变频调速电机市场调研分析教材

转子变频调速电机市场调研分析

市场营销部

2017年01月04日

前言

我国普遍存在着工业生产能耗高，能源浪费严重的现象，其中风机、水泵类是应用最

广、耗电量大的生产机械，用阀门、档板调节流量造成电能严重浪费，节能是亟待解决的

问题。采用高效先进的调速手段正是行之有效的解决途径。

应用于风机、水泵类的中高压电机，主要为三相异步电动机，包括鼠笼型和绕线型，

高效率的调速方式有两种，即定子侧变频和转子侧变频。定子侧变频也叫高压变频，普遍

应用鼠笼型电动机，其性能较好，但因为系统直接接高压电网，所以技术复杂、体积庞大、

可靠性较低、价格昂贵。转子侧变频调速也叫转子变频调速，使用绕线型电动机，将变频

调速基本原理应用于转子侧，因为转子侧使用低电压，所以技术复杂度降低、体积大为缩

小、可靠性高、价格适中。通常价格只有变频调速的三分之一左右，优良的性能价格比，

使之在相当多的节能应用场合，可以取代变频调速。

生产转子变频调速电机及转子变频调速装置，投资少，见效快，产品适销对路，符合发

展方向，市场需求量十分可观。据国家经贸委节能司信息中心统计，高压交流调速节能的

市场600亿元。目前大多数被国外高压变频所垄断，而转子变频调速的异军突起，不仅将

打破这一格局，而且必将进入国际市场，其社会效益和经济效益是不可低估的，前景十分

美好。

目录

第一章转子变频调速电机.......................................................3

1.1转子变频调速电机定义.....................................................................3

1.2转子变频调速电机的原理...................................................................4

1.3转子变频的优点..........................................................................8

第二章转子变频调速控制系统...................................................8

2.1转子变频调速控制系统结构及原理.........................................................8

2.2转子变频调速控制系统的特点............................................................10

第三章转子变频调速项目的技术可行性分析.....................................11

3.1转子变频调速技术的发展过程.............................................................11

3.2技术创新性............................................................................12

3.3各种常用方式的比较....................................................................13

3.4市场风险的主要因素及防范的主要措施.....................................................15

第四章市场调查分析...........................................................15

4.1机械成熟性和项目产品可靠性.............................................................16

4.2市场调查及前景预测.....................................................................16

第五章市场竞争对手分析......................................................21

参考文献.......................................................................28

第一章转子变频调速电机

1.1转子变频调速电机定义

最古老的叫法是串级调速，后来叫内反馈变频调速，现在叫转子变频调速。就是将绕线

电机的转子回路接入整流和逆变装置，通过不同的控制方式，使整流和逆变装置呈现出不

等的阻抗，从而改变电机转子回路的阻值，达到调速的目的。因为装置是在转子回路，转

子转速改变时，回路的频率发生改变，因而称之为转子变频调速。

1.2转子变频调速电机的原理

1.2.1概述

转子变频调速电机是近十几年来出线的一种新型的绕线电动机，是专为内反馈交流调速

装置而设计的特种绕线电机。由于转子变频调速与传统的串级调速相比，具有很大的优越

性，避免了转差功率在电机定子绕组、转子绕组、整流逆变装置、逆变变压器和电网中的

无谓循环现象，而且在大、中容量，尤其是在高压情况下，还具有变频调速无法比拟的优

势，因此，发展十分迅速。

转子变频调速电机定子比普通三相异步电动机增设了一套三相对称绕组，用来接受从转

子反馈回来的能量，称之为调节绕组，将原来的定子绕组称为主绕组。转子变频调速电机

和普通绕线电机具有相同的规格和安装尺寸。当电机接通电源时，通过旋转磁场的感应作

用，调节绕组产生感应电动势，其数值为：

E调=4-44/N调时调①机

式中...电源频率

N调……调节绕组的串联匝数

端调……调节绕组的绕组系数

①机电机主磁通

这是一个恒频恒压源。

对于三相异步电动机，由于随着转差率（即电机转速）的变化，电机转子频率也将改变。

为了使电机获得调速，必须使E调反映给转子绕组的附加电势与转子电势保持同频率，并

且大小可以调节。因此在调节绕组和转子之间需要串接整流逆变装置。调节绕组在为转子

提供附加电势的同时，吸收转子的转差功率，然后通过电磁感应的方式，将这部分功率传

输给定子绕组。这就使电机从电网吸收的有功功率减少，主绕组的有功电流随转速成正比

变化。因此，我们将这种转差功率通过整流逆变装置反馈给电机内部（而不是电网）的电

动机，称之为转子变频调速电动机。

由此可见，转子变频调速电动机是一种能够自身产生附加电势源的特种三相异步电动

机。其调速原理为：将电机的转子绕组通过整流逆变斩波装置与定子上的调节绕组相连，

使之能够产生功率交换。如果整流装置采用不可控电子器件，则功率只能从转子传递给调

节绕组，即电机只能完成低同步调速。由于风机和泵类负载一般调速都从额定转速往下调,

所以在调速中采用不可控整流器件即能满足要

求。转子变频调速电机在调速过程中，除机械功率和基本铜耗以外，转差功率在电机内

部传输平衡，因此是一种封闭保守的电磁系统。

1.2.2转子变频调速电动机的功率关系

转子变频调速电动机不同于普通的电动机，他的转差功率通过调节绕组直接反馈回主绕

组，不仅没有使转差功率形成热损耗，反而减少了主绕组从电网吸收的功率，电机调速流

程图如下所示：

从图中可以看出，转子变频调速电机主绕组从电网的吸收功率，即主绕组的有功功率勺：

等于调节绕组和转子绕组上各种损耗功率之和。即：

&=七十七+月员

式中心……转子绕组的电磁功率

跖……调节绕组的电磁功率

%……铁耗、铜耗以及其它损耗之和

图1-1转子变频调速电机调速流程图

率为释放电能，应取负号。如前所述，调节绕组作为附加电源，在低同步转速时吸收

转差功率而使其处于发电状态。因此，岛为负值，为方便理解取其绝对值，于是上

式可改写为：

号=罩—6周十月员

因转子与调节绕组的转差功率传输损耗很小，G=4周

则：仁二4+4员

上式表明，转子变频调速电动机的输入功率为机械功率与损耗功率之和，如果忽略各

种损耗，则近似与机械轴功率4相等。

另外，电机定子从电网吸收电能后，一方面要建立主磁场，另一方面要通过电磁感应,

以电磁功率的形式将能量传输给转子，再由转子将电磁功率产生的机械功率通过转轴

驱动机械负载。已知转子变频调速电动机的机械轴功率■与电磁转矩T以及机械角

速度Q之间的关系为：

即:

可见，转子变频调速电动机转速受控于机械轴功率和电磁转矩。已知电机稳定运行时,

须满足转矩平衡方程式：

T=Tf

式中……负载转矩

Tf

即电磁转矩必须等于负载转矩。众所周知，镀与恒转矩负载，负载转矩是客观存在的,

它只属于自身的属性，而与转速无关。显然，转子变频调速电动机的电磁转矩是不能

随意改变的。虽然电磁转矩在调速过渡过程中是变化的，但这是由于转子变频调速电

动机的功率变化和惯性定律作用的结果，所以其转速只受控于机械轴功率舄o

这样，随着负载所需要的机械轴功率的变化。主绕组从电网吸收的有功功率也做

相应的改变，转速也相应改变，达到调速节能的目的。

以上分析虽然基于恒转矩负载，但同样适用于风机、泵类负载，只不过对与风机、

泵类由于转矩随转速的平方率变化，而转差功率与转速的三次方成比例。因此，输入

功率与电机转速不再保持严格的正比变化，但变化趋势仍然不变，即随着转速的升高

或降低，输入功率也相应增大或减少。

1.2.3转子变频调速电机效率与普通绕线式异步电机串级调速系统效率的比较

转子变频调速电机是一种高效率的机电能量转换系统，其效率比普通异步电动机要高。

这主要是转子变频调速电机的定子结构上调节绕组的存在，省去了串级调速系统中的逆变

变压器，相应地省去了逆变变压器的原边损耗和激磁损耗。下面就普通绕线式异步电动机

串级调速系统的效率和转子变频调速系统的效率作一下比较。

①普通绕线式异步电动机串级调速系统的效率

设电动机定子铜耗和铁耗为凡”1和七，则通过电磁感应输给电机转子的功率5机为：

Pem=P^-PCux-PFe

电动机轴端输出功率：

PM=(X-S)Pem

轴端输出功率扣除摩擦损耗和杂散损耗Ed后得到电动机净输出功率£

P?=PM-Pf,-Pad

转差功率为：

GPS=sPm

转差功率扣除逆变回路各部分损耗G(包括转子铜耗、整流器的总损耗、平波电抗器的损

耗以及逆变器和逆变变压器的损耗)后，经逆变变压器网侧输回给电网的功率与、为：

Pf=Ps-P.

整个系统从电网吸收的功率《为:

£=生-1

则系统的总效率为：

月P主-Pf

当然，这里效率的计算是粗略的，串级调速系统的效率除与系统参数和转速有关外，还与

负载和调速范围有关。

转子变频调速电动机的效率

假设转子变频调速电动机与普通电机相同，即输出功率也为则在相同转差率下，转子

变频调速电动机的转差功率也相同为G，这个功率扣除逆变回路各部分损耗后，不是经逆

变变压器传输回电网，而是直接反馈回转子变频调速电动机的调节绕组。因此，此时逆变

回路的损耗不存在逆变变压器损耗，即传递给调节绕组的功率Pf大于所以转子变频

调速电动机的输入功率g要小于普通绕线异步电机的输入功率尸匕。所以转子变频调速系

统的总效率为：

由上式可以看出，转子变频调速电动机调速系统的效率要比普通串级调速系统的高，这也

是串级调速系统采用转子变频调速电动机的主要因素之一，而系统效率高也是转子变频调

速电机系统优于其他串级调速系统的地方之一。

1.3转子变频的优点

（1）可以用400〜1000V低压变频器来控制6~10kV中压电动机的转速。

（2）所需逆变器的容量较小，仅为电动机功率的20*〜30%,由于转差功率回馈至电网

（或电动机），故能大大节约电能，可达30%以上。

（3）原理结构简单，使用的低压IGBT的数量远远少于10kV定子侧中压变频装置的中

压IGBT,无须配置大容量电抗器，故障率大为降低。

（4）与普通串级调速相比，功率因数较高，谐波较小。若采用IGBT逆变器，则无5、

7次谐波。

第二章转子变频调速控制系统

2.1转子变频调速控制系统结构及原理

转子变频调速控制系统结构上由内反馈交流调速装置和转子变频调速电机组成，如图

40转子变频调速装置由起动部分（频敏电阻及交流接触器）、交流部分（整流、斩波、逆

变）及电子控制三部分组成。

转子变频调速装置的主要作用，就是对调节绕组感应电动势进行频率的转换和幅值的

调节。调速电机在工作时，调节绕组经转子变频调速装置为转子提供附加电动势，只要改

变附加电动势的大小，即可平滑调节电机的转速，究其实质，就是实现转子与调节绕组之

间转差功率Ps的传输与控制。由于转差功率Ps等于绕组功率P调。所以可通过控制P调来

控制Ps,

己矢口：P调I调cos中调

式中：m「相数U『调节绕组相电压

I调-调节绕相电流cos①调=功率因数相角

在以上参数中，电机绕组一旦确实，nh与U调就无法改变。所以控制P谭只能是控制功率

因数相角中调和调节绕组相电流I调两种方法。

控制功率因素相角中词来控制P训以达到控制Ps的目的

由于cos①^=cosB

所以一般控制逆变角来控制cos中调，从而控制P调。这就是逆变器的移相功率控制。设

Q是人为的感性无功功率，依据

Q=ni|U调I附sinB

可知有功功率随cosB变化的同时，必然产生与sinB成正比的无功功率。感性无功功

率不起调速作用，只能使电动机的运行无功损耗增大，系统功率因数降低。因此，逆变器

的移相功率控制会产生人为的感性无功功率。克服移相功率控制的缺点，从公式上看只能

控制电流I调，简单的办法就是在直流回路采用斩波控制。

控制调节绕组相电流I调来控制PM似达到控制Ps的目的

具体的方法是保持功率因数相角①调为最小，使功率因数cos中调保持最高不变，然后控

制I调达到控制Ps的目的，即斩波控制。斩波控制的通过斩波器的占空比来实现的，图4

所示的为典型的斩波控制原理图。在有源逆变器两端并联一个斩波器，由斩波器来完成功

率控制

图卜2转子变频调速控制系统示意图

快速熔断

当电路工作时，逆变器的逆变角恒处于最小Bmin不变，只负责频率变换。功率的调节

则由斩波开关来完成。转子变频调速电机的转子电压经转子整流器变为直流电压，当斩波

器导通时，转子直流经斩波开关形成一个闭合回路，电流不经过逆变器，逆变器输出功率P

调=0,即不向调节绕组转换为机械功率，形成轴功率。当斩波器开路时，转子直流电流被迫

流入逆变器，由此产生的功率转换为反馈功率送入电动机的调节绕组形成转差功率。

根据前面所述电机调速的功率控制原理，电动机的转速取决于机械轴功率的大小（或

是转差功率的大小），在电流连续的条件下，斩波电流和反馈电流互补。只有改变斩波器

的占空比，就改变了这两部分电流的分配比例，即改变了反馈功率或者转差功率，从而实

现调速控制。由此可见，转子变频调速电机转速的调节可以转化为改变斩波开关电流的问

题。

2.2转子变频调速控制系统的特点

表2T转子变频调速控制系统的特点

特点具体

转子变频调速系统的控制装置承受的只是部分转子电压，远远低于电源电压，

因此电力电子元器件所承受的工作电压很低，有利于元器件的可靠运行。转子变

频调速电机是绕线式电动机，尽管结构上比鼠笼式电动机要复杂一点，它有滑环、

可靠性

碳刷，降低了电动机的可靠性，但对于风机、水泵来讲，转速均低于1500r/min,

因而碳刷使用寿命大大提高，只要控制好电动机的启动电流和转子电流的脉动分

量，可靠性仍然是很高的。

如果调速装置出现重故障，系统将频敏变阻器（或液态电阻）串入转子回路，

以实现电机从调速状态平稳进入全速运行，并确保电机在任何情况下不停，确保

电机在任何情况下不会影响风机、水泵的正常运行。同时，在故障转全速后，系

安全性统将转换开关打到检修位置，此时电机就在全速状态下运行，装置检修时也不影

响风机或水泵的运行。装置可以带电检修，等装置内器件修好后可以无扰动地进

入调速状态。另外，在电网（6kV/10kV）快切或电网跌落一定值时，调速装置能

够保持原调速状态不变，只有超出了快切时间调速装置才转入全速。

转子变频调速系统的谐波由两部分组成。第一部分是由逆变器产生的谐波。由于

逆变器采用正弦波PWM调制，输出电流近似正弦波，且容量小，它对电网影响较

小（逆变器产生一些开关频率的谐波，由于频率高，可被调节绕组的漏感滤掉）。

另一部分为转子侧二极管整流产生的谐波。二极管整流交流侧的电流波形是120°

谐波影响

宽的方波，含5、7、11、13等次谐波。由于转子漏感大、整流重叠角大，电流

小

波形变为梯形波，谐波次数不变，但幅值减小，对电机影响较小。尽管这样，这

些谐波还是通过气隙磁场反映到定子中，给定子电流带来低频谐波，调速装置在

不增加主电路设备情况下，利用有源滤波技术，让逆变器输出电流中也含有同样

的低频谐波，但方向相反，抵消转子谐拨的影响，使进线电流中仅含较少的谐波。

由于调速装置简化了结构，不需逆变变压器和其他外附电机，更不需要建配电室

调速系统或变压器室，既可降低系统成本，又减少了系统安装费用。另外，尽管内反馈电

成本低动机的价格要比鼠笼式电动机高，但转子变频调速装置系统的总体市场价格仍然

只有高压变频成套系统的40~50虬

在各种调速方法(液力耦合器、液态电阻调速、高压变频器、内反馈斩波调速)

中，内反馈斩波调速的效率是最高的。这是因为这种调速方法是在绕线式电动机

的转子回路实现的，被控制的是电动机的转差率部分，而转子变频调速电动机的

效率高

转差功率只有轴功率的25~40%左右，所以调速装置的效率高，超过0.98而对于

高压变频器，电动机的全部功率都由变频器变换，包括无功部分，所以高压变频

器的效率只有0.95。

第三章转子变频调速项目的技术可行性分析

3.1转子变频调速技术的发展过程

转子变频调速是在串级调速的基础上发展起来的。串级调速的种类很多，常用的有以下

两种方式(根据转差功率吸收利用方式)：一种是机械式反馈机组串调系统，又称克莱默

(Kramer)系统，这种方法早在20世纪50年代就获得了应用。该方式即是最原始的串级调

速方式，源于英语“Cascadecontrol”，意为“级联控制”，系指当时异步机转子与外附的

直流电动机两级联结所形成的调速，该系统由绕线式异步电动机、直流电动机及整流回路组

成。该调速装置具有恒功率调速特性，效率和功率因素高，但系统增加了一台直流电动机，

使结构变得复杂；主电机需采用双轴伸，且直流电动机有换向器及电刷，增加了维修、检修

的工作量。因此这种方法目前很少使用；另一种称为电气串级调速系统，或称为晶闸管串级

调速，又叫静止谢菲尔毕斯(Scherbias)系统，该系统一般由绕线式异步电动机、异步电机

转子一侧的整流器、电网侧的晶闸管逆变器、滤波电抗器、逆变变压器和控制回路组成。通

常，晶闸管的逆变角B的变化范围在25°〜90°之间，这就决定了串级调速的范围。这对于大

容量的异步电动机，有利于其在低速状态下节约大量的电能。

由于电动机的转子电流为非正弦波形，其高次谐波成分不产生有效功率，而且逆变器的

逆变换向也要从电网中吸取滞后的无功功率，因此，该系统的功率因素较低。同时，转子电

流的高次谐波通过定子反馈到电网，逆变器和整流器在工作中的相电流由于是间隙电流，包

含着一定分量的高次谐波，对电网产生一定程度的谐波污染。虽然加装逆变变压器可以减少

耦合到电网交流电的谐波分量，但由于逆变变压器是集中绕组，并不能很有效的抑制谐波。

晶闸管串级系统最终将转差功率以电能的形式反馈到外部电网的，并且附加电势是由系

统通过外部变压器变压后提供的，可称为外反馈技术。60年代末期，我过一些单位开始进行

晶闸管串级调速的试验，70年代后期，西安整流器厂首先推出了系列产品，以后其它厂家也

相继推出了系列产品。1984年，当时的机械工业部发布了串级调速装置的电工专业标准。1990

年国家技术监督局批准了半导体变流串级调速装置的国标（GB1266-90）,规范了这类装置的

设计、试验要求。国内最先是由屈维谦提出内反馈串级调速方案的，时间是在80年代后期。

但内反馈串级调速系统真正推向市场则是北京长城机电（集团）公司组织杀害电机厂等单位

的专家通过论证实验才得以实现的。不久哈尔滨九州公司、河北保定公司紧随其后。这时采

用的是一种新的串级调速设备一一内反馈电机+晶闸管（或可控硅）斩波串级调速问世，许多

传统串调的缺点被克服，使该设备得到广泛应用。该系统的优点是无论转速高低，逆变器都

工作在逆变角为30°,维持最大逆变电压不变，逆变器的容量和电机调节绕组容量都按转子

最大输出功率计算，大大小于传统串级调速，但功率因素偏低，在定子电流中存在较多的逆

变器产生的5、7次谐波及整流产生的低频谐波。

90年代中期以后，随着电力电子技术和控制策略的发展，新的拓扑结构和控制策略被不

断提出，用IGBT构成PWM整流器代替原有的晶闸管（或可控硅）逆变器，它结合PWM整流

技术和串级调速技术，在保留串级调速优点的同时，又利用了PWM整流器的优点，不仅可以

使逆变器侧电流近似正弦，减小谐波，提高功率因素，甚至还可以向电网提供容性无功，用

于补偿串级调速系统产生的无功，从而提高整个系统的功率因数，也克服了原有系统存在逆

变颠覆的缺点。到目前为止有上海南征、上海科祺、保定北方、西部调速、河北泰达、北京

内达等七、八家公司生产高压大功率内反馈串级调速系统。

3.2技术创新性

内反馈串级调速电动机是在国家标准系列（次系列和JR系列）绕线式转子电机的设计基

础上，在定子侧的原定子绕组嵌放另一套绕组，调节绕组嵌放在定子上，与定子绕组同槽，

但在电气上是互相绝缘的。调节绕组在旋转磁场的作用下，产生感应电势，用来接受从转子

益处的电转差功率，调节绕组本身工作在发电状态，把这部分功率通过电磁感应传输给定子,

传输方向恰好与电动状态相反，因此抵消了定子的部分有功功率，使电机自电网的输入功率

得以改变，从而改变转子的机械输出功率。

转子变频调速电机与普通绕线式电机的最大区别在于：调速电机在定子侧具有两套绕组,

一套是主绕组，与电网相联结，从电网吸收能量；另一套绕组称之为调节绕组，为转子提供

附加电势源，同时回馈转子的转差功率，因此内反馈电机的调速属于附加电势的串级调速范

畴。内反馈电机在定子绕组中增加了一套调节绕组，取消了向电网输送能量的逆变变压器，

从物理结构上，可以理解为将外接变压器绕组转移到电动机定子侧。转子变频调速电动机是

通过改变电机的轴功率（即机械功率）来实现的，当电动机轴功率增大时，转速升高，反之

转速下降。转子变频调速是将转子的部分功率（即电转差功率）反馈给电动机定子调节绕组,

转子反馈给调节绕组的功率越多，电动机的机械输出功率越少，转速就越低。调节绕组因电

磁感应而产生电动势，用以接受转子中反馈的转差功率，调节绕组处于发电状态，抵消了定

子绕组的部分有功功率，从而达到调速、节能的目的。

内反馈电机调速方案在技术上还是属于附加电势的串级调速范畴，但是由于取消了普通

串级调速中的逆变变压器，不仅减少了调速装置的占地面积，调速系统更紧凑简单，同时也

带来了其他方面的好处。众所周知，电力电子装置会产生大量的谐波污染，如何以为经济的

手段来抑制谐波造成的危害，是电力电子装置的设计者必须考虑的事情。与串级调速，内反

馈电机调速制谐波污染方面具有独特的优势。由于调节绕组在电机定子糟中是分布嵌线的，

绕组短距和分布的结果会大大减少谐波电流对定子电流的影响。因此虽然转子和调节绕组中

存在谐波电流，但谐波磁势却很小。而普通串级调速中的变压器绕组是集中绕组，其绕组系

数为1,起不到抑制谐波的作用。

电动机调速装置从电动机转子引出的转子电动势，经整流输出，通过斩波器进行脉宽调

制升压，然后通过逆变装置，将电动机转差功率反馈到电动机的调节绕组。其中关键技术就

是斩波电流控制，传统的变流控制采用移相控制方法，致使产生大量的感性无功功率和次谐

波电流。斩波控制从根本上解决了移相控制的缺点，逆变器的相角恒定，通过电力电子斩波

开关的通断，控制反馈功率的大小。另外斩波控制可使电机的调节绕组容量仅为电机额定容

量的15%左右。斩波控制更为可贵的是使控制可靠性大为改善，诸如瞬时停电、过压保护等

难以解决的问题都可以通过斩波开关顺利得以解决。

3.3各种常用方式的比较

表3T各种常用方式的比较

常用方式特点分析

变极调速是通过改变定子绕组的极对数来改变旋转磁场同步转速进行调速

的，是无附加转差损耗的高效调速方式。由于极对数P是整数，他不能实现平滑

调速，只能有级调速。在供电频率f=50HZ的电网，P=l、2、3、4时，相应的同

步转速n0=3000\1500\750r/mino改变极对数是用改变定子绕组的接线方式完成

变极调速的。双速电动机的定子是单绕组，三速和四速电动机的定子是双绕组。这种改变

极对数来调速的笼型电动机，提出称为多速感应电动机或变极感应电动机。

多速电动机的优点是运行可靠，运行效率高，控制线路简单，容易维护，对

电网无干扰，初始投资低。缺点是有级调速，而且调速级差大，从而限制了它的

使用范围。适合于按2〜3档固定调速变化的场合，为了弥补有级调速的缺陷，

有时与定子调压调速或电磁离合器调速配合使用。

电磁转差离合器由主动部分电枢和从动部分感应子组成，其调速功能是通过

调节感应子励磁电流的大小，改变气隙磁感应强度，从而改变感应子从动轴的电

电磁离合磁转矩来实现调速。

器调速因此，在某一恒定转矩下，励磁电流发生变化时，转速发生变化，调速范围

很小，切非线性严重，励磁电流损失都转化为热耗，属于低效调速方式，一般用

于低压电机、功率不大的场合。

高压电机领域中传统的调速方式是采用液力耦合器，但这种调速方式能耗

大、效率低。其原因是存在严重的耦合损失和转差损失。耦合损失是由于液压油

内摩擦造成的；转差损失是由于调速时输出轴和输入轴存在转差造成的，这种损

失随转差的增加而上升，即效率n=i-s,其中s为转差率。这两部分损失最终都

变成热损失，此外，这种调速方式还有如下缺点：

液力耦合

①受执行机构和液压机构限制，调速精度差，同时还存在严重非线性，只

器调速

有在15%〜85%间是调节线性区，即使在这区间，仍存在增速与减速逆差间隙，造

成自动系统很难投入运行；

②运行不可靠，国内已有多起由于液力耦合器叶片破损造成事故的先例，

其主要原因是液力耦合器制造精度难以提高；

③采用调速方式需要一整套油系统，维护工作量大。

变频调速是通过改变电动机定子供电频率来改变旋转磁场同步转速进行调

速的，是无附加转差损耗的高效调速方式。变频调速系统的关键装置是频率变换

器，即变频器，由它来提供变频电源。变频器可分为交一直一交（交流一直流一

交流）变频器和交一交（交流一交流）变频器两大类。

变频调速的优点是调速效率高，启动能耗低，调速范围宽，可实现无级调速，

动态响应速度快，调速精度很高，操作简便，且易于实现生产工艺控制自动化。

变频调速转子变频调速与变频调速相比具有以下优势：

①转子变频调速的控制在转子侧，转子电压较低，因此，不受三相电源电

压的限制，易于控制实现高压电机的调速。而变频调速，则需直接承受电源电压，

变频调速装置用于高压电动机时，就需要增加变压器，不但费用增大，效率也降

低。

②转子变频调速的控制装置容量，可以按需要的调速比，在小于电动机额

定容量的范围内选择，而变频调速的控制装置是与电机串联的，必须等于或大于

电动机的额定容量，因而前者更经济。

③由于定转子的隔离作用，转子变频调速对电网的谐波影响，远远小于变

频调速对电网的谐波影响。

④转子变频调速装置价格低廉，只有高压变频调速装置的三分之一左右，

对于风机和水泵这类调速范围不是很宽的机械类设备，转子变频调速装置优势尤

为明显。

3.4市场风险的主要因素及防范的主要措施

①转子变频调速产品技术性因素多，宣传也不是很广泛，用户对该产品了解得不多，

尚需技术工程师上门多多宣讲。

②转子变频调速产品尚未形成大批量生产，现阶段所面临的主要问题是国产元器件质

量不稳定，给产品用户造成了一定的负面影响。针对这一问题，应强化元器件的筛选，购

置先进的检测设备，采用各种措施提高采购人员的业务水平，坚持定点采购，严把器件质

量关。

第四章市场调查分析

4.1机械成熟性和项目产品可靠性

转子变频调速迄今已有十几年应用的历史，起初对内反馈的怀疑现已为实践反复证明几

乎完全被打消。目前斩波式内反馈产品分别包容从220~2500kW,电压等级3~10kV的电机调

速，同时形成了原理、设计、结构、工艺、生产流程、检验、测试等较为完整的技术体系。

4.2市场调查及前景预测

(-)“十一五”节能规划政策回顾

>“十一五”期间，电机节能系统工程被列入国家十大节能重点工程之列。在国家政

策的有力推动下，电机系统在节能产品推广、节能技术研发、节能技改项目的实施

等方面取得了长远发展，电机产业在产业规模、产品结构、技术水平和市场化程度

等方面均得到了大幅度提升。

>据“十二五”节能减排综合性工作方案指出，未来五年，要实现全国万元国内生产

总值能耗下降16%,节约6.7亿吨标准煤目标。而作为节能减排重点工程，电机系

统运行效率要提高2-3个百分点。

>2016年9月，国家开始实施2012版下的能效二级标准，开始了新一轮的提标进

程。

图4-1电机节能服务下盈利性提升情况估算

行业水泥钢铁电解铝

电力成本占总成本的比重估算27%10%40%

电机耗电占企业用电比例30%60%-70%1.16%

节电效率25%

■利性提升2.03%1.63%0.12%

图4-2国家有关电机节能的主要政策情况

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2011年全国鼻放电机推广工作会议

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（GB18163-2012）＞

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资料来源：公开资料整理

（二）产业现状

目前我国电机装机总容量已达4亿多kW,年耗电量达12000亿kWh,占全国总用电量

的60%,占工业用电量的80%,其中风机、水泵、压缩机的装机总容量已超过2亿kW,年耗

电量达8000亿kWh,占全国总用电量的40%左右，因此电机上的节能要求极大，也是节能

效果最能体现的地方。采用新型电机设计、新工艺及新材料，通过降低电磁能、热能、机

械能的损耗来提高输出效率，高效节能电机比传统电机效率大约高3%-5队目前达到2级能

效指标电机的占比不足10%，因此其发展空间广阔。随着电力电子技术、计算机技术、微电

子技术及控制理论的发展和应用，中小型电机应用领域日益广泛。

（三）市场容量

作为世界第一汽车制造和消费大国，我国汽车业在未来5-10年将保持10^15%的复合增

长率，而随着汽车电子化程度进一步加大，汽车微电机市场容量增速可长期维持在15%以上。

除了汽车行业以外，在家用电器、日用化妆品、航天、工业机械、磁性材料等众多相关行

业，以及手机、物联网、云计算等新兴领域，对微特电机的需求更是与日俱增，我国微特

电机市场的发展前景广阔。根据《节能与新能源汽车产业发展规划》，到2015年，纯电机

作为机械装备上不可或缺的组件之一，电动汽车和插电式混合动力汽车累计产销量力达到

50万辆；到2020年，累计产销量超过500万辆。我国新能源汽车产业在未来数年将迎来快

速增长阶段，而这将带动驱动电机市场规模迅速增长。随着国家节能减排的积极推行及高

效节能电机补贴政策的逐步落实，高效节能电机业将迎来爆发式的增长。未来几年，节能

电机设备占国内新增中小型机电设备的比例将达到60%以上，节能机电设备市场规模将达到

500亿元左右。

（四）前景预测

＞我国电机总量逐年提高

据产业信息网数据统计，我国交流电动机产量从2000年开始呈现放量攀升趋势，截止

2014年达到30134万千瓦，2015年有所回调主要受到经济增速放缓的影响。

图4-3我国交流电动机产量逐渐提升

资料来源：公开资料整理

＞电机系统效率偏低，除了电机本身，配套增效系统不容忽视。

电机系统，除了电机，还有变频调速系统、被拖动装置、传动系统等构成，任何

一个环节的不匹配都将导致整体效率的偏低。从实际情况来看，我国电机效率本身

大约比发达国家低2%-5%；被拖动装置效率比发达国家低2%-4%;变频调速技术比

发达国家差5年以上。然而，从电机系统节能效率提升的幅度来看，正确选型、负

载匹配，调速驱动等方式的节能效率要明显高于高效电机，因此，电机系统效率的

提升的，配套装置的作用非同小可

图4-6我国电机系统问题

电机系统问题状况（比国外低）原因

电机系统运行效率10%-20%装配向胸，调节方式落后

被拖动笠置效率低2%-4%制造技术较差

电机效率低2V5%高效电机价格昂贵.普通电机占比高

技术问题.目前国内主要是国外产品，价格较高，

变频调速技术落后差5年以上企业投入观念等朦因.导致国内调叛调速电机系

统占比偏低

资料来源：公开资料整理

图4-7不同节能措施的节能计量

电机系统节能措施典型节能・

系统安装或更新

高效电机2%-8%

正确造型、负载匹配节能・较大

调速驱动10%-50%

高效机械转动/充速器2%-10%

电能质・控制0.5%.3%

高效终端设备（比如泵、风机、压墙机）节能・较大

高效管网节能・较大

系统操作和缰护

刘清、校正、调整1%-5%

资料来源：公开资料整理

＞高压变频渗透率不高，未来发展空间大。

高压变频技术经过20年的发展，目前已成为高压电机调速驱动领域的重要技术手段

之一，虽然行业发展已经进入成熟收获期，但我国大功率电机领域普及率仍然不高，预计

目前在20%左右，未来的发展空间巨大，预计未来的增长动力将主要来自我国传统行业去

产能、企业节能减排等压力。

国家鼓励+供给侧改革驱动，工业企业提升电机系统效率意愿强烈。我国电机能效标

准的制定要追溯到2002年，后相继发布GB18163-2006和GB18163-2012新标准，推动

我国电机能效的升级改造；其中，每次提标带来电机效率提升2%-3%,对应的节电市场规

模在百亿以上。但从总体情况来看，我国电机系统效率仍然比发达国家低10-20pct,国家

也在加快提标的进度，2016年9月，国家开始实施2012版下的能效二级标准，开始了

新一轮的提标进程。

图4-8电机节能服务下盈利性提升情况估算

行业水泥钢铁电解铝

电力成本占总成本的比霍估算27%10%40%

电机耗电占企业用电比例30%60%-70%1.16%

节电效率25%

■利性提升2.03%1.63%0.12%

图4-9国家有关电机节能的主要政策情况

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20119全国鼻效电机推广工作会设

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资料来源：公开资料整理

“十三五”期间，电机系统节能市场360亿。针对我国电机系统运营效率偏低的现

状，国家已经提出发展规划，到2020年，我国电机和内燃机系统平均运行效率提高5个

百分点，对应的年节电量能达到600亿kWh以上，按照全国平均工业电价0.6元/kWh计

算，每年产生的节电效益能达到360亿元以上，按照节能收益的分成比例，节能企业大约

能获得250亿。

（五）具有代表性的行业及采用调速节电的需求

①市改供水行业。以给水泵调速经济运行最为突出。目前我国600余个各级城市中，

各自来水公司的产量是以电能消耗为代价来换取的。自来水行业的节电改造总量不少于30

万kW,价值约为2亿元。

②电力及石油行业。电厂耗电一半占发电总量的8k12%,国内电厂中20万、30万机

组的近百家，每套机组至少配套送引风机4台，而水泵多为1250kW的循环水泵，单机容量

1250~2250k肌总需求约为50万kW。我国的风机、水泵调速需求量为600万kW,仅在电力

行业，就需投资1.4亿元，其中尚不包括旧设备改造。

随着电厂和各行业节能改造的进行，利用电机调速节能已成为辅机节能改造的重点。

斩波转子变频调速是我国首创具有国