CN106933119B - 多晶硅还原炉调功柜控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种多晶硅还原炉调功柜控制系统，包括由绕组线圈和晶闸管构成的输入端以及由零线和火线构成的输出端以及与绕组线圈一端电性连接的主快速熔断器，所述输出端包括跨接在零线与火线上的电压传感器，绕组线圈一端与零线连接，另一端分别经过所述主快速熔断器、电容、电阻及电流感应器后与火线连接，所述电容及电阻串联构成一电子组件，所述控制系统还包括并联在电子组件两端的晶闸管以及与晶闸管的门极电性连接的控制模块，所述电流感应器及电压感应器分别向控制模块馈入信号。

Description

多晶硅还原炉调功柜控制系统

【技术领域】

本发明涉及多晶硅生产领域，特别是涉及一种多晶硅还原炉调功柜的功率控制系统。

【背景技术】

多晶硅作为一种半导体材料，是目前光伏材料的主要原材料， 光伏材料能将太阳能直接转换成电能， 例如太阳能电池等。 目前生产多晶硅的主要方法之一是改良西门子法。 改良西门子法通过气相沉积法产生棒状多晶硅。

现有技术中已知的西门子法还原生产工艺是将汽化的三氯氢硅与载气氢气按一定比例混合引入多晶硅还原炉，在放置于还原炉内的棒状硅芯两端加以电压 ，在一定的温度和压力下，在高温硅芯表面，三氯氢硅与氢气混合气反应生成元素硅，并沉积在硅芯表面，逐渐生成所需规格的多晶硅棒，同时产生四氯化硅、二氯二氢硅、氯化氢等副产物。

多晶硅生产还原炉启动后， 反应进料（即三氯氢硅与氢气混合气）由进气管进入还原炉的炉体中，用电极对硅芯通电加热而产生高温，通常将反应温度控制在约 1000℃至1200℃，优选为1100℃左右。通入的三氯氢硅和氢气在硅芯表面进行气相沉积反应生成元素硅。反应生产的尾气从炉筒底部的中心通过尾气排气管排出。随着沉积在硅芯表面的硅增加，硅棒逐渐变粗，最终长成所需尺寸的多晶硅棒。硅棒生长到所需尺寸后，例如长度2.0至2.8米、最终直径40至200毫米的尺寸，则需进行停炉处理。

还原炉生产过程中电流控制与通料控制非常的重要，对多晶硅的产量、质量、成本以及整个生产系统的协调性、稳定性、安全性起着不可估量的作用。在现有工艺中，通过阀门控制通入氢气与三氯氢硅流量，通过调节电流保持硅棒表面温度仍为正常反应温度 。

上述工艺控制过程中易发生通料量与电流调节的不匹配，造成硅棒温度变化，硅棒在生长过程中因温度变化会发生开裂等现象，造成电阻增大，进而引发电流变化，而电流变化产生的磁场，使通电的硅棒在磁力的作用下产生扭矩，进而导致硅棒根部松动。另一方面，电流降低则引起调功柜控制系统电流退档，控制系统退档过快则会造成快速熔断器电流过载损毁，引发断电。断电的结果会使硅棒表面的反应温度不稳定，使得应力不能均匀释放；从而引发硅棒结构疏松、局部断裂、倒炉等不良后果。

多晶硅硅棒的产生过程中，还原炉频繁的发生裂棒或者倒炉的情况既影响单炉的产量，也造成生产成本过高。因此有必要提供一种可以延缓多晶硅还原炉调功柜退档速度的控制系统。

【发明内容】

本发明所要解决的技术问题在于提供一种可以延缓多晶硅还原炉调功柜退档时间的控制系统。

为解决上述技术问题，本发明揭露以下技术方案：提供一种多晶硅还原炉调功柜控制系统，包括由零线与火线构成的输入端以及由绕组线圈构成的输出端以及与绕组线圈一端电性连接的第一快速熔断器，所述输出端包括跨接在零线与火线上的电压传感器，所述绕组线圈一端与零线连接，另一端分别经过所述第一快速熔断器、电容、电阻及电流感应器后与火线连接，所述电容及电阻串联构成一组电子组件，所述控制系统还包括并联在电子组件两端的晶闸管以及与晶闸管的门极电性连接的控制模块，所述电流感应器及电压感应器分别向控制模块馈入信号。

进一步地，所述控制系统还包括与第一快速熔断器并联设置的第二快速熔断器，所述第二快速熔断器经过晶闸管与火线上的电流传感器串联连接。

进一步地，所述第一快速熔断器与第二快速熔断器并联作为向输出端提供电源的两个不同档位，控制模块根据电压传感器及电流传感器馈入的信号运算判断出输出端的功率变化后，通过向其中至少一组晶闸管输入脉冲信号来实现控制输出端的电压大小。

进一步地，所述第一组晶闸管的电压超出额定值时，控制模块向与第二快速熔断器串联的晶闸管输入脉冲信号，以激活第二组晶闸管所在的档位替代第一组晶闸管所在的档位向输出端提供电源，实现上述档位的变换，其中切换档位的时间为8秒~15秒。

进一步地，所述控制系统还包括一端连接在零线上，一端连接在第一快速熔断器与电子组件之间的吸能型晶闸管过压保护器。

进一步地，所述控制系统还包括一端连接在零线上，一端连接在电流感应器与电子组件之间的吸能型晶闸管过压保护器。

进一步地，所述电子组件两端并联有两个导向相反的晶闸管，所述两个晶闸管的门极分别与控制模块相连。

进一步地，所述电子组件中的电阻为无感电阻。

相较于现有技术，符合本发明的多晶硅还原炉调功柜控制系统具有更高的产出率、并且更加节能。

【附图说明】

图1为符合本发明的多晶硅还原炉调功柜控制系统第一实施例的电路图。

图2为符合本发明的多晶硅还原炉调功柜控制系统第二实施例的电路图。

【具体实施方式】

如图1所示为符合本发明的多晶硅还原炉调功柜控制系统第一实施例的主电路图，该第一实施例所揭露的多晶硅还原炉调功柜控制系统(简称控制系统1000)包括绕组线圈101和若干晶闸管构成的输入端100，零线U11与火线U12构成的输出端200，以及与绕组线圈101的一端电性连接的第一快速熔断器10，其中，输入端100与外部交流电源(未图示)耦合，输出端200与多晶硅硅棒(未图示)的两端连接。所述控制系统1000还包括跨接在零线U11与火线U12上并且靠近输出端200设置的电压传感器50以及串联在火线U12上的电流传感器60。所述控制系统1000还进一步包括与第一快速熔断器10并联设置的第二快速熔断器20。

所述第一快速熔断器10分别与一个电容11以及电阻12串联，所述电容11及电阻12串联构成一组第一电子组件15，所述第一电子组件15的两端分别并联设置有第一晶闸管14以及第二晶闸管13，其中第一晶闸管13与第二晶闸管14以导向相反的方式与第一电子组件15并联，并且第一晶闸管13与第二晶闸管14的门极均通过导线(未图示)与一控制模块S1电性连接。所述第二快速熔断器20分别与一个电容21以及电阻22串联，所述电容21及电阻22串联构成一组第二电子组件(未标号)，所述第二电子组件的两端分别并联设置有第三晶闸管24以及第四晶闸管23，其中第四晶闸管23与第三晶闸管24以导向相反的方式与第二电子组件并联，并且第三晶闸管24以及第四晶闸管23的门极均通过导线(未图示)与前述控制模块S1电性连接。所述电流感应器60及电压感应器50的引脚(未标号) 通过导线(未图示)分别向所述控制模块S1馈入信号。

所述输入端100向第一快速熔断器10与第二快速熔断器20分别提供不同档位的电源，第一快速熔断器10与第二快速熔断器20并联后与火线上的电流传感器60串联连接。控制系统1000运行时，假如多晶硅还原炉调功柜中的硅棒(未图示)阻值发生变化，则会导致输入端100的输出功率发生变化。所述电流感应器60及电压感应器50实时向上述控制模块S1馈入信号，当控制模块S1接收到输入端100的输出功率发生变化的信号后通过内置程序运算出处理结果，然后通过向第一晶闸管14、第二晶闸管13、第三晶闸管24以及第四晶闸管23中的任意一个输送脉冲指令，以实现控制第一晶闸管14、第二晶闸管13、第三晶闸管24以及第四晶闸管23的电压，进而实现多晶硅还原炉调功柜控制系统的档位变换。

优选地，当第一晶闸管14、第二晶闸管13输出的电压超出额定值时，控制模块S1会向第三晶闸管24以及第四晶闸管23输入脉冲信号，使得第二快速熔断器20所在的线路替代第一快速熔断器10所在的线路来实现上述档位的变换。优选地，其中在不同档位之间切换所需的时间为8秒~15秒，进而达到保护第一快速熔断器10或者第二快速熔断器20不被瞬间增大的电流烧坏的目的。

为了更好地实现上述保护作用，在该第一实施例中，所述控制系统1000还包括一端连接在零线U11上，一端连接在第一快速熔断器10与第一电子组件15之间的吸能型晶闸管过压保护器30，以及一端连接在零线U11上，一端连接在电流感应器60与第一电子组件15之间的吸能型晶闸管过压保护器40。优选地，所述第一电子组件15以及第二电子组件中的电阻均为无感电阻。

如图2所示，在符合本发明的第二实施例中，用于多晶硅还原炉调功柜的控制系统2000包括五个快速熔断器A1，A2，A3，A4，A5，外部交流电源从输入端300向控制系统2000提供电压，在控制模块S2的集中控制下构成可向输出端400提供电源的五个不同档位，其中快速熔断器A1至快速熔断器A5的额定电流依次减小，在硅棒产生初期由快速熔断器A5所在的线路向输出端提供电源。

与第一实施例中的控制系统1000发明构思相同地，快速熔断器A1与电容C1，电阻R1依次串联构成第一支路301，其中，在电容C1和电阻R1的两端分别并联设置有晶闸管1-VT11和晶闸管1-VT12两个极性反向设置的晶闸管；快速熔断器A2与电容C2，电阻R2依次串联构成第二支路302，其中，在电容C2和电阻R2的两端分别并联设置有晶闸管1-VT21和晶闸管1-VT22两个极性反向设置的晶闸管；快速熔断器A3与电容C3，电阻R3依次串联构成第三支路303，其中，在电容C3和电阻R3的两端分别并联设置有晶闸管1-VT31和晶闸管1-VT32两个极性反向设置的晶闸管；快速熔断器A4与电容C4，电阻R4依次串联构成第四支路304，其中，在电容C4和电阻R4的两端分别并联设置有晶闸管1-VT41和晶闸管1-VT42两个极性反向设置的晶闸管；快速熔断器A5与电容C5，电阻R5依次串联构成第五支路305，其中，在电容C5和电阻R5的两端分别并联设置有晶闸管1-VT51和晶闸管1-VT52两个极性反向设置的晶闸管。上述各晶闸管的门极通过导线与控制模块S2连接，各支路并联后与电流感应器TA1串联。

在第二实施例中，电流感应器TA1与电压感应器TV1的引脚(未标号)与控制模块S2电性连接，当输出端400对应的硅棒阻值发生变化进而需要的电流逐渐增加时，控制模块S2依次选择从第五支路305到第一支路301上支路的晶闸管输入脉冲信号，以控制向输出端400提供的电压，来实现降档保护线路的目的。进一步地，逐级降档的过程中，控制模块S2在给定的条件和时间下控制档位的变化，从而更好的保护整个线路中的快速熔断器不被烧毁。譬如，从第五支路305降档到第四支路304需要处理8秒至15秒，降档到第四支路304之后，如果给定条件不满足，则停留在第四档，如果满足给定条件再次降低到第三支路303所在的档位，则稳压5秒至10秒，以此类推，大大增加了退档工作的稳定性，有利于提高硅棒的品质。

进一步地，所述控制系统2000还包括一端连接在零线U21上，另一端连接在快速熔断器A5与电容C5之间的吸能型晶闸管过压保护器RV12，以及一端连接在零线U21上，另一端连接在电流感应器TA1与电阻R5之间的吸能型晶闸管过压保护器RV11。优选地，所述电阻R1，电阻R2，电阻R3，电阻R4和电阻R5均为无感电阻，并且各支路中所采用的晶闸管的规格不同。显然，多晶硅还原炉调功柜的档位并不限于第一实施例中的两档或者第二实施例中的五档，根据实际需要，完全可以增加或者减少档位的数量。

符合本发明的多晶硅还原炉调功柜控制系统通过合理的电路设计及控制程序来实现延缓退档的条件和时间，进而保护了快速熔断器不易被烧毁，使得整个系统不容易出现断电的结果，提高了还原炉的产量并且提高了硅棒的质量，具有较好的经济效益。

Claims (7)

1.一种多晶硅还原炉调功柜控制系统，包括由绕组线圈构成的输入端,由零线和火线构成的输出端,与绕组线圈电性连接的第一快速熔断器，所述输出端包括跨接在零线与火线上的电压传感器所述输出端包括跨接在零线与火线上的电压传感器，其特征在于：所述绕组线圈一端与零线连接，另一端经过所述第一快速熔断器、电容、电阻及电流感应器后与火线连接，所述电容及电阻串联构成一组电子组件，所述控制系统还包括并联在电子组件两端的晶闸管以及与晶闸管的门极电性连接的控制模块，所述电流感应器及电压感应器分别向控制模块馈入信号；控制模块根据电压传感器及电流传感器馈入的信号运算判断出输出端的功率变化后，通过向其中至少一个晶闸管输入脉冲信号来实现控制流经第一快速熔断器的电流大小；

所述控制系统还包括与第一快速熔断器并联设置的第二快速熔断器，所述第一快速熔断器与第二快速熔断器并联作为向输出端提供电源的两个不同档位。

2.如权利要求1所述的多晶硅还原炉调功柜控制系统，其特征在于：所述第二快速熔断器经过一组电子组件后与火线上的电流传感器串联连接。

3.如权利要求1所述的多晶硅还原炉调功柜控制系统，其特征在于：所述流经第一快速熔断器的电流超出额定值时，控制模块向与第二快速熔断器串联的晶闸管输入脉冲信号，以激活第二快速熔断器所在的档位替代第一快速熔断器所在的档位向输出端提供电源，实现上述档位的变换，其中切换档位的时间为8秒～15秒。

4.如权利要求1所述的多晶硅还原炉调功柜控制系统，其特征在于：所述控制系统还包括一端连接在零线上，一端连接在第一快速熔断器与电子组件之间的吸能型晶闸管过压保护器。

5.如权利要求1所述的多晶硅还原炉调功柜控制系统，其特征在于：所述控制系统还包括一端连接在零线上，一端连接在电流感应器与电子组件之间的吸能型晶闸管过压保护器。

6.如权利要求1至2任意一项所述的多晶硅还原炉调功柜控制系统，其特征在于：所述电子组件两端并联有两个导向相反的晶闸管，所述两个晶闸管的门极分别与控制模块相连。

7.如权利要求1至2任意一项所述的多晶硅还原炉调功柜控制系统，其特征在于：所述电子组件中的电阻为无感电阻。

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