1 引言
变频改造主要是通过使电机系统达到较为优化的高效工作状态，从而能满足系统工艺要求及完善及改进工艺状况、实现系统资源投入最少和提高系统工作效率的一系列过程，这种变频改造主要是通过变频调速功能从以下几个方面达到的：
(1)节约电机系统内的设计冗余。一般设计都按照使用时的极端条件，因而都留有设计冗余，有的余量很大，通过变频改造可以使电机工作在高效区，把系统冗余的能量损失节省下来，并减少相应资源的投入，达到节能的预期目的。
(2)变频改造能使变频电机系统更好的适应服务对象的动态变化，能高质量的满足系统对调速的要求；变频调速功能使电机系统或其服务的系统保持能动态的处于优化的工作状态，在动态节约系统冗余的同时，实现了系统冗余的动态利用，通过整个系统性能的提高，变频调速功能优势的发挥，提高了系统的整体效率，实现了更大范围和更高层次的节能。
(3)提高系统功率因数。通过变频调速能够使电机动态工作在高效运行状态，功率因数一般可以达到0.95左右，节省了系统的无功功率，可以不用设置无功补偿，同时减轻了线路和变压器的负担，提高了供电及电机系统的效率，节约了能源消耗。
目前的变频改造的主要目的是节约电能和满足工艺要求、完善及改进工艺状况两个方面，有的项目主要是为了节能；有的项目主要是为了满足工艺要求、完善及改进工艺状况；有的项目是为了平衡兼顾节能和满足工艺要求、完善及改进工艺状况，在项目的改造中是否能根据项目的不同特点，合理制定项目的预期目的，是变频改造方案设计和优化的重要影响因素。
对于变频改造节能效果，比较常用的一种评价方法是变频改造前后实际节约电能的多少，是合同能源管理变频改造最主要的节能计算方法，这种方法只强调节约电能，可能忽略其它方面的改进，形成的不一定是较为优化的变频改造系统；另一种方法是不仅要考核系统节约电能的多少，还要评价变频改造后对系统效率的提高程度、间接的系统资源投入的节约和系统效益的增量，它强调系统的综合效益，应是变频改造节能效果评价提倡的方向。如何对节能效果的衡量和评价就是影响变频改造预期目标的关键因素。
2 不同负载对变频改造的影响
2.1风机、泵类平方转矩负载的变频改造
对于离心风机、离心水泵这类负载，流量与转速成正比，转矩与转速的平方成正比，功率与转速的立方成正比。离心风机、离心水泵通过电机变频对流量进行调节，其实质上是改变泵的工作点。由于工作点是由泵的特性曲线和管路特性曲线所决定，只要改变两条特性曲线之一均能达到目的。如改变阀门开度调节，实质上是改变管路特性曲线，这是低效的流量调节方式；通过变频改变泵的转速，实质上是改变泵的特性曲线，使泵的特性曲线下移，这是一种高效的流量调节方式和节能途径。变频调速在这类负载中的应用，节电效果最为明显。
2.2恒转矩类负载的变频改造
恒转矩类负载消耗的功率与电机的转速的一次方成正比，负载转矩与转速基本无关，任何转速下负载转矩总保持恒定或基本恒定，如罗茨风机、球磨机等负载以及吊车、提升机等位能负载都属于恒转矩负载。要求变频器低速下的转矩要足够大，并且有足够的过载能力。对于这类负载节能的幅度与可调速的范围有关，在大多数情况下需要兼顾节能和调速两个方面。
2.3恒功率负载
对于恒功率负载，功率与转速的大小基本无关，负载转矩基本与转速成反比。如输送皮带，在设定流量一定的条件下，当料层厚时，皮带速度减慢；当料层薄时，皮带速度加快。变频调速器在这类负载中的应用节电量不明显，主要用于变频调速，以满足和提高系统功能。
3 变频改造项目达不到预期目的设计原因及风险控制
3.1节能调查分析不彻底
变频改造前没有进行详细的节能调查分析，严谨的工况分析，对节能效益把握不准，匆忙进行改造设计。
(1)变频节能改造中有许多不成功的案例，分析这些案例发现设计问题是导致变频节能改造项目达不到预期目标的主要原因之一；还有一些成功的案例只是缘于项目节能的空间较大和某种偶然性，在项目设计上存在较多的问题，不进行详细的节能调查分析，严谨的工况分析，由于节能项目的不同和复杂性，再实施失败的机率很高。这些设计上的问题对变频节能改造项目带来了相当的风险，甚至造成了项目投资的较大损失。
(2)有的系统本身节能的空间似乎很大，但实际上却较小，盲目实施变频改造后节能效果不佳，就达不到预期的目标。
● 对变频改造存在认识上的误区，主观上认为设备有节能潜力就可以进行变频节能改造。
一般风机、水泵的流量裕度分别为5～10%，压力裕度为10%～15%，设计过程中很难计算管网的阻力，并考虑长期运行过程中可能发生的各种问题，通常总把系统的最大流量和压力裕量作为选型的依据，再加上风机、泵类的系列是有限的，往往选不到合适的风机、泵类型号就往上靠，大20%～30%的比较常见现象，在没有其它限制的情况下，对其进行变频改造的节能效果往往是很好的，也有很多成功的案例，就容易使人形成对这种系统只要进行变频改造就可以取得较好节能效果的惯性思维。实际上其服务的系统(如工艺系统)的状况常常是不同的和经常会发生变化的，变频改造的效果也受变频器本身以外的其它因素制约，如果不对整个系统和制约因素进行详细的调研或调研的深度不够，或对系统和工况的分析存在认识上的误区，就不能制定符合变频改造实际状况的目标和实施方案，也就可能在方案实施后达不到预期的目标。
有的恒转矩负载是重载起动，为保证顺利起动，设计适当加大了电机的容量。从表面上看，似乎有较大的变频节能空间(电机容量相对较大)，但恒转矩负载容也容易原有系统的限制(如球磨机)，调速范围较小时，频率只能小范围的降低，节约能量有限，就不能达到节能的预期目标。
● 泵或风机系统管路性能曲线中静扬程(静压)所占比例的越大，变频器节能效果越低，变频改造设计时如果没有考虑这个因素或由此对节能的影响估计不足，就会达不到预期的目标。
由流体力学可知，p(功率)=q(流量)×h(扬程)，流量q与转速n的一次方成正比，扬程h与转速n的平方成正比，功率p与转速n的立方成正比，如果水泵的效率一定，当静扬程所占比例很大时，即使泵系统的工作流量变化很大，但变频器的转速变化范围并不大，结果变频器的节能效果也不大。管路性能曲线的静扬程越高，则变速调节流量时，其轴功率的减少值也越小，变频节能越不可行；水泵变频改造时如果不考虑扬程，变频改造后，扬程就可能满足不了系统的要求，变频频率难以调低，就不可能有较大的节能空间，变频改造的投资回收期变长，投资效果变差。
● 泵或风机系统管道阻力、输送物料的比重较大是影响节能的主要因素，在变频改造时是容易忽略的因素。
由于泵或风机负载的工作点是由风机、泵或风机的特性曲线和管路特性曲线所决定，通过变频改造泵或风机负载的工作点可以工作在高效区，泵或风机的特性曲线可以大幅下移，表面上节能的空间似乎很大，但存在管路阻力较大和输送物料(如氧化铝系统的矿浆)的比重较大的制约因素时，就需要消耗较多的能量，要达到要求的流量，转速就不能降得太低，这样不良的管路特性曲线限制了工作点的下移，工作点可以改变的范围就会变小，变频调速范围也相应变小。相当于减小了节能的空间。如果设计改造时不考虑管路特性曲线的因素。就有可能达不到预期的目标。
● 如果系统的节能空间较大，但实际运行时间较小，实际的节能量也不大。
节能效果不仅与转速调节变化量有关、还与变工况(转速或流量降低)年时率、年总运行时间有关，容量大于110kw、流量变化幅度在10%以下、变工况年时率不大于30%，年运行总时间小于3000小时；容量在30～110kw、流量变化幅度在20%以下、变工况年时率不大于30%，年运行总时间小于4000小时就有可能达不到预期目的。如果系统存在意外的不正常运行状况或存在局部停产的可能性，就需要考虑其中的风险，审慎对待。
(3)原系统设计余量本身就不大或原有的设计余量经多次工艺改造，节能空间可能变小，进行变频改造达到预期目标的难度增加，就不容易达到预期目标。
● 泵或风机系统的工作流量往往是决定变频改造是否节能的基本依据，如果其工作流量是低变量型或全变量型且低流量运行时间长时，采用变频改造能达到较好的节能效果。如果其工作流量是全变量型且高流量运行时间长或高变量间歇型时，节能的空间就可能不大，这时如果没有进行详细的节能调查分析，严谨的工况分析，盲目进行变频改造就有可能达不到预期目标。
● 如果泵或风机系统的工作流量是高变量型，即在额定流量90%以上运行及变化时，或电机系统本身已接近优化工作点时，变频调速的节能效果与入口节流方式相近，节能的空间本身就不大，这种情况下就不宜再采用变频改造，以节省不必要的投资，入口节流控制就可以了。
● 系统的技术改造工程可能对变频节能改造项目产生影响。对于泵或风机系统会因技术改造工程，使原有系统的工作流量发生变化，工作流量变小对变频改造有利，工作流量变大就可能使变频改造节能的空间减小到较小的程度，如果变频改造前没有考虑到系统可能的不利变化，也可能达不到预期目标。
● 小功率的电机设备本身的节能空间就不大，往往每年节约的电费比变频改造的初期投资要少的多，如果节能空间估算不准就不能达到预期的目的。如以风机水泵为例：容量在15～30kw、流量变化幅度在30%以下、变工况年时率不大于40%，年运行总时间小于5000小时就有可能达不到预期目的。
本文关键字：节能改造 变频改造，变频技术 - 变频改造
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