企业竞争图谱：2024年变频器 头豹词条报告系列

许哲玮·头豹分析师 版权有问题？点此投诉 2024-09-26未经平台授权，禁止转载 工业制品/工业制造 制造业/电气机械和器材制造业 摘要变频器是指应用变频技术与微电子技术，把电压与频率固定不变的交流电整流逆变为电压和频率可变的交流电，用于控制交流电机的转速、转矩的电力控制设备。变频器行业产业链上游为原材料供应环节，主要原材料包括半导体元器件、电子元器件、结构件及其他配件；产业链中游为变频器的生产和制造环节，主要由众多变频器制造厂商构成；产业链下游为变频器的各种应用领域，包括起重机械、电梯、纺织印染、冶金、石油石化等应用场景。预计未来在新一轮科技产业革命以及智能制造的驱动下，国产变频器技术将持续迭代提升，推动行业规模持续扩大并驱动行业市场份额向头部制造商集中。 行业定义[1] 变频器是指应用变频技术与微电子技术，把电压与频率固定不变的交流电整流逆变为电压和频率可变的交流电，用于控制交流电机的转速、转矩的电力控制设备。变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成，依靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，并根据不同电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，以实现工业自动化控制系统的工艺调速和节能运行，提高生产效率和产品质量，降低生产能耗。变频器的应用领域广泛，可应用于风电、轨道交通、起重机械、纺织化纤、油气钻采、冶金、石油石化、电力等多个行业。 行业分类[2] 按照电压等级、频率变换方式、主回路直流环节储能方式、输出电压调制方式、控制方式、用途的分类方法，变频器行业可以分为如下类别： 变频器行业基于主回路直流环节储能方式的分类 行业特征[3] 变频器行业的特征包括：1.具备技术和客户壁垒；2.产品应用范围广泛；3.工业节能减排趋势助推变频器行业发展。 1具备技术和客户壁垒 变频器属于高新技术产品，涉及电力电子、计算机、自动控制、运动控制、电机、传感器等多项学科领域，核心技术的研发要求企业在软件、硬件、结构、电磁兼容、安规设计等方面具备丰富的经验积累和持续大量的资金投入；同时，下游制造企业对工业自动化控制系统中的各类设备选型具有较高要求，除考虑产品的控制和节能效果外，其性能稳定性和安全性也是重要的考量因素，国内外知名变频器品牌厂商往往凭借技术先进性和产品性能可靠性而具备较强的客户粘性。因此，对于新进入者而言，变频器行业的技术壁垒和客户壁垒均较高。 2产品应用范围广泛 全球电机系统电力消耗约占全球电力消耗的43%-46%，是电力消费的最大来源，而变频器作为电机调速节能的关键设备，在纺织机械、食品机械、医疗设备、印刷机械、起重机械、数控机床、石油化工等多个常规行业和城市轨道交通、电气化列车、新能源汽车、人工智能等多个新兴产业中都有广泛应用。 3工业节能减排趋势助推变频器行业发展 目前，中国已成为全球最大的能源生产国和消费国，伴随中国能源进入高质量发展新阶段，实施分领域分行业节能降碳专项行动，加快钢铁、有色金属、石油化工、建材等重点行业节能降碳改造及变频器等配套用能设备更新，是转变对能源资源路径依赖、推动经济社会发展全面绿色转型的重要举措。由于变频电机在变频调速控制方面较普通电机更具备优越性，如在轻负载变频调速情况下系统整体节电率范围可达30%-60%，预计在工业节能减排的绿色化发展趋势带动下变频器市场需求将有望持续提升。 发展历程[4] 中国变频器行业起步于20世纪80年代，主要经历了早期探索、国产化起步、国产化高速发展三个阶段。基于对国外先进变频技术的学习和研究，国内变频器厂商自主研发进展显著，国内竞争格局逐步从国外品牌垄断向国产品牌领先转变。但在高端变频技术应用方面，国产变频器仍与国外先进技术存在差距。预计未来在新一轮科技产业革命以及智能制造的驱动下，国产变频器技术将持续迭代提升，并朝着“数字化、智能化、专用化、集成化”的方向持续发展。 早期探索阶段1980~1999 20世纪80年代，中国国内部分研究所和电气制造企业如天津电气传动设计研究所、西安电力电子技术研究所、成都佳灵等开始关注变频器领域并尝试研制和生产变频器产品。1984年，大连电机厂引进日本东芝VT130G1系列变频调速装置整条生产线和技术组装，开始生产交流变频器；1985年，成都佳灵研制出首台国产变频器，随后于1985-1998年又相继推出GTR中频变频器、IGBT集成化系列通用变频器、单片机控制全数字式变频器、智能变频器和油田潜油电泵专用变频器。同时，20世纪80年代中到90年代末大量国外品牌进入中国市场，如富士、三菱、安川、东芝、松下等日系品牌，丹佛斯、ABB、西门子、伦茨、罗克韦尔等欧美系品牌生产的通用变频器产品在纺织、供水、冶金、油气等行业得到广泛应用。由于国外品牌的变频器产品技术性能更优，国内变频器市场主要被国外品牌所垄断。 该阶段属于变频器行业的早期探索阶段。相比于国外品牌20世纪60年代就开始研制和应用变频器产品，中国变频器行业起步较晚，叠加在技术落后、资金短缺、关键元器件供应不足等因素制约下，国产品牌变频器产品性能和可靠性远不及国外品牌，国内变频器行业的进口依赖程度较高。 国产化起步阶段2000~2010 进入21世纪，外资品牌纷纷在中国投资建厂，如2001年美国艾默生收购华为旗下公司安圣电气，2003年日本东芝和三菱成立合资公司，2004年日本日立集团与中国东方电气集团成立合资公司，2007年惠丰与美资合作伙伴合资成立欧瑞传动等；同时，国产品牌也开始以裂变的形式派生出多家变频器制造企业，如普传系派生出阿尔法、依托、韦尔、威科达、英威腾等企业，华为系派生出金田、汇川、麦格米特、三晶、蓝海华腾等企业，这些企业主要集中在广东、浙江等东南沿海地区，变频器开始逐步进入国产化替代阶段。 该阶段属于变频器行业的国产化起步阶段。在外资品牌市场扩张速度加快和国产变频器制造企业频繁诞生的共同影响下，市场参与者迅速增加，导致行业竞争格局趋于复杂化，一定程度上带动国产变频器快速发展。在吸收国外变频技术的基础上，众多国内变频器厂商开始尝试自主研发生产，欧美及日本等海外变频器产品在中国大陆市场的垄断局面被打破。 国产化高速发展阶段2011~至今 2011年，“十二五”规划出台并明确指出变频器在节能减排中的重要作用，提出低压变频器要以自动化改造和进口替代为主线，国内企业重点发展控制和驱动技术，高压变频器下游则以电力、冶金、水泥等大型工业设备改造为主。在国家政策的指引下，国内变频器企业迅速成长，国产变频器产品质量和性能持续提高，以汇川技术为代表的头部企业品牌竞争力和市场份额也呈逐年提升趋势。2023年汇川技术、英威腾、合康新能等头部企业生产的低压变频器和中高压变频器产品在国内占据主要市场份额，而ABB、西门子、施耐德等海外品牌市场空间不断被压缩。 该阶段属于变频器行业的国产化高速发展阶段。在该阶段，以汇川技术、英威腾、合康新能为代表的国产品牌市占率持续提升，目前国产变频器在风机和水泵等特定领域性能与进口产品相当，但在新能源汽车、数控机床、起重机等高端应用中，国内变频驱动方案与外资龙头企业仍存在差距。预计未来在新一轮科技产业革命以及智能制造的驱动下，国产变频器技术将持续迭代提升，并朝着“数字化、智能化、专用化、集成化”的方向持续发展。 产业链分析 变频器行业产业链上游为原材料供应环节，主要原材料包括半导体元器件、电子元器件、结构件及其他配件；产业链中游为变频器的生产和制造环节，主要由众多变频器制造厂商构成；产业链下游为变频器的各种应用领域，包括起重机械、电梯、纺织印染、冶金、石油石化等应用场景。[7] 变频器行业产业链主要有以下核心研究观点：[7] 上游：变频器核心原材料对外依赖程度较高。 变频器产品的原材料主要包括IGBT和DSP芯片等半导体元器件、电阻、电容和PCB等电子元器件以及永磁材料、硅钢片、压铸结构件、塑胶件、散热器等结构件和其他配件，原材料在变频器产品成本中占比超80%，其中IGBT在原材料成本中占比近20%，是影响变频器产品成本的核心原材料。受国内电子元器件研发与制造技术水平制约，变频器产品的核心原材料IGBT功率模块、IC芯片等高端电子元器件仍部分依赖进口，国产自给率不足50%，对外依赖程度较高。预计伴随国内厂商新产能和技术持续释放和升级，IGBT等变频器产品核心原材料的国产自给率将趋于提高，有助于变频器制造商规避因国际贸易环境改变而给原材料进口采购造成的不确定性影响。 中游：变频器国产化替代进程加快。 由于中国变频器行业起步较晚且缺乏核心技术积累，在较长一段时间内以ABB、艾默生、罗克韦尔、西门子、安川、三菱为代表的欧美和日系品牌在国内市场占据主导地位。近年来，随着汇川技术、英威腾、伟创电气等本土品牌不断深耕细分行业，国产变频器产品技术和性能逐步提升，相应地带动国产品牌市场份额同步提高，行业国产化替代进程加快。 下游：绿色智能制造转型带动变频器技术升级迭代。 变频器下游应用场景丰富，在医药、纺织、机械、电力、轻工、建材等行业都有广泛应用。随着中国制造业向以数字化、智能化、绿色化为特征的绿色智能制造转型，作为工业制造设备的重要执行单元，变频器的功能也逐步从节能调速、转矩控制、位置控制等电机驱动功能向能够对驱动设备实施振动、电流、速度、温度等多维度在线监测，实现故障诊断、故障预警以及预测性维护等智能化功能升级迭代。[7] 产业链上游 生产制造端 原材料供应（包括半导体元器件、电子元器件、结构件及其他配件） 上游厂商 瑞士意法半导体STMicroelectronics 产业链上游说明 原材料在变频器产品成本中占比较高。 变频器产品的原材料主要包括IGBT和DSP芯片等半导体元器件、电阻、电容和PCB等电子元器件以及永磁材料、硅钢片、压铸结构件、塑胶件、散热器等结构件和其他配件，原材料在变频器产品成本中占比超80%，其中IGBT在原材料成本中占比近20%，是影响变频器产品成本的核心原材料。2021-2023年受全球IGBT产能扩张缓慢、新能源汽车、风光储和工业等市场需求激增、IGBT国产自给率低等多重因素影响，IGBT供需缺口较大，英飞凌、安森美、意法半导体等头部IGBT厂商产品交货周期普遍在39周以上。未来随着斯达半导、时代电气、士兰微、华润微等国内IGBT厂商产能释放，IGBT国产自给率提高有望修复供需缺口，IGBT价格或将有所回落，在一定程度上将缓解变频器制造商的成本压力。 IGBT等变频器产品核心原材料对外依赖程度较高。 受国内电子元器件研发与制造技术水平制约，变频器产品的核心原材料IGBT功率模块、IC芯片等高端电子元器件仍部分依赖进口，国产自给率不足50%，如正弦电气、新风光等变频器制造商采购的IGBT功率模块境外品牌占比分别为近45%和85%，对外依赖程度较高。面对激烈的市场竞争和技术瓶颈，国内IGBT头部厂商如斯达半导体、士兰微等开始加速IGBT产能布局与技术突破，2023年斯达半 导体生产的应用于主电机控制器的车规级IGBT模块持续放量，合计配套超过200万套新能源汽车主电机控制器；士兰微用于汽车和光伏的IGBT器件（单管）已实现批量出货并具备月产2.5万片IGBT芯片的产能；时代电气生产的全系列高可靠性IGBT产品打破了轨道交通和特高压输电核心器件由国外企业垄断的局面。预计伴随国内厂商新产能和技术持续释放和升级，IGBT等变频器产品核心原材料的国产自给率将趋于提高，有助于变频器制造商规避因国际贸易环境改变而给原材料进口采购造成的不确定性影响。 产业链中游 品牌端 变频器生产与制造 中游厂商 产业链中游说明 变频器国产化替代进程加快。 由于中国变频器行业起步较晚且缺乏核心技术积累，在较长一段时间内以ABB、艾默生、罗克韦尔、西门子、安川、三菱为代表的欧美和日系品牌在国内市场占据主导地位。近年来，随着汇川技术、英威腾、伟创电气等本土品牌不断深耕细分行业，国产变频器