CN202072794U - 全数字节能型太阳能用单晶生长电源及控制装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种全数字节能型太阳能用单晶生长电源及控制装置，包括动力柜、主真空泵、副真空泵、液压泵、消谐滤波无功补偿装置、逆变装置水冷干式调功中高频电源变压器、调功控制器、温度传感器、整流装置、加热功率输出电阻、位置控制、红外测温、炉体、真空计、晶转控制、晶升控制、锅转控制、锅升控制、全数字式电气控制装置、水泵控制阀、氩气阀、水流量传感器和报警装置组成；可以对单晶炉晶体生长过程引晶、放肩、等径、收尾四个过程实现自动控制，以提高引晶效率和成材率，达到节约能源的目的。

Description

全数字节能型太阳能用单晶生长电源及控制装置

技术领域

本实用新型涉及一种为太阳能用单晶生长设备提供一种全数字节能型单晶生长电源及控制装置。

背景技术

我国硅单晶生长设备-单晶炉生产厂家为我国的集成电路产业、太阳能光伏产业乃至世界的太阳能光伏产业做出了巨大贡献，促进了世界太阳能光伏产业的进步与发展，为进一步利用可再生清洁能源-太阳能提供了有力保障。“祖国、荣誉、责任”，硅单晶生产设备-单晶炉生产厂家和研究单位要有强烈的社会责任感，以发展集成电路和太阳能光伏产业为己任，努力开拓进取，不断开发出市场需要的优质专用设备。

目前我国在设备方面与国际同类型相比，尚有很大差距，制造技术、电气控制技术也落后于国际先进水平，为了推动我国的晶材料工业的发展，必须积极开展装备中关键技术的研究，从而带动和发展我国的硅体生长设备，逐步缩小与世界水平的差距。随着太阳能产业的迅速发展，生产太阳能电池所需要的半导体材料单晶急剧增加，对单晶生长设备的需求越来越大，而随着单晶设备的增多，对单晶炉加热电源高效节能的要求也越来越高。加热电源是单晶生长设备的重要组成部分，随着需求量的增加，对其能耗提出了较高的要求。针对这类设备本发明设计一套全数字节能型太阳能用单晶生长电源及控制装置可以有效解决上述问题。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题如何对单晶生长电源进行有效控制，达到节约能源的目的。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种全数字节能型太阳能用单晶生长电源及控制装置，包括动力柜、主真空泵、副真空泵、液压泵、消谐滤波无功补偿装置、逆变装置水冷干式调功中高频电源变压器、调功控制器、温度传感器、整流装置、加热功率输出电阻、位置控制、红外测温、炉体、真空计、晶转控制、晶升控制、锅转控制、锅升控制、全数字式电气控制装置、水泵控制阀、氩气阀、水流量传感器和报警装置组成；其特征在于：动力柜的输出端分别与主真空泵、副真空泵、液压泵、消谐滤波无功补偿装置连接；动力柜的输入端接三相电源；消谐滤波无功补偿装置的输出端与逆变装置水冷干式调功中高频电源变压器的输入端连接；逆变装置水冷干式调功中高频电源变压器的输出端与整流装置的输入端连接；整流装置的输出端与加热功率输出电阻的输入端连接；加热功率输出电阻的输出端与炉体连接；水流量传感器的输入端与逆变装置水冷干式调功中高频电源变压器的输出管道连接，水流量传感器的信号输出端与全数字式电气控制装置的A/D口模块连接；水泵控制阀、氩气阀和报警装置的输入端分别与全数字式电气控制装置的I/O口模块连接；水泵控制阀的输出端与逆变装置水冷干式调功中高频电源变压器的冷却管路连接；调功控制器的输入端与全数字式电气控制装置的I/O口模块连接；调功控制器的输出端与逆变装置水冷干式调功中高频电源变压器的功率模块的控制端连接；温度传感器的输入端与逆变装置水冷干式调功中高频电源变压器(6)的发热体连接；温度传感器的输出端与全数字式电气控制装置的A/D口模块连接；晶转控制、晶升控制、锅转控制、锅升控制的输入端分别与全数字式电气控制装置的I/O口模块连接；晶转控制、晶升控制、锅转控制、锅升控制的输出端分别与炉体连接；位置控制、红外测温、真空计的输入端分别与炉体连接；位置控制、红外测温、真空计的输出端分别与全数字式电气控制装置的A/D口模块连接。

全数字式电气控制装置为具有网络接口的OPTO22构成。

加热功率输出电阻为石墨电阻。

消谐滤波无功补偿装置由电感和电容串联组成滤波电路并联在线路上。

晶转控制、锅转控制由交流伺服电机控制；晶升控制、锅升控制由直流伺服电机控制。

本实用新型具有积极的效果：(1)本实用新型的全数字节能型太阳能用单晶生长电源及控制装置，运用全数字化、交直流伺服，对单晶生长全过程的所有参数和运动进行全自动控制，提高参数采集的准确性和控制精度，提高硅晶体的成材率。(2)本实用新型的全数字节能型太阳能用单晶生长电源及控制装置，为了提高单晶炉加热电源的工作效率，提出采用中高频逆变的方式设计大电流直流电源。(3)本实用新型的全数字节能型太阳能用单晶生长电源及控制装置，可以有效解决单晶炉电源传统方式直接利用变压器三相降压整流获得直流电源，而存在在不同负载时变压器功率因数不同，导致在低负载时功率因数过低，谐波含量过高损耗增加，本实用新型提出一种适应于整个工作电压范围内，电压全范围调节的干式调功中高频逆变电源。(4)本实用新型的全数字节能型太阳能用单晶生长电源及控制装置，采用OPTO22PAC网络传输模式进行数据传输，大大降低了连线数量，便于维护和调试。

附图说明

图1为实施例1的全数字节能型太阳能用单晶生长电源及控制装置结构图。

具体实施方式

见图1所示，本实施例的全数字节能型太阳能用单晶生长电源及控制装置，包括动力柜1、主真空泵2、副真空泵3、液压泵4、消谐滤波无功补偿装置5、逆变装置水冷干式调功中高频电源变压器6、调功控制器7、温度传感器8、整流装置9、加热功率输出电阻10、位置控制11、红外测温12、炉体13、真空计14、晶转控制15、晶升控制16、锅转控制17、锅升控制18、全数字式电气控制装置19、水泵控制阀20、氩气阀21、水流量传感器22和报警装置23组成；其特征在于：动力柜1的输出端分别与主真空泵2、副真空泵3、液压泵4、消谐滤波无功补偿装置5连接；动力柜1的输入端接三相电源；消谐滤波无功补偿装置5的输出端与逆变装置水冷干式调功中高频电源变压器6的输入端连接；逆变装置水冷干式调功中高频电源变压器6的输出端与整流装置9的输入端连接；整流装置9的输出端与加热功率输出电阻10的输入端连接；加热功率输出电阻10的输出端与炉体13连接；水流量传感器22的输入端与逆变装置水冷干式调功中高频电源变压器6的输出管道连接，水流量传感器22的信号输出端与全数字式电气控制装置19的A/D口模块连接；水泵控制阀20、氩气阀21和报警装置23的输入端分别与全数字式电气控制装置19的I/O口模块连接；水泵控制阀20的输出端与逆变装置水冷干式调功中高频电源变压器6的冷却管路连接；调功控制器7的输入端与全数字式电气控制装置19的I/O口模块连接；调功控制器7的输出端与逆变装置水冷干式调功中高频电源变压器6的功率模块的控制端连接；温度传感器8的输入端与逆变装置水冷干式调功中高频电源变压器6的发热体连接；温度传感器8的输出端与全数字式电气控制装置19的A/D口模块连接；晶转控制15、晶升控制16、锅转控制17、锅升控制18的输入端分别与全数字式电气控制装置19的I/O口模块连接；晶转控制15、晶升控制16、锅转控制17、锅升控制18的输出端分别与炉体13连接；位置控制11、红外测温12、真空计14的输入端分别与炉体13连接；位置控制11、红外测温12、真空计14的输出端分别与全数字式电气控制装置19的A/D口模块连接。

全数字式电气控制装置19为具有网络接口的OPTO22构成。

加热功率输出电阻10为石墨电阻。

消谐滤波无功补偿装置5由电感和电容串联组成滤波电路并联在线路上。

晶转控制15、锅转控制17由交流伺服电机控制；晶升控制16、锅升控制18由直流伺服电机控制。

本实施例全数字节能型太阳能用单晶生长电源及控制装置的工作原理和过程如下：

全数字节能型太阳能用单晶生长电源及控制装置主要包括大功率调功器(主要由动力柜1、消谐滤波无功补偿装置5、逆变装置水冷干式调功中高频电源变压器6、整流装置9、加热功率输出电阻10组成)和全数字式电气控制装置19两部分组成。大功率调功器主要负责对直拉式单晶炉炉体13加热(纯电阻负载)，并保持温度恒定(一般1400℃，温度波动的控制范围极小，在0.1℃以内)，大功率调功器输出参数要求(电流3000A、电压55VDC)，消耗功率较大，为了节约能源，本实用新型全数字节能型太阳能用单晶生长电源及控制装置提出一种逆变装置水冷干式调功中高频电源变压器6，可以有效降低能耗，达到节约能源目的；而数字式电气控制装置18主要负责对表面温度的控制。直拉式单晶炉是以直拉法从熔化的多晶硅溶液中生长硅单晶的专用设备。单晶炉晶体生长过程由引晶、放肩、等径、收尾四个阶段组成，其中等径阶段根据温度、重量、直径等因素动态控制晶体提升速度、坩埚提升速度和温度控制，由于运动环境比较恶劣，有较大干扰，含有纯大滞后环节，控制不当容易引起系统超调和持续的振荡，会导致晶棒断线、扭曲、晶棒不易等径、引晶速度慢等问题出现，通常对于一台新设备需要在现场反复试验，一般需要3-4个月时间才能拉出一根完整晶棒来，这样使生产效率严重低下，且浪费大量能源，主要原因是在晶体提升速度、晶体旋转速度、坩埚提升速度、坩埚旋转速度和温度等方面控制均需要进行严格的控制，本实用新型全数字节能型太阳能用单晶生长电源及控制装置可以提供一种合理有效的晶体提升、晶体旋转、坩埚提升、坩埚旋转速度以及加热温度等方面的控制方法。

全数字节能型太阳能用单晶生长电源及控制装置主要技术参数：

(1)输入额定电压：3AC380/410V，额定频率：50/60Hz；

(2)输出额定容量：240KVA，额定电压：DC0-80V，额定电流：DC0-3000A；

(3)负载：石墨加热器；

(4)变压器结构：单相；

(5)调压方式：变压器一次侧调压；

(6)具有恒压、恒流和恒功率输出控制等功能；

(7)功率因数大于0.95；

(8)总谐波含量小于5％；

(9)整机转换效率大于94％。

Claims (5)

1.全数字节能型太阳能用单晶生长电源及控制装置，包括动力柜(1)、主真空泵(2)、副真空泵(3)、液压泵(4)、消谐滤波无功补偿装置(5)、逆变装置水冷干式调功中高频电源变压器(6)、调功控制器(7)、温度传感器(8)、整流装置(9)、加热功率输出电阻(10)、位置控制(11)、红外测温(12)、炉体(13)、真空计(14)、晶转控制(15)、晶升控制(16)、锅转控制(17)、锅升控制(18)、全数字式电气控制装置(19)、水泵控制阀(20)、氩气阀(21)、水流量传感器(22)和报警装置(23)组成；其特征在于：动力柜(1)的输出端分别与主真空泵(2)、副真空泵(3)、液压泵(4)、消谐滤波无功补偿装置(5)连接；动力柜(1)的输入端接三相电源；消谐滤波无功补偿装置(5)的输出端与逆变装置水冷干式调功中高频电源变压器(6)的输入端连接；逆变装置水冷干式调功中高频电源变压器(6)的输出端与整流装置(9)的输入端连接；整流装置(9)的输出端与加热功率输出电阻(10)的输入端连接；加热功率输出电阻(10)的输出端与炉体(13)连接；水流量传感器(22)的输入端与逆变装置水冷干式调功中高频电源变压器(6)的输出管道连接，水流量传感器(22)的信号输出端与全数字式电气控制装置(19)的A/D口模块连接；水泵控制阀(20)、氩气阀(21)和报警装置(23)的输入端分别与全数字式电气控制装置(19)的I/O口模块连接；水泵控制阀(20)的输出端与逆变装置水冷干式调功中高频电源变压器(6)的冷却管路连接；调功控制器(7)的输入端与全数字式电气控制装置(19)的I/O口模块连接；调功控制器(7)的输出端与逆变装置水冷干式调功中高频电源变压器(6)的功率模块的控制端连接；温度传感器(8)的输入端与逆变装置水冷干式调功中高频电源变压器(6)的发热体连接；温度传感器(8)的输出端与全数字式电气控制装置(19)的A/D口模块连接；晶转控制(15)、晶升控制(16)、锅转控制(17)、锅升控制(18)的输入端分别与全数字式电气控制装置(19)的I/O口模块连接；晶转控制(15)、晶升控制(16)、锅转控制(17)、锅升控制(18)的输出端分别与炉体(13)连接；位置控制(11)、红外测温(12)、真空计(14)的输入端分别与炉体(13)连接；位置控制(11)、红外测温(12)、真空计(14)的输出端分别与全数字式电气控制装置(19)的A/D口模块连接。

2.根据权利要求1所述的全数字节能型太阳能用单晶生长电源及控制装置，其特征在于：所述的全数字式电气控制装置(19)为具有网络接口的OPTO22构成。

3.根据权利要求1所述的全数字节能型太阳能用单晶生长电源及控制装置，其特征在于：所述的加热功率输出电阻(10)为石墨电阻。

4.根据权利要求1所述的全数字节能型太阳能用单晶生长电源及控制装置，其特征在于：所述的消谐滤波无功补偿装置(5)由电感和电容串联组成滤波电路并联在线路上。

5.根据权利要求1所述的全数字节能型太阳能用单晶生长电源及控制装置，其特征在于：所述的晶转控制(15)、锅转控制(17)由交流伺服电机控制；晶升控制(16)、锅升控制(18)由直流伺服电机控制。