专利名称：一种离子膜电解槽的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种离子膜电解槽。
背景技术：
当前我国的电路板工业发展迅猛，由于电路板生产企业所生产的废水中往往含有大量的具有回收价值的金属物质，且重金属超标严重，特别是蚀刻液中还有大量的铜离子，其排放会给环境带来极大的危害，所以如何能提炼出蚀刻液中的铜离子，提高电解铜的生产效率是本领域的技术难题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种适于提高电解效率，方便取出析出金属的离子膜电解槽。为了解决上述问题，本发明提供了一种离子膜电解槽，包括:槽体，所述槽体内设置有离子交换膜，所述离子交换膜将所述槽体分割为阳极室和阴极室，所述槽体的底部还设一出料漏斗，且所述出料漏斗与所述阴极室相连；
所述出料漏斗与一出液管相连以排放电解废液；
在所述出料漏斗的底部设一适于收集析出的金属的收集仓，且该收集仓的入口与所述出料漏斗的底部相连。进一步，中央处理器，所述收集仓的底部设有卸料口，在收集仓内的底部设一重量传感器以检测收集仓内的金属的重量，该重量传感器与所述中央处理器相连，在所述收集仓的入口处设一阀，该阀和卸料口由中央处理器控制；
其中，当所述重量传感器检测到所述收集仓收集的金属达到一定重量时所述中央处理器关闭所述阀，并打开卸料口卸下收集仓内的金属。进一步，为了对离子膜电解槽在工作时产生的无功功率进行补偿，提高电网的带载能力，在所述离子膜电解槽的三相电源输入端连接一适于矫正功率因素的链式SVG装置。所述链式SVG装置包括:
H电桥多联型的多电平逆变器，其由连接于所述三相电源的三相H桥功率模块构成，其中，每相H桥功率模块中增设至少一个备用H电桥单元电路；该多电平逆变器能自动旁路发生故障的H桥单元电路，以保证H电桥多联型多电平逆变器正常工作，使所述链式SVG装置继续达到矫正功率因素的目的，
自动旁路电路，设于各H电桥单元电路的输出端，且当一 H电桥单元电路发生损坏时，将该H电桥单元电路旁路；
采样电路，适于采集所述三相电源的电压和电流的瞬时值；
分相电流独立控制电路， 其与所述采样电路相连的适于根据所述三相电源的电压和电流的瞬时值计算出所述脉宽调制电路所需的正弦调制波的调制比M和相位角s 脉宽调制电路，与所述分相电流独立控制电路相连，用于根据所述正弦调制波的调制比M和相位角5对各H电桥单元电路之间采用的载波三角波移相SPWM进行控制；S卩，当损坏的H电桥单元电路旁路后，该脉宽调制电路适于在保持所述采样电路的采样周期不变的基础上，改变该损坏的H电桥单元电路所在的一相H桥功率模块的所述载波三角波移相SPWM的载波频率，以获得与该相H桥功率模块中剩余的H电桥单元电路数量相对应的载波三角波移相SPWM的脉冲调制波形。进一步，所述分相电流独立控制电路，包括:
锁相环，根据所述三相电源的电压的瞬时值以跟踪所述三相电源的电压相位；
无功电流给定模块，适于根据所述锁相环得出的电压相位计算出该电压相位的余弦量并与一无功电流参考值相乘，以得到实际的无功电流输出；
有功电流给定模块，适于根据所述锁相环得出的电压相位计算出该电压相位的正弦量，同时根据所述各相H桥功率模块的直流侧电容的电压平均值与一直流侧电容的电压参考值相减并经过PI控制后再与所述正弦量相乘，以得到实际的有功电流输出；
瞬时电流跟踪模块，用于先将所述无功电流给定模块和有功电流给定模块输出的电流叠加，然后减去所述三相电源中的瞬时电流，并通过控制器以计算出所述脉宽调制电路所需的正弦调制波的调制比M和相位角S。与现有技术相比，本发明的离子膜电解槽具有如下优点:(I)利用所述链式SVG装置，矫正由于离子膜电解槽的电解过程造成电网的功率因素下降的问题，提高了变压器的利用率；(2)在所述链式SVG装置中设有备用H桥单元电路，能再一H桥单元电路发生故障时，把该故障的H桥单元电路自动旁路，并且保证H电桥多联型多电平逆变器正常工作，即，矫正电网功率因素；(3)并且在该H桥功率模块发生损坏时，无需停机检修，保证了电网的稳定；(4)脉宽调制电路调节发生损坏的一相H桥功率模块的调制波，有效的避免了谐波产生；(5)通过分相电流独立控制实现了三相电源不平衡输出的补偿问题；(6)通过收集仓对析出金属进行收集，能实现析出多少收集多少，做到电解和收集两个工作分开，互相独立；当收集仓内的金属达到一定重量时，关闭阀防止液体流出，保证蚀刻液在电解槽内继续进行反应，但是同时进行卸料工作，当卸料结束，关闭卸料口，控制阀打开继续收集析出的金属，极大地提高了生产效率；(7)当蚀刻液的金属被电解完毕之后，废液从出液管排出，排出过程中不会冲掉收集仓的金属。本发明还要解决的技术问题是提供一种适于提高电解效率，方便取出析出金属的离子膜电解槽的工作方法。为了解决上述问题，本发明的离子膜电解槽的工作方法，包括:
①所述离子膜电解槽的电解反应析出的金属滑入出料漏斗，并进入收集仓；
②当所述重量传感器检测到所述收集仓收集的金属达到一定重量时所述中央处理器关闭所述阀，并打开卸料口卸下收集仓内的金属；
③卸料完毕后，关闭所述卸料口和阀，所述离子膜电解槽继续电解反应。本发明还要解决的技术问题是提供一种适于提高电解效率，补偿离子膜电解槽的功率因数的工作方法。为了解决上述问题，本发明的离子膜电解槽的工作方法，包括:一种适于链式SVG装置的工作方法，包括:
A:当一 H电桥单元电路损坏时,相应的自动旁路电路旁路该H电桥单元电路；
B:所述脉宽调制电路在保持所述采样电路的采样周期不变的基础上，改变所述损坏的H电桥单元电路所在的一相H桥功率模块的所述载波三角波移相SPWM的载波频率，以获得与该相H桥功率模块中剩余的H电桥单元电路数量相对应的载波三角波移相SPWM的脉冲调制波形；
所述分相电流独立控制电路的工作方法包括如下步骤:
(1)通过锁相环根据输入的所述三相电源的电压的瞬时值以跟踪所述三相电源的电压相位；
(2)根据所述锁相环得出的电压相位计算出该电压相位的余弦量并与一无功电流参考值相乘，以得到实际的无功电流输出；
(3)根据所述锁相环得出的电压相位计算出该电压相位的正弦量，同时根据所述各相H桥功率模块的直流侧电容的电压平均值与一直流侧电容的电压参考值相减并经过PI控制后再与所述正弦量相乘，以得到实际的有功电流输出；
(4)用于先将所述无功电流给定模块和有功电流给定模块输出的电流叠加，然后减去所述三相电源中的瞬时电流，并通过控制器以计算出所述脉宽调制电路所需的正弦调制波的调制比M和相位角J。与现有技术相比，本发明的离子膜电解槽的工作方法具有如下优点:(1)通过每相H桥功率模块中增设至少一个备用H电桥单元电路，使H桥功率模块发生损坏时，自动旁路故障模块，无需停机检修；(2)脉宽调制电路调节发生损坏的一相H桥功率模块的调制波，有效的避免了谐波产生；(3)通过分相电流独立控制实现了三相电源不平衡输出的补偿问题。(4)通过收集仓对析出金属进行收集，能实现析出多少收集多少，做到电解和收集两个工作分开，互相独立；当收集仓内的金属达到一定重量时，关闭阀防止液体流出，保证蚀刻液在电解槽内继续进行反应，但是同时进行卸料工作，当卸料结束，关闭卸料口，控制阀打开继续收集析出的金属，极大地提高了生产效率；(5)当蚀刻液的金属被电解完毕之后，废液从出液管排出，排出过程中不会冲掉收集仓的金属。
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明， 其中
图1本发明的离子膜电解槽的结构示意 图2本发明的离子膜电解槽连接三相电源和链式SVG装置的结构示意 图3本发明的H电桥多联型的多电平逆变器的电路结构 图4本发明的分相电流独立控制电路的结构框 图5本发明的载波三角波同相单层层叠SPWM调制的波形 图6本发明的发生H电桥单元模块发生故障前的脉冲生成时序；
图7本发明的第一种故障H电桥单元模块被旁路后的脉冲生成时序；
图8本发明的第二种故障H电桥单元模块被旁路后的脉冲生成时序。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明:
实施例1
如图1所示，一种离子膜电解槽，包括:槽体1，所述槽体内设置有离子交换膜，所述离子交换膜将所述槽体分割为阳极室和阴极室，其特征在于，所述槽体的底部还设一出料漏斗2，且所述出料漏斗2与所述阴极室相连；
所述出料漏斗2与一出液管3相连以排放电解废液；
在所述出料漏斗2的底部设一适于收集析出的金属的收集仓4，且该收集仓4的入口与所述出料漏斗2的底部相连。所述离子膜电解槽还包括:中央处理器，所述收集仓4的底部设有卸料口 4-1，在收集仓4内的底部设一重量传感器以检测收集仓4内的金属的重量，该重量传感器与所述中央处理器相连，在所述收集仓4的入口处设一阀4-2，该阀4-2和卸料口由中央处理器控制；
其中，当所述重量传感器检测到所述收集仓4收集的金属达到一定重量时所述中央处理器关闭所述阀4-2，并打开卸料口 4-1卸下收集仓4内的金属。在所述出液管3设一控制电解废液排放的排放阀3-1，即在电解反应时候，关闭该排放阀3-1。在所述离子膜电解槽的三相电源输入端连接一适于矫正功率因素的链式SVG装置。如图2-3所示,所述链式SVG装置包括:
H电桥多联型的多电平逆变器，其由连接于所述三相电源的三相H桥功率模块构成，其中，每相H桥功率模块中增设至少一个备用H电桥单元电路；
自动旁路电路，设于各H电桥单元电路的输出端，且当一 H电桥单元电路发生损坏时，将该H电桥单元电路旁路；
采样电路，适于采集所述三相电源的电压和电流的瞬时值，该瞬时值包括电压和电流的幅值、周期；
分相电流独立控制电路，其与所述采样电路相连的适于根据所述三相电源的电压和电流的瞬时值计算出所述脉宽调制电路所需的正弦调制波的调制比M和相位角# ；
脉宽调制电路，与所述分相电流独立控制电路相连，用于根据所述正弦调制波的调制比M和相位角5对各H电桥单元电路之间采用的载波三角波移相SPWM进行控制；S卩，当损坏的H电桥单元电路旁路后，该脉宽调制电路适于在保持所述采样电路的采样周期不变的基础上，改变该损坏的H电桥单元电路所在的一相H桥功率模块的所述载波三角波移相SPWM的载波频率，以获得与该相H桥功率模块中剩余的H电桥单元电路数量相对应的载波三角波移相SPWM的脉冲调制波形。见图4，所述分相电流独立控制电路，包括:
锁相环，根据所述三相电源的电压的瞬时值以跟踪所述三相电源的电压相位；
无功电流给定模块，适于根据所述锁相环得出的电压相位计算出该电压相位的余弦量并与一无功电流参考值相乘，以得到实际的无功电流输出；
有功电流给定模块， 适于根据所述锁相环得出的电压相位计算出该电压相位的正弦量，同时根据所述各相H桥功率模块的直流侧电容的电压平均值与一直流侧电容的电压参考值相减并经过PI控制后再与所述正弦量相乘，以得到实际的有功电流输出；
瞬时电流跟踪模块，用于先将所述无功电流给定模块和有功电流给定模块输出的电流叠加，然后减去所述三相电源中的瞬时电流，并通过控制器以计算出所述脉宽调制电路所需的正弦调制波的调制比M和相位角覆。其中参考电流为期望的补偿电流，直流电压参考值为期望的补偿电压。所述脉宽调制电路涉及SPWM脉宽调制法，该SPWM脉宽调制法是用一正弦波做调制波，以F倍于正弦调制波频率的三角波做载波进行波形比较而产生的一组幅值相等，宽度正比于正弦调制波的矩形脉冲列来等效正弦波，从而控制开关器件(即多电平逆变器中的开关器件)的通断。本发明采用载波三角波移相SPWM控制和载波三角波层叠式SPWM控制的混合控制算法:从整体而言，各H电桥单元电路之间采用载波三角波移相SPWM控制，而单个H电桥单元电路采用层叠式SPWM控制的方法，这种调制方法，输出谐波含量小，开关频率低，且能够很好地解决逆变效率低的问题。载波三角波移相SPWM控制法，是指对于N个H电桥单元电路，采用N个相位不同，但频率和幅值相同的载波三角波与同一个正弦调制波进行比较，产生出N组SPWM控制脉冲波形分别去控制N个H桥，使各个H电桥单元电路都输出基波电压相同的SPWM电压波形，然后再将这N个H电桥单元电路输出的SPWM电压波形进行叠加而合成出SPWM多电平电压波形。N个载波三角波的初相位角应该依次移开一个角度，若采用双极性载波三角波，这个角度为a = -/y ;若是单极性载波三角波，角度为a = 2,T/.V。载波三角波层叠式SPWM控制法是应用比较早的一种多电平逆变器的SPWM调制法。载波三角波层叠式SPWM调制法可以分为两种，即单层层叠式SPWM调制法和多层层叠式SPWM调制法，该两种方法都能达到本专利的技术效果。载波三角波单层层叠式SPWM调制法根据两个三角载波的相位关系又可分为载波三角波反相单层层叠SPWM调制法(两个载波三角波的相位相反)和载波三角波同相单层层叠SPWM调制法(两个载波三角波的相位相同)。载波三角波反相单层层叠SPWM调制法和载波三角波同相单层层叠SPWM调制法这两中调制方法没有什么优劣之分，本发明采用载波三角波同相单层层叠SPWM调制法。在载波三角波同相单层层叠SPWM调制法中，两个载波三角波七^和七:的相位相
同，其工作波形如图5所示。其中和七:为横轴上、下层的载波三角波，七为正弦调制
波。用正弦波与三角波进行比较，在正弦波％大于三角波的部分会产生输出SPWM脉冲，在
正弦波4小于三角波的部分会产生输出电压的零脉冲。由于i匕与是同相的，也就是说
itCi与itC:不对称于坐标横轴， 所以通过正弦波与三角波的比较，产生的输出电压SPWM波形的正半周与负半轴是不相同的。任取一个H电桥单元电路进行研究，从功率角度分析。设为H电桥单元电路的输出电压，L为相电流，为输出电压和相电流的夹角，则H电桥单兀电路吸收的有功功率为
权利要求
1.一种离子膜电解槽，其特征在于包括:槽体，所述槽体内设置有离子交换膜，所述离子交换膜将所述槽体分割为阳极室和阴极室，其特征在于，所述槽体的底部还设一出料漏斗，且所述出料漏斗与所述阴极室相连； 所述出料漏斗与一出液管相连以排放电解废液； 在所述出料漏斗的底部设一适于收集析出的金属的收集仓，且该收集仓的入口与所述出料漏斗的底部相连。
2.根据权利要求1所述的离子膜电解槽，其特征在于还包括:中央处理器，所述收集仓的底部设有卸料口，在收集仓内的底部设一重量传感器以检测收集仓内的金属的重量，该重量传感器与所述中央处理器相连，在所述收集仓的入口处设一阀，该阀和卸料口由中央处理器控制； 其中，当所述重量传感器检测到所述收集仓收集的金属达到一定重量时所述中央处理器关闭所述阀，并打开卸料口卸下收集仓内的金属。
3.根据权利要求2所述的离子膜电解槽，其特征在于还包括:在所述离子膜电解槽的三相电源输入端连接一适于矫正功率因素的链式SVG装置； 所述链式SVG装置包括: H电桥多联型的多电平逆变器，其由连接于所述三相电源的三相H桥功率模块构成，其中，每相H桥功率模块中增 设至少一个备用H电桥单元电路； 自动旁路电路，设于各H电桥单元电路的输出端，且当一 H电桥单元电路发生损坏时，将该H电桥单元电路旁路； 采样电路，适于采集所述三相电源的电压和电流的瞬时值； 分相电流独立控制电路，其与所述采样电路相连的适于根据所述三相电源的电压和电流的瞬时值计算出所述脉宽调制电路所需的正弦调制波的调制比M和相位角*:> ； 脉宽调制电路，与所述分相电流独立控制电路相连，用于根据所述正弦调制波的调制比M和相位角￡ 对各H电桥单元电路之间采用的载波三角波移相SPWM进行控制；S卩，当损坏的H电桥单元电路旁路后，该脉宽调制电路适于在保持所述采样电路的采样周期不变的基础上，改变该损坏的H电桥单元电路所在的一相H桥功率模块的所述载波三角波移相SPWM的载波频率，以获得与该相H桥功率模块中剩余的H电桥单元电路数量相对应的载波三角波移相SPWM的脉冲调制波形。
4.根据权利要求3所述的离子膜电解槽，其特征在于，所述分相电流独立控制电路，包括: 锁相环，根据所述三相电源的电压的瞬时值以跟踪所述三相电源的电压相位； 无功电流给定模块，适于根据所述锁相环得出的电压相位计算出该电压相位的余弦量并与一无功电流参考值相乘，以得到实际的无功电流输出； 有功电流给定模块，适于根据所述锁相环得出的电压相位计算出该电压相位的正弦量，同时根据所述各相H桥功率模块的直流侧电容的电压平均值与一直流侧电容的电压参考值相减并经过PI控制后再与所述正弦量相乘，以得到实际的有功电流输出； 瞬时电流跟踪模块，用于先将所述无功电流给定模块和有功电流给定模块输出的电流叠加，然后减去所述三相电源中的瞬时电流，并通过控制器以计算出所述脉宽调制电路所需的正弦调制波的调制比M和相位角矗。
5.根据权利要求2所述的离子膜电解槽的工作方法，包括: ①所述离子膜电解槽的电解反应析出的金属滑入出料漏斗，并进入收集仓； ②当所述重量传感器检测到所述收集仓收集的金属达到一定重量时所述中央处理器关闭所述阀，并打开卸料口卸下收集仓内的金属； ③卸料完毕后，关闭所述卸料口和阀，所述离子膜电解槽继续电解反应。
6.根据权利要求4所述的离子膜电解槽的工作方法，包括: 所述链式SVG装置的工作方法包括如下步骤: A:当一 H电桥单元电路损坏时,相应的自动旁路电路旁路该H电桥单元电路； B:所述脉宽调制电路在保持所述采样电路的采样周期不变的基础上，改变所述损坏的H电桥单元电路所在的一相H桥功率模块的所述载波三角波移相SPWM的载波频率，以获得与该相H桥功率模块中剩余的H电桥单元电路数量相对应的载波三角波移相SPWM的脉冲调制波形； 所述分相电流独立控制电路的工作方法包括如下步骤: (1)通过锁相环根据输入的所述三相电源的电压的瞬时值以跟踪所述三相电源的电压相位； (2)根据所述锁相环得出的电压相位计算出该电压相位的余弦量并与一无功电流参考值相乘，以得到实际的无功 电流输出； (3)根据所述锁相环得出的电压相位计算出该电压相位的正弦量，同时根据所述各相H桥功率模块的直流侧电容的电压平均值与一直流侧电容的电压参考值相减并经过PI控制后再与所述正弦量相乘，以得到实际的有功电流输出； (4)用于先将所述无功电流给定模块和有功电流给定模块输出的电流叠加，然后减去所述三相电源中的瞬时电流，并通过控制器以计算出所述脉宽调制电路所需的正弦调制波的调制比M和相位角J。
全文摘要
本发明涉及一种离子膜电解槽，包括槽体，所述槽体内设置有离子交换膜，所述离子交换膜将所述槽体分割为阳极室和阴极室，所述槽体的底部还设一出料漏斗，且所述出料漏斗与所述阴极室相连；所述出料漏斗与一出液管相连以排放电解废液；在所述出料漏斗的底部设一适于收集析出的金属的收集仓，且该收集仓的入口与所述出料漏斗的底部相连。本发明通过收集仓对析出金属进行收集，能实现析出多少收集多少，做到电解和收集两个工作分开，互相独立，提高了电解效率。
文档编号C25B1/46GK103103558SQ20121054071
公开日2013年5月15日 申请日期2012年12月13日 优先权日2012年12月13日
发明者黄东, 包金祥 申请人:苏州新区化工节能设备厂