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摘 要：随着全球水资源的紧缺，随着人们生活水平的提高，随着人们环保意识的不断加强，对城市的污水进行处理也势在必行了。污水处理技术是利用一些设备、设施和工艺技术将污水中所含有的污染物分离出来，将有害的物质转化为无害且稳定的物质，从而使污水得以净化。而污水处理厂的设备是全天候运转的，且曝气风机和潜水泵是污水处理的核心设备，根据不同的工况，需要变频器对曝气的鼓风机和潜水泵进行调速，以达到保护、节能、自动化的效果。
关键词：污水处理；变频器；节能
引言：当今多种因素正冲击着全球电力工业，多地电力供应紧张，满足不了急速膨胀的电力需求。在我国举行的全国节能活动中，要求民用电、商业用电及工业用电的节约，当中工业用电占总用电量的比重极大，因此我们应该把更多的目光投入到工业用电的节约中，而污水处理则是其中之一。
一、变频器应用原理
1、 采用变频器对电机影响
采用变频器运转，随着电机的加速相应提高频率和电压，气动电流被限制在150%额定电流以下（根据机种不同，为125%～200%）。用工频电源直接启动时，气动电流为6～7倍，因此，将产生机械电气上的冲击。采用变频器传动可以平滑地起动（起动时间变长）。起动电流为额定电流的1.2～1.5倍，起动转矩为70%～120%额定转矩；对于带有转矩自动增强功能的变频器，气动转矩为100%以上，可以带全负载起动。
2、 为什么变频器的电压与电流成比例的改变
异步电动机的转矩是电机的磁通与转子内流过电流之间相互作用而产生的，在额定频率下，如果电压一定而只降低频率，那么磁通就过大，磁回路饱和，严重时将烧毁电机。因此，频率与电压要成比例地改变，即改变频率的同时控制变频器输出电压，使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的产生。这种控制方式多用于风机、泵类节能型变频器。
频率下降时完全成比例地降低电压，那么忧郁交流阻抗变小而直流电阻不变，将造成在低速下产生地转矩有减小的倾向。因此，在低频时给定V/f，要使输出电压高一些，以便获得一定地起动转矩，这种补偿称增强起动。
3、 为什么不能在6～60Hz全区域连续运转使用
普通异步电动机是按恒频恒压设计的，不可能完全适应变频调速的要求。
一般电机利用装在轴上的外扇或转子端环上的叶片进行冷却，若速度降低则冷却效果下降，因而不能承受与高速运转相同的发热，必须降低在低速下的负载转矩，或采用容量大的变频器与电机组合，或采用专用电机。
4、 变频调速节能原理
1） 变频节能
由流体力学可知，
其中P为功率，Q为流量，H为压力。
而流量Q与转速N的一次方成正比，压力H与转速N的平方成正比，故功率P与转速N的立方成正比，如果水泵（或风机）的效率一定，当要求调节流量下降时，转速N成比例下降，而此时输出功率P成立方关系下降。即水泵电机的好点功率与转速近似成立方比的关系。
2） 功率因数补偿节能
无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是功率因数的降低导致电网有功功率的降低，大量的无功电能消耗在线路当中，设备使用效率低下，浪费严重，根据公式
其中S为视在功率，P为有功功率，Q为无功功率，为功率因数。
当越大，有功功率越大，一般水泵电机的功率因数在0.7-0.8之间，使用变频调速装置后，由于变频器内部滤波电容的作用，，从而减少了吴工损耗，增加了电网的有功功率。
3） 软启动节能
由于电机为直接启动或Y/D启动，启动电流等于（4～7）倍额定电流，这样会对机电设备和供电电网造成严重的冲击，对设备、管路的使用寿命极为不利。而使用变频节能装置后，利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始，最大值也不超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，延长了设备的使用寿命。
二、变频器在污水处理中的应用
1、 在鼓风机上的应用
鼓风机将压缩空气通过管道送入曝气池，让空气中的氧溶解在污水中供给活性污泥中的微生物。鼓风机在工频状态下起动时，电流冲击较大，容易引起电网电压波动，而鼓风机风压一定，实际生产运行中往往是通过调节出气阀门来控制，即增加管道阻力，因而许多能量浪费在阀门上。
在利用变频器的调速范围宽，机械特性硬等特点，可采用变频器起动鼓风机的方式运行。由于变频器的软启动能大大的减小电机起动时对电网的冲击，而且正常运行的时候，将出气阀门开到最大，根据工艺和参数的要求，适当的调节（通过控制系统的电位器）电机的转速来调节管道的风量，从而来调节污水中的氧气含量。而且根据溶解氧传感器反馈的信号（4～20mA）可以很方便的实现闭环自动控制。免去了许多繁琐的人工操作，并且在调节转速的同时具有明显的节电效果。
2、 在潜水泵上的应用
潜水泵起动时的电流冲击及调节压力/流量的方式与鼓风机相似。
潜水泵起动时的急扭和突然停机时的水锤现象往往容易造成管道松动或破裂，严重的可能造成电机的损坏，切电机起动/停止时需开启/关闭阀门来减小水锤的影响，如此操作一方面工作强度大，切难以满足工艺的需要。
在潜水泵安装变频调速器以后，可以根据工艺的需要，使电机软启/软停，从而使急扭及水锤现象得到解决。而且在流量不大的情况下，可以降低泵的转速，一方面可以避免水泵长期工作在满负荷状态，造成电机过早的老化，而且变频的软启动大大的减少水泵启动时对机械的冲击。且节电效果明显。
三、结语
污水处理有一个很重要的指标，叫做“吨水电耗”，意思是处理一吨污水所需消耗的电量。因污水处理厂24小时运转，核心工艺设备周期性的运行，结合国家节能的要求，尽可能的降低污水处理的运行，是非常有必要的。一方面可以从核心设备入手，尽可能选择高能效的电动机，提高电动机电能利用率；另一方面，根据不同的工况，选择合适的变频器，利用变频调速的功能，来提高生产质量，降低运营的成本，从而达到节能的目的。
参考文献
[1] 王延才.《变频器原理与应用（第2版）》.机械工业出版社 2009.7.
关键词：污水处理；变频器；节能
引言：当今多种因素正冲击着全球电力工业，多地电力供应紧张，满足不了急速膨胀的电力需求。在我国举行的全国节能活动中，要求民用电、商业用电及工业用电的节约，当中工业用电占总用电量的比重极大，因此我们应该把更多的目光投入到工业用电的节约中，而污水处理则是其中之一。
一、变频器应用原理
1、 采用变频器对电机影响
采用变频器运转，随着电机的加速相应提高频率和电压，气动电流被限制在150%额定电流以下（根据机种不同，为125%～200%）。用工频电源直接启动时，气动电流为6～7倍，因此，将产生机械电气上的冲击。采用变频器传动可以平滑地起动（起动时间变长）。起动电流为额定电流的1.2～1.5倍，起动转矩为70%～120%额定转矩；对于带有转矩自动增强功能的变频器，气动转矩为100%以上，可以带全负载起动。
2、 为什么变频器的电压与电流成比例的改变
异步电动机的转矩是电机的磁通与转子内流过电流之间相互作用而产生的，在额定频率下，如果电压一定而只降低频率，那么磁通就过大，磁回路饱和，严重时将烧毁电机。因此，频率与电压要成比例地改变，即改变频率的同时控制变频器输出电压，使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的产生。这种控制方式多用于风机、泵类节能型变频器。
频率下降时完全成比例地降低电压，那么忧郁交流阻抗变小而直流电阻不变，将造成在低速下产生地转矩有减小的倾向。因此，在低频时给定V/f，要使输出电压高一些，以便获得一定地起动转矩，这种补偿称增强起动。
3、 为什么不能在6～60Hz全区域连续运转使用
普通异步电动机是按恒频恒压设计的，不可能完全适应变频调速的要求。
一般电机利用装在轴上的外扇或转子端环上的叶片进行冷却，若速度降低则冷却效果下降，因而不能承受与高速运转相同的发热，必须降低在低速下的负载转矩，或采用容量大的变频器与电机组合，或采用专用电机。
4、 变频调速节能原理
1） 变频节能
由流体力学可知，
其中P为功率，Q为流量，H为压力。
而流量Q与转速N的一次方成正比，压力H与转速N的平方成正比，故功率P与转速N的立方成正比，如果水泵（或风机）的效率一定，当要求调节流量下降时，转速N成比例下降，而此时输出功率P成立方关系下降。即水泵电机的好点功率与转速近似成立方比的关系。
2） 功率因数补偿节能
无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是功率因数的降低导致电网有功功率的降低，大量的无功电能消耗在线路当中，设备使用效率低下，浪费严重，根据公式
其中S为视在功率，P为有功功率，Q为无功功率，为功率因数。
当越大，有功功率越大，一般水泵电机的功率因数在0.7-0.8之间，使用变频调速装置后，由于变频器内部滤波电容的作用，，从而减少了吴工损耗，增加了电网的有功功率。
3） 软启动节能
由于电机为直接启动或Y/D启动，启动电流等于（4～7）倍额定电流，这样会对机电设备和供电电网造成严重的冲击，对设备、管路的使用寿命极为不利。而使用变频节能装置后，利用变频器的软启动功能将使启动电流从零开始，最大值也不超过额定电流，减轻了对电网的冲击和对供电容量的要求，延长了设备的使用寿命。
二、变频器在污水处理中的应用
1、 在鼓风机上的应用
鼓风机将压缩空气通过管道送入曝气池，让空气中的氧溶解在污水中供给活性污泥中的微生物。鼓风机在工频状态下起动时，电流冲击较大，容易引起电网电压波动，而鼓风机风压一定，实际生产运行中往往是通过调节出气阀门来控制，即增加管道阻力，因而许多能量浪费在阀门上。
在利用变频器的调速范围宽，机械特性硬等特点，可采用变频器起动鼓风机的方式运行。由于变频器的软启动能大大的减小电机起动时对电网的冲击，而且正常运行的时候，将出气阀门开到最大，根据工艺和参数的要求，适当的调节（通过控制系统的电位器）电机的转速来调节管道的风量，从而来调节污水中的氧气含量。而且根据溶解氧传感器反馈的信号（4～20mA）可以很方便的实现闭环自动控制。免去了许多繁琐的人工操作，并且在调节转速的同时具有明显的节电效果。
2、 在潜水泵上的应用
潜水泵起动时的电流冲击及调节压力/流量的方式与鼓风机相似。
潜水泵起动时的急扭和突然停机时的水锤现象往往容易造成管道松动或破裂，严重的可能造成电机的损坏，切电机起动/停止时需开启/关闭阀门来减小水锤的影响，如此操作一方面工作强度大，切难以满足工艺的需要。
在潜水泵安装变频调速器以后，可以根据工艺的需要，使电机软启/软停，从而使急扭及水锤现象得到解决。而且在流量不大的情况下，可以降低泵的转速，一方面可以避免水泵长期工作在满负荷状态，造成电机过早的老化，而且变频的软启动大大的减少水泵启动时对机械的冲击。且节电效果明显。
三、结语
污水处理有一个很重要的指标，叫做“吨水电耗”，意思是处理一吨污水所需消耗的电量。因污水处理厂24小时运转，核心工艺设备周期性的运行，结合国家节能的要求，尽可能的降低污水处理的运行，是非常有必要的。一方面可以从核心设备入手，尽可能选择高能效的电动机，提高电动机电能利用率；另一方面，根据不同的工况，选择合适的变频器，利用变频调速的功能，来提高生产质量，降低运营的成本，从而达到节能的目的。
参考文献
[1] 王延才.《变频器原理与应用（第2版）》.机械工业出版社 2009.7.