菱龙博客

随着国内制造业整体水平的升级，成本意识逐渐成为各行业关注的共识，因为这直接关系到企业的生存与发展。由于电气传动是制造业主要的耗能器件，在控制柜内占据空间也较大，所以企业对于传动技术的选择也决定了生产成本的高低，加之“节能风”在全球盛行，变频器就是在这样的需求下逐渐发展起来。

纺织、电梯等行业是变频器应用的传统行业，随着这些传统行业发展方向的引导，变频器的应用也出现了很多新的特点。在这些领域，国内外的变频器产品可谓“百家争鸣”，竞争也十分激烈，如何在“红海市场”脱颖而出，变频器厂商无不在新技术、新理念上煞费苦心。本期“专题”栏目，我们邀请到了来自上海三菱电梯有限公司产品开发二部电气科长朱武标与上海二纺机股份有限公司主任工程师陆贺卿，请他们介绍一下在电梯与纺织行业，变频器如何进行“蓝海创新”。

变频器要通用还是要专用？

据了解，在国内外的电梯行业中，杂梯、自动扶梯、自动人行道还大量采用非变频技术，其他电梯产品几乎都采用了VVVF变频技术。朱武标介绍，在业内一般讨论的电梯“变频系统”有两大派系：其中大型企业基本采用分立元器件组装的电梯专用变频系统，即：在控制柜的一定空间内相对分立地安装功率模块、大电容、驱动用控制印板，使其与整个控制系统融为一体；另外一个派系是，个别大型企业和绝大多数的中小企业，采用通用的变频器。这种变频器是一个完全独立的装置，可以向专门的变频器厂家独立采购。

谈到专用变频器与通用变频器孰优孰劣，朱武标认为这个问题很难有确切的答案。他介绍说：“在国内，三菱电梯、通力电梯、东芝电梯、奥的斯电梯、日立电梯等公司均采用的是分立式的电梯专用变频系统。而XIZI-OTIS与一些中小型电梯整机企业，大多采用通用变频器。”

同时，对于两者的应用前景，朱武标也给出了他的判断：“专用变频器由于大多是由电梯厂家自行开发的，所以很容易与其控制系统（电梯的控制系统）进行信息交流，可以做到电梯控制系统与驱动系统的无缝接合，这对于电梯的安全性、可靠性有重要意义。另外，由于专用变频装置是分立组装的，所以，若损坏了某一变频器件，只要更换该元器件即可，维修成本相对较小；而对于通用变频器来说，由于其输入、输出等接口资源有限，所以与电梯控制系统的信息交流受限。另外，若通用变频器某一元件损坏，则基本上要去更换整个变频器，其维修成本较高。”但他同时强调，由于专用变频器的分立性，其电磁兼容性能可能比较差，而通用变频器由于采用整体化设计，可以做到较好的电磁兼容性；另外，由于通用变频器的通用性，其生产成本可能较低，并且对于中小企业来说，有较大的采购选择余地和货比三家的机会。

变频器产品性能提升应注重细节

变频器技术的日新月异与行业需求的关系越来越紧密，有专家分析：新一代的变频器首先要实现全数字化，特别是分布式的具有通信、联网功能并具有可编程功能；行业专用的变频器要实现体积的小型化；网络化与系统化会减少生产成本，这一趋势也十分明显。但是在行业内，这些需求是不是用户最需要的呢？

陆贺卿介绍，在他所在的上海二纺机，变频器已广泛应用于各道纺纱工序中，光从棉纺行业来说，包括从梳棉机、精梳机、并条机、粗纱机、细纱机、自动络筒机等，都已用到了变频器。目前在上海二纺机的纺织机型中，变频器的应用范围基本上已达到80％以上。由于采用变频器控制主电机可最大潜力挖掘电机的无功功率，充分利用和提高功率因素，从而达到节电节能。同时变频调速对加强纺织厂机电一体化，实现在线检测、显示和控制，提高对工艺过程的控制精度，保证产品质量有很好的效果。所以目前除了少部分老式的机型外，上海二纺机所有的常规机型和新机型都广泛使用了变频器。

他强调，从用户的角度讲，变频器的散热性能是比较突出的问题。由于纺织厂环境温度高，不同品种的纺纱工艺湿度变化大。纺低支数纱时，纱棉飞絮现象十分严重。这就要求纺织设备在环境温度达到40℃，电气柜内温度达到60℃以上时，能稳定工作，并且不报警。目前，一般的中小型纺织厂环境卫生也不理想，工程师打开电气柜时，变频器常常是被大量的棉絮层所覆盖，这更要求变频器要有较低的发热量和较好的散热能力。

在电梯方面，安全性能始终是第一要素。朱武标认为，变频器产品在电磁兼容性方面将更加合理，使其对于外界的干扰越来越小。同时，对于更加节能的矩阵变频，将由于其可靠性的提高而逐渐应用到包括电梯的各个工业电机控制领域。

变频器“蓝海创新”需考虑行业需求

变频器应用领域不仅仅是电梯、纺织行业，但其发展代表的是整个驱动控制领域的技术进步。

朱武标介绍，在电梯行业，变频器将向大容量领域发展，小功率的应用也将更加普遍；功率器件及变频器整体的功率损耗将越来越小，变频器的能效越来越高；带有能量回馈功能的变频器将逐渐在电梯领域普及，应用超级电容等大型蓄能器件的变频器也将会在电梯的变频驱动领域中出现。陆贺卿则认为，在纺织行业，变频与传动技术目前正朝着多轴同步传动驱动、现场总线网络化控制等新技术的方向发展。一个变频器已能够同时控制多个轴，进行精确同步运转。但不可忽略的是，在长期运转时，尚有一定的故障率，其稳定性和可靠性还有待改善。

另外，朱武标还提到了变频技术与控制技术的结合——一体化控制器。这种产品的出现使得电梯控制系统（包括电梯驱动、控制管理系统）实现高度集成化，这有利于电梯控制系统的小型化，节省占用空间，也有利于生产电梯控制系统的非电梯整机厂的技术进步。但朱武标强调，这种“一体化控制”的思想应该是相对较小规格电梯的一种趋势。对于中高速电梯等较大规格电梯，由于系统容量较大，这并不一定可行。同时，在性能方面，朱武标认为，要注重集成后的控制系统的高可靠性和今后维保的便捷性与低成本。

变频器的进化图谱

乔灿

变频器产品是一类广泛应用在各个行业的自动化设备，自从在中国打开应用市场之后，经历了快速发展。在一段时期内，无论是在市场容量上，还是在产品技术的发展、新品种类的拓展上，速度都非常快。与此同时，其市场竞争也一直十分激烈，无论是国际品牌，还是国内品牌，投身变频器市场的力度也都很大，可谓是国内外品牌对抗程度最激烈的一类产品。

在这样的一种市场环境里，变频器产品对应用行业需求的反应十分敏感。随着各行业产业升级的步伐加快，很多行业对变频器产品的要求也在逐步升高，而厂商也往往会适时推出升级产品满足这种需求的增长。

而由于涉及的行业面非常广，所以变频器根据行业横向拓展机型的现象也相对常见。当一些特定行业的变频器需求量比较大的时候，厂商往往会根据这类行业的一些特定要求和特点，开发出针对这些行业的专用机型。对于变频器产品来说，这种纵向升级换代与横向拓展相交织的产品发展模式，犹如一幅进化的图谱。

满足多行业需求  厂商思路各异

对此，丹佛斯电力电子部门市场部经理康永强认为，由于行业的差异性很大，很难开发一款能满足全行业需求且同时又有价格竞争力的变频器产品，因此有很多企业会针对各行业特点推出专用机型，尤其是很多国产品牌。他认为在很多情况下，采用这种方式有利于企业短期内迅速占领市场和增大市场份额。

康永强介绍，丹佛斯针对不同行业推出的变频器，会考虑到一些适应行业需求的设计。他举例说，在暖通空调和水处理行业，以风机、水泵等变转矩负载应用为主，这些应用除了节能的需求外，还需要通过内置的PID控制器调节压力、温度等过程量。而丹佛斯推出的暖通空调专用型FC100系列和水处理专用型FC200系列变频器，不仅具有这些基本功能，更增加了很多专用功能，比如多泵运行、消防模式、流量补偿、能量监测以及实时时钟等。

他特别提到，虽然OEM行业整体上有时被看作一个大行业，由于下面的各分行业差异较大，对变频器的功能要求也不尽相同。对于这一行业，丹佛斯配备有相对高端的工业型FC300变频器，这一系列的产品能够提供灵活的编程方式、齐全的现场总线以及完善的电压和功率范围，以此满足工业应用的现场要求；同时，丹佛斯在这一领域也配备了FC51和VLT2800等高性价比的系列变频器，用来满足一些OEM客户在控制成本方面的需求。在纺织行业和食品饮料行业，这两款变频器在性能、可靠性和价格方面都受到了认可。

而从另一个角度，康永强也指出，专用机型的开发也需要谨慎，大量重复、相似的产品存在既浪费了企业的资源和精力，又混淆了主导产品的培育。尤其是对于一些规模快速扩张的公司，或者进入到全球化销售阶段的公司，铺排过多的机型可能会造成工厂的生产管理成本上升，风险也会随之增大。

而对于一些厂商推出的高端变频器而言，也可以通过整合多种控制方式来覆盖尽可能多的应用。如台达近期推出的C2000变频器就采用了这种思路。C2000变频器以FOC技术为核心，根据不同的控制理论及实际需求，开发出了V/F控制、SVC控制、FOCPG控制和TQCPG控制等四种控制模式。这样无论是简单的输送设备、风机水泵控制，还是较为复杂的自动仓储、机床产业主轴定位、吊车的起重控制、各类的张力收放卷控制、恒压恒温的PID调节，C2000系列都可以完全支持。

模块化设计优势突出

目前，随着变频器的发展以及技术的成熟，原来一些具有前瞻性的技术，如今也成为了变频器的主流配置，例如模块化的产品设计。

康永强认为，采用模块化的产品设计有两方面好处，对变频器厂家来说，由于各研发团队间采用统一的信息接口，不同的模块化系统可以并行开发，因此，它对于加快研发、提高生产效率，降低成本，改进企业管理都具有相当重要的作用；而对于变频器用户来说，模块化设计可实现灵活扩展，用户可以在同一变频器系统中实现不断的创新，适应于各种应用要求，同时降低维修成本。他谈到，丹佛斯的FC100，FC200和FC300系列变频器就是采用模块化理念设计的变频器。

而对于罗克韦尔自动化的PowerFlex系列变频器而言，其最新的PowerFlex750系列变频器则也采用了这种模块化设计，并以此来满足客户的多种需求。据罗克韦尔自动化中国区标准变频器产品经理张轶鸿介绍，PowerFlex750系列变频器采用了一块主板，上面备有插槽，可以根据用户的具体要求插接不同的可选件，如I/O接口板、总线接口板、编码器反馈板等。

这种设计思路，使得PowerFlex750在一个公用的平台上，通过灵活配置多种可选件，就能够提供多种参数和功能的组合，解决了不同需求之间的差异化问题。张轶鸿表示，这种可定制化的变频器产品，使得客户在同一产品平台上增加了配置的自由度，同时也可以从整体上降低成本。

永磁电机控制与集成型产品成为趋势

谈到今后变频器的发展趋势。张轶鸿认为，变频器控制永磁电机运行将成为一个应用方面的趋势。他谈到，相对交流异步电机，永磁电机在能耗和效率上有比较大的优势，可节约20%至30%的能耗，这在当前节能降耗的背景下很受关注。据介绍，PowerFlex750系列变频器就可以实现永磁电机的控制。

而丹佛斯公司的康永强则谈到，除了永磁同步电机的控制外，集成型产品的开发也逐渐成为一种潮流，比如集成PLC功能的变频器、集成谐波滤波器的变频器、集成控制器的伺服电机等。张轶鸿也谈到，尽管目前变频器本身的主流技术都已比较成熟，但在变频器内集成一些其他功能，以满足一些特定的需求，这也是越来越多变频器产品的方向，如一些变频器内会集成一些小的处理器，实现一些简单的逻辑功能，像PowerFlex750系列变频器还可以实现单轴伺服的功能，这些变化，都增强了变频器产品的适用性。