臨的要緊問題是國產元器件質

量不穩固，給產品用戶造成了一定的負面影響。針對這一問題，應強化元器件的篩選，購

置先進的檢測設備，使用各類措施提高采購人員的業務水平，堅持定點采購，嚴把器件質

量關。

第四章市場調查分析

4.1機械成熟性與項目產品可靠性

轉子變頻調速迄今已有十幾年應用的歷史，起初對內反饋的懷疑現已為實踐反復證明幾

乎完全被打消。目前斬波式內反饋產品分別包容從22（f2500kW,電壓等級3~10kV的電機調

速，同時形成了原理、設計、結構、工藝、生產流程、檢驗、測試等較為完整的技術體系。

4.2市場調查及前景預測

（一）“十一五”節能規劃政策回顧

>“十一五”期間，電機節能系統工程被列入國家十大節能重點工程之列。在國家政

策的有力推動下，電雙系統在節能產品推廣、節能技術研發、節能技改項目的實施

等方面取得了長遠進展，電機產業在產業規模、產品結構、技術水平與市場化程度

等方面均得到了大幅度提升。

>據“十二五”節能減徘綜合性工作方案指出，未來五年，要實現全國萬元國內生產

總值能耗下降16%,節約6.7億噸標準煤目標。而作為節能減排重點工程，電機系

統運行效率要提高2-3個百分點。

>2016年9月，國家開始實施2012版下的能效二級標準，開始了新一輪的提標進

程。

圖4-1申機節能服務下盈利性提升情況估算

行業水泥鋼鐵電解鋁

電力成本占總成本的比■估1127%10%40%

電機耗電占企業用電比例30%60%-70%1.16%

節電效率25%

盈利性提升2.03%1.63%0.12%

圖4-2國家有關電機節能的要緊政策情況

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資料來源：公開資料整理

（二）產業現狀

目前我國電機裝機總容量己達4億多kW,年耗電量達12000億kWh,占全國總用電量

的60%,占工業用電量的80樂其中風機、水泵、壓縮機的裝機總容量已超過2億kN,年耗

電量達8000億kWh,占全國總用電量的40%左右，因此電機上的節能要求極大，也是節能

效果最能表達的地方。使用新型電機設計、新工藝及新材料?，通過降低電磁能、熱能、機

械能的損耗來提高輸出效率，高效節能電機比傳統電機效率大約高3%-5%目前達到2級能

效指標電機的占比不足10%,因此其進展空間廣闊。隨著電力電子技術、計算機技術、微電

子技術及操縱理論的進展與應用，中小型電機應用領域日益廣泛。

（三）市場容量

作為世界第一汽車制造與消費大國，我國汽車業在未來5-10年將保持10虹一五%的復合

增長率，而隨著汽車電子化程度進一步加大，汽車微電機市場容量增速可長期維持在一五%

以上。除了汽車行業以外，在家用電器、日用化妝品、航天、工業機械、磁性材料等眾多

有關行業，與手機、物聯網、云計算等新興領域，對微特電機的需求更是與日俱增，我國

微特電機市場的進展前景廣闊。根據《節能與新能源汽車產業進展規劃》，到20一五年，

純電機作為機械裝備上不可或者缺的組件之一，電動汽車與插電式混合動力汽車累計產銷

量力達到50萬輛；到2020年，累計產銷量超過500萬輛。我國新能源汽車產業在未來數

年將迎來快速增長階段，而這將帶動驅動電機市場規模迅速增長。隨著國家節能減排的積

極推行及高效節能電機補貼政策的逐步落實，高效節能電機業將迎來爆發式的增長。未來

幾年，節能電機設備占國內新增中小型機電設備的比例將達到60%以上，節能機電設備市場

規模將達到500億元左右。

（四）前景預測

＞我國電機總量逐年提高

據產業信息網數據統計，我國交流電動機產量從2030年開始呈現放量攀升趨勢，截止

20M年達到30—三4萬千瓦，20一五年有所回調要緊受到經濟增速放緩的影響。

圖4-3我國交流電動機產量逐步提升

■交流電動機產*（萬千瓦）

資料來源：公開資料整理

＞電機系統效率偏低，除了電機本身，配套增效系統不容忽視。

電機系統，除了電機，還有變頻調速系統、被拖動裝置、傳動系統等構成，任何

一個環節的不匹配都洛導致整體效率的偏低。從實際情況來看，我國電機效率本身

大約比發達國家低2%-5%；被拖動裝置效率比發達國家低2%-4%;變頻調速技術比

發達國家差5年以上。然而，從電機系統節能效率提升的幅度來看，正確選型、負

載匹配，調速驅動等方式的節能效率要明顯高于高效電機，因此，電機系統效率的

提升的，配套裝置的作用非同小可

圖4-6我國電機系統問題

電機系統問題狀況（比國外低）原因

電機系統運行效率10%-20%裝配問題,調節方式落后

祓拖動裝置效率低2%-4%制造技術較差

電機效率低2%-5%高效電機價格昂貴,普通電機占比高

技術問題,目前國內主要是國外產品，價格較高.

變頻調速技術落后差5年以上企業投入觀念等原因,導致國內調頻調速電機系

統占比偏低

資料來源；公開資料整理

圖4-7不一致節能措施的節能計量

電機系統節能推嬉典型節能?

系統安裝或更新

高效電機2%-8%

正確選型、負?兀配節能■較大

調速驅動10%-50%

高效機械轉動/減速器2%-10%

電能質?控制0.5%-3%

高效終端設備（比如泵、風機、壓燎機）節能?較大

高效管網節能?較大

系統操作和It護

湖滑、校正、調整1%-5%

資料來源：公開資料整理

＞高壓變頻滲透率不高，未來進展空間大。

高壓變頻技術通過20年的進展，目前已成為高壓電機調速驅動領域的重要技術手段

之一，盡管行業進展己經進入成熟收獲期，但我國大功率電機領域普及率仍然不高，估計

目前在20%左右，未來的進展空間巨大，估計未來的增長動力將要緊來自我國傳統行業去

產能、企業節能減排等壓力。

國家鼓勵+供給側改革驅動，工業企業提升電機系統效率意愿強烈。我國電機能效標

準的制定要追溯到2002年，后相繼公布GB—八163-2006與GB—八163-2012新標準,

推動我國電機能效的升級改造；其中，每次提標帶來電機效率提升2%-3%,對應的節電市

場規模在百億以上。但從總休情況來看，我國電機系統效率仍然比發達國家低10-20pct,

國家也在加快提標的進度，2016年9月，國家開始實施2012版下的能效二級標準，開

始了新一輪的提標進程。

圖4-8電機節能服務下盈利性提升情況估算

行業水泥鋼鐵電解鋁

電力成本占總成本的比■估算27%10%40%

電機耗電占企業用電比例30%60%-70%1.16%

節電效率25%

盈利性提升2.03%1.63%0.12%

圖4-9國家有關電機節能的要緊政策情況

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資料來源：公開資料整理

“十三五”期間，電機系統節能市場360億。針對我國電機系統運營效率偏低的現

狀，國家已經提出進展規劃，到2020年，我國電機與內燃機系統平均運行效率提高5個

百分點，對應的年節電量能達到600億kWh以上，按照全國平均工業電價0.6元/kWh計

算，每年產生的節電效益能達到360億元以上，按照節能收益的分成比例，節能企業大約

能獲得250億。

（五）具有代表性的行業及使用調速節電的需求

①市改供水行業。以給水泵調速經濟運行最為突出。目前我國600余個各級城市中，

各自來水公司的產量是以電能消耗為代價來換取的。自來水行業的節電改造總量很多于30

萬kW,價值約為2億元。

②電力及石油行業。電廠耗電一半占發電總量的8曠12%,國內電廠中20萬~30萬機

組的近百家，每套機組至少配套送引風機4臺，而水泵多為1250kW的循環水泵，單機容量

1250~2250kW,總需求約為50萬kW。我國的風機、水泵調速需求量為600萬kW,僅在電力

行業，就需投資1.4億元，其中尚不包含舊設備改造。

隨著電廠與各行業節能改造的進行，利用電機調速節能已成為輔機節能改造的重點。

斬波轉子變頻調速是我國首創具有國際先進水平的新型高壓交流調速技術，與高壓變頻調

速相比，具有效率高、成本低、可靠性高等突出優點，是高壓分機、泵類節能調速的最佳

選擇。斬波操縱與轉子變頻調速電機的完美結合在理論與實踐上都被公認為是最佳調速方

案。斬波式轉子變頻調速是目前高電壓交流調速效率最高的新技術，是高電壓、大容量風

機與泵類節能調速的最佳選擇。

（六）轉子變頻調速裝置系統的造價

轉子變頻價格較低,，通常價格只有變頻調速的二分之一左右，優良的性能價格比，使

之在相當多的節能應用場合，能夠取代變頻調速，為電廠減少投資。以1000kW電機為例，

使用變頻調速的設備投資為200萬元左右，使用轉子變頻調速的投資可節約100萬元，其

性能價格比非常優越。從生產角度講，每套調速系統（包含電動機與調速操縱裝置）節電

效率高達50%飛0%,按每年運行6000h,每度電0.25元計算，每年能夠節約電費67440元,

2年就能夠收回成本。隨著人們節能環保意識的加強，相信斬波式轉子變頻調速裝置的需求

將越來越大，獲得的經濟效益也將是可觀的"

綜上所述，生產轉子變頻調速電機及轉子變頻調速裝置，投資少，見效快，產品適銷

對路，符合進展方向，市場需求量十分可觀。據國家經貿委節能司信息中心統計，高壓交

流調速節能的市場600億元，目前大多數被國外高壓變頻所壟斷，而轉子變