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]本实用新型涉及电解锰领域，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:
[0004]1、采用直流电解法完成电解工艺；
[0005]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。
[0006]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。
【实用新型内容】
[0007]本实用新型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。
[0008]本实用新型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。
[0009]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。
[0010]本实用新型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。
[0011]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。
[0012]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。
[0013]移相变压器的移相角度的差值为δ=360° / (Κ*Μ)。
[0014]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。
[0015]本实用新型中，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。
[0016]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。
[0017]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:
[0018]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；
[0019]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。
[0020]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。
[0021]本实用新型中，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。
[0022]主控板通过连接板与一个或多个功率组件控制板连接，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，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，主控板还与监控显示单元连接，主控板还与移相变压单元和三相桥式工频整流单元连接。
[0023]本实用新型的有益效果是:
[0024]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。
[0025]与传统直流电解相比，本实用新型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:
[0026]I)本实用新型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；
[0027]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；
[0028]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；
[0029]3)本实用新型具有较好的节能降耗作用，通过移相变压器抑制脉冲电解装置产生的谐波，改善电网的电能质量，提高功率因数，使得交流转变为直流的过程中变压器铁损、铜损减少；功率组件采用新型半导体器件，过电流损耗小于可控硅器件。采用高频脉冲电解锰方式的电解槽的峰值槽压大于平均槽压，使得电解锰槽离子沉积速度相对比直流电解沉积速度加快。综合以上几种因素，在实际脉冲电解锰实践中，实现了产品能耗降低，每吨电解锰用电损耗降低800度?1200度。
[0030]4)解决了高频脉冲电解在电解锰工业应用中的大功率脉冲电解装置产生的直流脉冲群实现脉冲电解锰的工业应用问题。
【附图说明】
[0031]图1为本实用新型高频脉冲电解锰装置的系统框图；
[0032]图2为本实用新型采用二次侧分离型移相多重化技术的12脉波整流方式拓扑结构图；
[0033]图3为本实用新型采用网侧移相多重化整流方式结构拓扑图；
[0034]图4为本实用新型功率主控单元的原理图；
[0035]图5为本实用新型多组移相输入的高频脉冲功率组件控制原理图。
【具体实施方式】
[0036]下面结合附图进一步详细描述本实用新型的技术方案，但本实用新型的保护范围不局限于以下所述。
[0037]如图1所示，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。
[0038]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。
[0039]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。所述移相变压器为原边移相和/或副边移相的多重化移相变压器，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。移相整流输出单元输出到尚频逆变单兀的电路拓扑包括分尚式输出和并联式输出。
[0040]所述三相整流桥组件为单桥整流电路、多桥整流电路或其两者的组合，所述三相桥式工频整流单元是由二极管组成的非线性装置，该整流单元所产生的谐波会馈入电网，对电网电能的质量造成比较大的影响，特别是5次谐波、7次谐波、11次谐波等低频谐波。
[0041]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:N=KM±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。
[0042]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。
[0043]移相变压器副边的输出绕组的移相角以三相K脉波整流为基础，根据不同的要求以KM整数来确定，移相变压器的移相角度的差值为δ=360° / (Κ*Μ)。
[0044]例如，当采用直流输出含有六个波头的六脉冲整流器作为基础整流单元时，可消除的低次谐波为次数小于Ν=6Μ±1的谐波，移相变压器的移相角度以三相桥六脉波整流方式为基准，按6Μ脉波要求来设定，根据网侧电能质量情况，可以是采用12、24、36、48脉波等。
[0045]如图2所述，图2为采用二次侧分