CN202297148U - 用于多晶硅生产的供电调节系统 - Google Patents

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毛涛涛
严大洲
毋克力
肖荣晖
汤传斌
李超林
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Abstract

本实用新型提出一种用于多晶硅生产的供电调节系统，包括：电流检测元件，用于检测通过硅棒的电流；电压检测元件，用于检测硅棒的电压；变压器，其输出端具有多个抽头，用于输出多个不同等级的电压；多组晶闸管，每组晶闸管分别与每个抽头相连，用于控制电压的输出；和控制器，与电流检测元件、电压检测元件和每组晶闸管连接，用于设置电流与电压的匹配关系，根据检测到的电流值确定期望电压值，并将期望电压值与电压检测元件检测到的电压值进行比较，以及根据比较的结果控制晶闸管。本实用新型通过采用多层电源叠层控制技术，使每组功率回路接收多种电压等级的电源，叠层输出功率电源，有效地提高还原功率、减小电源谐波，并且显著地节能降耗。

Description

用于多晶硅生产的供电调节系统
技术领域
本实用新型涉及多晶硅生产技术领域，特别涉及一种用于多晶硅生产的供电调节系统。 
背景技术
改良西门子法采用纯氢还原三氯氢硅的方式生产多晶硅。具体地，在进行化学气相沉积之前，由于硅在常温时的电阻率很高，因此硅芯必须被加热至300℃或更高或者用几千伏至十几千伏的高压电启动。然后，利用串联多晶硅芯作为纯电阻负载的加热器，在硅棒表面温度为1050℃左右时发生还原反应，使反应生成的硅沉积在硅芯上，慢慢沉积变粗形成多晶硅棒。 
在多晶硅气相沉积生产过程中，所需供电调节的特点是：还原初期小功率、高电压；还原末期大功率、低电压、大电流。 
为了调整输出电压满足整个还原周期内的功率需求，现有的解决方法包括多抽头单层调压方式和切换硅棒连接的多抽头单层调整方式等。 
现有的技术方案存在以下的技术问题：操作麻烦、电源谐波成分高、功率因数低、变压器效率低、设备浪费严重、调整时间长、生产成本高。 
实用新型内容
本实用新型的目的旨在至少解决上述技术缺陷之一。 
为达到上述目的，本实用新型提出一种用于多晶硅生产的供电调节系统，包括：电流检测元件，用于检测通过硅棒的电流；电压检测元件，用于检测所述硅棒的电压；变压器，所述变压器的输出端具有多个抽头，用于输出多个不同等级的电压；多组晶闸管，所述多组晶闸管中的每组分别与所述变压器的多个抽头中的每个相连，用于控制电压的输出；和控制器，所述控制器与所述电流检测元件、所述电压检测元件和每组所述晶闸管连接，用于设置电流与电压的匹配关系，所述控制器根据所述电流检测元件检测到的电流值确定期望电压值，并将所述期望电压值与所述电压检测元件检测到的电压值进行比较，以及根据所述比较的结果控制所述晶闸管。 
根据本实用新型实施例的用于多晶硅生产的供电调节系统，采用多层电源叠层控制技术，使每组功率回路接收多种电压等级的电源，叠层输出功率电源，有效地提高还原功率、减小电源谐波，并且显著地节能降耗。 
在本实用新型的一个实施例中，每组晶闸管包括两个反并联的晶闸管。 
在本实用新型的一个实施例中，所述控制器根据所述比较的结果控制所述晶闸管进一步包括：如果所述期望电压值与所述电压检测元件检测到的电压值一致，则不进行调整；如果所述期望电压值与所述电压检测元件检测到的电压值不一致，则根据所述期望电压值选择导通的晶闸管并控制晶闸管的导通角。 
在本实用新型的一个实施例中，所述供电调节系统还包括负载断路器，所述负载断路器连接在所述硅棒与所述控制器之间，用于切断所述硅棒与所述变压器的连接。 
在本实用新型的一个实施例中，所述抽头的个数为4～5个。所述抽头的个数与所述晶闸管的组数相同。 
在本实用新型的一个实施例中，所述变压器的输入电压为10kV。 
在本实用新型的一个实施例中，所述控制器为脉冲控制器。 
本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。 
附图说明
本实用新型上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中： 
图1为本实用新型实施例的用于多晶硅生产的供电调节系统的示意图； 
图2为本实用新型实施例的一个电压等级输出回路的示意图；以及 
图3为本实用新型实施例的晶闸管的工作原理示意图，其中图3(a)为等效电路示意图，图3(b)为关键信号的波形图。 
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。 
下面结合图1和图2详细描述本实用新型实施例的用于多晶硅生产的供电调节系统。 
如图1和图2所示，该供电调节系统包括：电流检测元件100、电压检测元件200、变压器300、多组晶闸管400和控制器500。 
电流检测元件100与负载(即硅棒)600串联，用于检测通过硅棒600的电流。电压检测元件200与硅棒600并联，用于检测硅棒600的电压。变压器300的输出端具有多个抽头，用于输出不同等级的电压至硅棒600。多组晶闸管400的每组分别与变压器300的多个抽头中的每个相连，用于控制电压的输出。应理解的是，晶闸管400的组数与抽头的个数相同。 
控制器500与电流检测元件100、电压检测元件200和每组晶闸管400连接，在控制器500中设置有电流与电压的匹配关系，控制器500接收到电流检测元件100检测到的电流值后，根据所述电流与电压的匹配关系，确定出当前的期望电压值，然后将期望电压值与电压检测元件200检测到的电压值进行比较，根据比较的结果控制晶闸管400。 
具体地，当期望电压值与检测到的电压值不一致时，控制器500根据期望电压值的大小，判断期望电压值所属的电压等级，选择导通的晶闸管400，再根据具体的电压值控制晶闸管400的导通角，输出合适的电压。 
如图3所示为每组晶闸管400的工作原理示意图，其中u为变压器抽头电压，ug为控制器脉冲信号，ud为晶闸管400经过调压之后的输出电压，VT1和VT2为两个反并联的晶闸管。在第一个交流正半波ωt1时刻，ug脉冲电压使VT1晶闸管导通，在电压过零后，VT1晶闸管自然关断；在负半波ωt1+π时刻，ug又控制VT2晶闸管导通，在电压过零后，VT2晶闸管自然关断，下一个周期ωt1+2π时刻又控制导通VT1晶闸管，周而复始。通过控制ωt1导通时刻，可以改变ud的输出波形，从而获得所期望的输出电压。 
由此，根据本实用新型实施例的用于多晶硅生产的供电调节系统，通过采用多层电源叠层控制技术，使每组功率回路接收多种电压等级的电源，叠层输出功率电源，有效地提高还原功率、减小电源谐波，并且显著地节能降耗。 
在本实用新型的一个具体示例中，变压器300的输入电压为10kV。 
应理解的是，本实用新型的供电调节系统还可包括负载断路器700。负载断路器700连接在硅棒与控制器之间，用于切断硅棒与变压器之间的连接。例如，当多晶硅生产结束时或者发生危险时，快速断开负载断路器700，从而快速断开硅棒与电源的连接，避免事故的发生。 
还应理解的是，抽头的个数可根据实际需要而任意设定。在本实用新型的一个实施例中，抽头的个数为4～5个。 
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同限定。 

Claims (8)

1.一种用于多晶硅生产的供电调节系统，其特征在于，包括：
电流检测元件，用于检测通过硅棒的电流；
电压检测元件，用于检测所述硅棒的电压；
变压器，所述变压器的输出端具有多个抽头，用于输出多个不同等级的电压至所述硅棒；
多组晶闸管，所述多组晶闸管中的每组分别与所述变压器的多个抽头中的每个相连，用于控制电压的输出；和
控制器，所述控制器与所述电流检测元件、所述电压检测元件和每组所述晶闸管连接，用于设置电流与电压的匹配关系，所述控制器根据所述电流检测元件检测到的电流值确定期望电压值，并将所述期望电压值与所述电压检测元件检测到的电压值进行比较，以及根据所述比较的结果控制所述晶闸管。
2.根据权利要求1所述的用于多晶硅生产的供电调节系统，其特征在于，每组晶闸管包括两个反并联的晶闸管。
3.根据权利要求1所述的用于多晶硅生产的供电调节系统，其特征在于，所述控制器根据所述比较的结果控制所述晶闸管进一步包括：
如果所述期望电压值与所述电压检测元件检测到的电压值一致，则不进行调整；
如果所述期望电压值与所述电压检测元件检测到的电压值不一致，则根据所述期望电压值选择导通的晶闸管并控制晶闸管的导通角。
4.根据权利要求1所述的用于多晶硅生产的供电调节系统，其特征在于，还包括：
负载断路器，所述负载断路器连接在所述硅棒与所述控制器之间，用于切断所述硅棒与所述变压器的连接。
5.根据权利要求1所述的用于多晶硅生产的供电调节系统，其特征在于，所述抽头的个数为4～5个。
6.根据权利要求1所述的用于多晶硅生产的供电调节系统，其特征在于，所述抽头的个数与所述晶闸管的组数相同。
7.根据权利要求1所述的用于多晶硅生产的供电调节系统，其特征在于，所述变压器的输入电压为10kV。
8.根据权利要求1所述的用于多晶硅生产的供电调节系统，其特征在于，所述控制器为脉冲控制器。
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