一种工业化节能型高频脉冲电解锰装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电解锰领域，特别是涉及一种工业化节能型高频脉冲电解锰装置，通过脉冲电解电源产生直流脉冲，实现在硫酸锰溶液中利用脉冲电解得到金属锰。
【背景技术】
[0002]传统的电解锰工业是采用直流电解硫酸锰溶液得到金属锰，向隔模电解槽注入含硫酸铵的硫酸锰水溶电解液，接通直流电，产生电析作用，在阴极板上析出金属锰，阳极板析出氧气；周期性地更换阴极板，对电析产物进行钝化、水洗、烘干、剥离等处理，获得金属锰产品。
[0003]由于工业供电是交流电，因此需要把交流电转换成为直流电供给电解槽进行直流电解，通常采用同相或逆相高压直降整流变压器与可控硅整流柜组合实现AC-DC变换。因此，传统的电解锰行业的电解行为一般是:
1、采用直流电解法完成电解工艺；
2、采用同相或逆相高压直降整流变压器与可控硅整流柜完成AC-DC变换。
[0004]传统的电解锰效率较低，对添加剂的要求高，电能消耗大，电解装置维护率高，不适于工业化应用，不满足环保节能的要求。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种工业化节能型高频脉冲电解锰装置，克服电解锰效率较低、对添加剂的要求高、电能消耗大等困难，解决传统电解锰电解电源由于功率因数低、谐波大，而导致整流变压器的铁损、铜损大，可控硅器件过电流损耗大等问题。
[0006]本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:一种工业化节能型高频脉冲电解锰装置，包括具有一个或多个移相变压器的移相变压单元、具有一个或多个三相整流桥组件的三相桥式工频整流单元和具有一个或多个高频脉冲功率组件的功率单元。
[0007]移相变压器的原边均与三相交流电源的输出端连接，移相变压器的副边分别与三相整流桥组件的输入端一一对应连接，三相整流桥组件的输出端与高频脉冲功率组件的输入端对应连接，高频脉冲功率组件的输出端向电解槽输出高频脉冲电流，移相变压单元的副边所输出的电压根据电解槽的串联数量来决定，当采用多个移相变压器时，所述移相变压单元为多重化形式的移相变压器，用于减少交流输入电流的谐波和直流输出电压的谐波幅值和电流脉动。
[0008]本发明还包括功率主控单元，功率主控单元分别与一个或多个高频脉冲功率组件连接，对功率组件进行均流控制。
[0009]所述移相变压器包括采用网侧移相的移相变压器、采用二次侧移相的移相变压器和采用网侧移相与二次侧移相的多重化移相变压器。
[0010]当移相变压器采用网侧移相的移相变压器时，在其网侧并联M个移相网侧输出绕组；当移相变压器采用二次侧移相的移相变压器时，移相变压器具有M个二次侧输出绕组。
[0011]移相变压器的移相角度的差值为δ=360° / (Κ*Μ)。
[0012]三相桥式工频整流单元产生的谐波与整流输出的脉波的关系表达式为:Ν=ΚΜ±1，其中，N为谐波次数，K为一个周期内整流输出的脉波数量，M为输出绕组的数量，N、K、M均为自然数，三相整流桥组件以K脉波整流器为基础整流单元，构成一个KM脉波的多脉波整流单元，用于消除低于KM土 I次的谐波。
[0013]本发明中，所述高频脉冲电流的电流值为10000Α?100000Α、最高电压值为200V?550V、周期为2000/秒?40000/秒、占空比为0.4?08的高频直流脉冲群。
[0014]所述高频脉冲功率组件包括高频逆变器、高频变压器和高频整流器。
[0015]多个高频脉冲功率组件中的多个高频逆变器、多个高频变压器和多个高频整流器采用以下任意一种连接方式:
①相互串联或并联连接的高频逆变器，通过相互并联连接的高频变压器，与相互并联连接的高频整流器连接；
②相互串联或并联连接的高频逆变器，通过相互串联连接的高频变压器，与相互串联或并联连接的高频整流器连接。
[0016]所述高频逆变器包括IGBT、IGCT、GOT、MOS电力电子开关器件，所述高频变压器为纳米微晶铁芯变压器，所述高频整流器包括高压大电流快恢复二极管，采用全波整流或全桥整流形式。
[0017]本发明中，所述功率主控单元采用PWM控制方式，通过PWM方式控制高频脉冲功率组件输出的高频脉冲电流，功率主控单元包括主控板、连接板、功率组件控制板、转换板、驱动板和监控显示单元；每个高频脉冲功率组件均包括高频逆变器、高频变压器和高频整流器。
[0018]主控板通过连接板与一个或多个功率组件控制板连接，主控板同步输出定频PWM控制信号给各个功率组件控制板，实现集中控制模式下，对多个高频脉冲功率组件的脉宽控制和调节。
[0019]各个功率组件控制板通过转换板与一个或多个驱动板连接，各个驱动板又与高频逆变器一一对应连接，功率组件控制板通过转换板将PWM控制信号传送给与其连接的驱动板，驱动板根据其所接收到的PWM信号驱动与其相连的高频逆变器进行DC-AC转换，高频逆变器产生的交流方波通过高频变压器的隔离传送到高频整流器，高频整流器输出高频直流脉冲完成AC-PDC转换。
[0020]功率组件控制板还通过反馈端口分别与受其控制的驱动板、高频逆变器、高频变压器和高频整流器连接，实时采集高频逆变器、高频变压器和高频整流器的温度信号，实时检测高频逆变整流单元输出的电压、电流信号。
[0021]主控板通过主反馈端口与高频脉冲功率组件的输出端连接，主控板根据主反馈端口所接收到的电流数据和电压数据，自动同步调节与该高频脉冲功率组件所连接的功率组件控制板的脉宽，完成高频脉冲电流输出的控制。
[0022]主控板还与监控显示单元连接，主控板将各种数据实时输出到监控显示单元进行显不O
[0023]主控板还与移相变压单元和三相桥式工频整流单元连接，根据移相整流部分的检测反馈，完成交流缺相、过压、欠压、过流保护。
[0024]主控板将功率组件控制板反馈端口取样采集的电流均分值Ig与主控板反馈端口取样采集的电流均分值Iz进行比较。
[0025]当电流均分值Ig>电流均分值Iz时，主控板调节PWM信号，减小该功率组件控制板的脉宽给定值，使电流均分值Ig=电流均分值Iz，实现分配均流控制。
[0026]当电流均分值Ig〈电流均分值Iz时，主控板调节PWM信号，增加该功率组件控制板的脉宽给定值，使电流均分值Ig=电流均分值Iz，实现分配均流控制。
[0027]所述电流均分值Ig为功率组件控制板反馈端口取样采集的电流值与该功率组件控制板所控制的高频脉冲功率组件总数的比值。
[0028]所述电流均分值Iz为主控板反馈端口取样采集的电流值与主控板所控制的高频脉冲功率组件总数的比值。
[0029]本发明的有益效果是:
通过高频电力开关器件取代半导体相控器件，提高了功率因数，减少了电解锰电解电源对电网的谐波影响；通过移相变压器的应用，提高了变压器的转换效率和有效消除网侧谐波；通过多单元直流脉冲功率组件的组合，可以达到直流脉冲大功率输出，实现脉冲电解锰的工业化应用；采用集中控制、结构优化、脉宽调节方式可以更好地降低电解锰电源的能耗。
[0030]与传统直流电解相比，本发明提出一种脉冲电解电源产生直流脉冲实现在硫酸锰溶液中利用脉冲电解得到金属锰的电解锰装置。具有以下多个特点:
1)本发明所输出的高频直流脉冲信号的电流密度、电流通断时间、脉冲频率等多个参数可以通过主控板进行调节，这为控制金属沉积层的质量和沉积速度提供了有力的手段；
如在电解锰的初始，可以以小电流密度、高频率的直流脉冲在电解极板上沉积锰，然后以正常电流密度开始电解，在电解到一定厚度后，再控制输出电流密度为正常电流密度的一半的直流脉冲来养护电解槽出槽；
2)脉冲电解可加快金属锰的沉积速度，相同直流电场强度作用下，由于脉冲直流电场强度的峰值是平均值除以占空比，占空比是小于1，因此峰值电场强度大于等效直流电场强度，使得锰离子沉积速度加快，产量提高，提高了锰电解电流效率。并且由于脉冲电流的张驰，增加了电解槽阴极的活化极化，降低电解槽对添加剂的要求，从而可以改善阴极沉积层的物理化学性质，得到晶粒细小、结构致密、孔隙率小的低砸高纯金属锰；
3)本发明具有较好的节能降