CN203708115U - 一种液冷多晶硅还原炉高频加热电源逆变主电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种液冷多晶硅还原炉高频加热电源逆变主电路，包括相控SCR整流桥、逆变模块、电磁感应线圈，所述相控SCR整流桥分为多组SCR整流器，SCR整流器分别与直流母线并联，所述逆变模块包括第一、第二、第三、第90四、第五、第六逆变模块，逆变模块并联在直流母线上，每个逆变模块的输出中点并联均流电抗器之后，通过真空接触器连接到电磁感应线圈，所述第一、第三逆变模块连接到同一个电磁感应线圈，第二、第五逆变模块连接到同一个电磁感应线圈，第四、第六连接到同一个电磁感应线圈。采用电磁感应线圈加IGBT高频逆变电路，通过电磁感应线圈，将高频电流感应到原有的硅棒加热电流回路里，降低生产能耗，提高多晶硅还原反应的产量和转换效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及领域，尤其涉及一种液冷多晶硅还原炉高频加热电源逆变主电路。
背景技术
光伏发电所需的多晶硅材料目前大部分都采用“改进型西门子还原法”生产，即采用氢气为还原剂，在1100℃~1200℃的温度下，还原三氯化硅或四氯化硅，沉积形成多晶硅棒。随着炉内温度的升高，和硅棒截面积的增大，硅棒的电阻不断下降。而要维持还原反应的温度，必须保持加热功率不变。因此，必须根据硅棒的电阻值来调节加在硅棒两端电压。于是，在外部电源输入端，一般通过切换变压器输出的多个绕组实现电压的调节。
多晶硅棒为纯阻性负载，但由于目前采用较多的交流调压加热系统的频率一般多为50Hz或60Hz，使得多晶硅棒在加热的过程中，硅棒内部的温度比硅棒表面的温度要高，随着多晶硅棒的直径越来越大，表面温度和芯温的差越来越大，当内部温度达到1414度后，将导致出现棒芯熔毁的现象，从而限制了多晶硅棒直径大小，限制了还原炉产量的进一步提高，生产能耗较大。
实用新型内容
针对上述问题，本实用新型提供了一种提高多晶硅还原反应所生成的多晶硅棒的直径、降低多晶硅还原反应在加热时的能量消耗、提高多晶硅还原反应的产量和转换效率的液冷多晶硅还原炉高频加热电源逆变主电路。
为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种液冷多晶硅还原炉高频加热电源逆变主电路，包括相控SCR整流桥、逆变模块、电磁感应线圈，所述相控SCR整流桥分为多组SCR整流器，SCR整流器分别与直流母线并联，所述逆变模块包括第一、第二、第三、第四、第五、第六逆变模块，逆变模块并联在直流母线上，每个逆变模块的输出中点并联均流电抗器之后，通过真空接触器连接到电磁感应线圈，所述第一、第三逆变模块连接到同一个电磁感应线圈，第二、第五逆变模块连接到同一个电磁感应线圈，第四、第六连接到同一个电磁感应线圈。
进一步的，所述相控SCR整流桥有三组SCR整流器，各组SCR整流器通过隔离开关分别与分档输入的交流连接。
进一步的，所述逆变模块由三个开关管组并联而成，开关管是由IGBT与二极管并接而成。
进一步的，所述电磁感应线圈为螺线管形式。
由上述对本实用新型结构的描述可知，和现有技术相比，本实用新型具有如下优点：
1、本实用新型采用电磁感应线圈加IGBT高频逆变电路根据趋肤效应的原理，多晶硅棒中的电流都集中在硅棒表面部分，使得硅棒内部温度与硅棒表面温度相差减小，减少了熔芯的风险，提高了多晶硅棒的生长直径，因此在相同还原炉的情况下，可以生产更大直径的多晶硅棒，提高了产量；减少了多晶硅生产过程中的时间，减少加热能耗，提高系统效率。
2、通过相控SCR整流桥，将输入的交流电整流成逆变所需的直流电，同时，对于多组分档输入的交流，也通过对应的SCR整流桥进行整流，直流母线并联在一起而交流输入分开，各组整流SCR也起到分档交流输入的切换作用；相控SCR具有功率容量大，容易冷却，控制简单的优点。
3、高频电流并不是直接加在硅棒两端，而是通过电磁感应线圈，将高频电流感应到原有的硅棒加热电流回路里面去，这样做带来的好处是，原有加热设备不需要改动，新的高频加热设备与原有加热设备之间没有电气上的直接联系，不会带来切换时序设计、故障保护逻辑等问题，同时由于高频加热使得硅棒的电阻变大，硅棒两端的电压升高，高频加热电源的器件成本同时升高。通过电磁感应来传递高频加热功率的方式能够采用通用的IGBT模块，通过电磁器件的耦合和变比，在硅棒加热主回路中形成高频感应电流。
4、采用相控SCR水冷加逆变IGBT水冷的冷却方式，大大提高功率密度，减小电源的体积，为在工厂狭窄的环境中使用带来便利。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1为本实用新型一种液冷多晶硅还原炉高频加热电源逆变主电路；
图2为本实用新型电磁感应线圈和主功率铜排连接关系图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
实施例
参考图1，一种液冷多晶硅还原炉高频加热电源逆变主电路，包括相控SCR整流桥、逆变模块、电磁感应线圈，所述相控SCR整流桥分为多组SCR整流器，SCR整流器分别与直流母线并联，所述逆变模块包括第一、第二、第三、第四、第五、第六逆变模块，逆变模块并联在直流母线上，每个逆变模块的输出中点并联均流电抗器之后，通过真空接触器连接到电磁感应线圈，所述第一、第三逆变模块连接到同一个电磁感应线圈，第二、第五逆变模块连接到同一个电磁感应线圈，第四、第六连接到同一个电磁感应线圈。
根据趋肤效应的原理，多晶硅棒中的电流都集中在硅棒表面部分，使得硅棒内部温度与硅棒表面温度相差减小，减少了熔芯的风险，提高了多晶硅棒的生长直径，因此在相同还原炉的情况下，可以生产更大直径的多晶硅棒，提高了产量；减少了多晶硅生产过程中的时间，减少加热能耗，提高系统效率。
参考图2，逆变采用IGBT高频斩波逆变，逆变输出频率可以根据上级控制器的指令进行调节，在硅棒切入高频电源阶段，由于硅棒直径较小，同时切换过程中硅棒的温度有所降低，硅棒的电阻相对较大，硅棒两端的电压需求较高。通过此设计，高频电流并不是直接加在硅棒两端，而是通过电磁感应线圈，将高频电流感应到原有的硅棒加热电流回路里面去。这样做带来的好处是，原有加热设备不需要改动，新的高频加热设备与原有加热设备之间没有电气上的直接联系，不会带来切换时序设计、故障保护逻辑等问题，同时由于高频加热使得硅棒的电阻变大，硅棒两端的电压升高，高频加热电源的器件成本同时升高。通过电磁感应来传递高频加热功率的方式能够采用通用的IGBT模块，通过电磁器件的耦合和变比，在硅棒加热主回路中形成高频感应电流。
采用相控SCR水冷加逆变IGBT水冷的冷却方式，大大提高功率密度，减小电源的体积，为在工厂狭窄的环境中使用带来便利。
所述相控SCR整流桥有三组SCR整流器，各组SCR整流器通过隔离开关分别与分档输入的交流连接，过相控SCR整流桥，将输入的交流电整流成逆变所需的直流电，同时，对于多组分档输入的交流，也通过对应的SCR整流桥进行整流，直流母线并联在一起而交流输入分开，各组整流SCR也起到分档交流输入的切换作用；相控SCR具有功率容量大，容易冷却，控制简单的优点。
所述逆变模块由三个开关管组并联而成，开关管是由IGBT与二极管并接而成。
所述电磁感应线圈为螺线管形式，让原有的工频加热电流流过的铜排穿过自己的管心。
在硅棒的点火状态，由于采用高电压点火，真空接触器处于断开状态，断开硅棒和逆变器，隔离硅棒上高压对逆变器的影响。硅棒点火结束，即进入工频加热状态，此时由于硅棒直径不大，电阻较高，通过切换变压器绕组进行工频加热。工频加热到一定程度，硅棒的直径增大到一定程度之后，采用高频电源进行加热，此时根据上级控制器指令，真空接触器闭合，直流母线软起之后，电磁感应线圈励磁之后，逆变器输出高频斩波电流，此电流通过电磁感应线圈，在原有加热主回路中感生出高频电流，增大加热电流的高频电流成分，用以加热硅棒。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种液冷多晶硅还原炉高频加热电源逆变主电路，包括相控SCR整流桥、逆变模块、电磁感应线圈，其特征在于：所述相控SCR整流桥分为多组SCR整流器，SCR整流器分别与直流母线并联，所述逆变模块包括第一、第二、第三、第四、第五、第六逆变模块，逆变模块并联在直流母线上，每个逆变模块的输出中点并联均流电抗器之后，通过真空接触器连接到电磁感应线圈，所述第一、第三逆变模块连接到同一个电磁感应线圈，第二、第五逆变模块连接到同一个电磁感应线圈，第四、第六连接到同一个电磁感应线圈。
2.根据权利要求1所述一种液冷多晶硅还原炉高频加热电源逆变主电路，其特征在于：所述相控SCR整流桥有三组SCR整流器，各组SCR整流器通过隔离开关分别与分档输入的交流连接。
3.根据权利要求1所述一种液冷多晶硅还原炉高频加热电源逆变主电路，其特征在于：所述逆变模块由三个开关管组并联而成，开关管是由IGBT与二极管并接而成。
4.根据权利要求1所述一种液冷多晶硅还原炉高频加热电源逆变主电路，其特征在于：所述电磁感应线圈为螺线管形式。
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