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多晶硅复原炉电气系统的规划和使用

来源:http://hi-infidelity.com 责任编辑:环亚ag88手机版 更新日期:2018-10-28 16:59 字体:
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  多晶硅复原炉电气系统的规划和使用

  一. 总述

  多晶硅复原炉电气体系的首要设备是大功率调压器。调压器所带负载是多晶硅棒串联而成的纯电阻负载。调压器的作用实践上是对负载电阻进行电加热,而且坚持硅棒表面温度稳定(一般1080℃)。硅棒串联而成的电阻是一个改动的电阻:榜首,硅棒温度从常温上升到1000℃,Φ8直径硅芯电阻从几百kΩ下降到几十Ω;第二,坚持硅棒表面温度1080℃,硅棒直径从Φ8添加到Φ150,硅棒电阻从几十Ω下降到几十mΩ。可见硅棒电阻大规模改动引起调压器输出电压和电流的调理规模大是这种调压器的规划特色。依照实践作业的性质,调压器分为硅棒温度从常温加热到1000℃的预热调压器和硅棒直径从Φ8添加到终究直径而且始终坚持硅棒表面温度1080℃的复原调压器。

  预热调压器作业过程中硅棒温度从常温加热到1000℃,其首要困难是硅棒初始电阻R太大,加热功率正比于V2/R,电阻大必定要求供电电压高(乃至需十几kV),一般应尽可能下降电阻R。常用办法有进步炉壁冷却液的温度,加粗硅芯直径,对硅芯参杂,炉内注入高温等离子体或放置卤钨灯等等。预热调压器作业时刻十几分钟,功率30-200kVA。

  复原调压器输出功率用于加热硅棒,硅棒再经过辐射、传导和对流方法将功率传递给复原炉内的反响气体和炉壁的冷却液。随硅棒直径添加,反响气体流量加大,炉内的反响气体和炉壁的冷却液带走的热量添加,调压器输出功率越来越大。工艺对复原炉提出的技能要求如图一所示。复原调压器规划有必要满意工艺上随直径Φ改动,电压V、电流I和功率P的供电要求。一起,要点考虑高电压的电气结构问题、大电流的电气结构问题、负载电阻改动引起的调理器参数规划问题、调压规模大引起的功率因数低和谐波问题、结构上的环流问题、硅棒受阻、裂棒检测及断电再上电等辅佐功用问题。

  多晶硅复原炉电气体系除了调压器以外还有一套计算机办理、操作体系。它的首要功用是:

  1. 对统辖的一切复原炉电气设备(调压器、变压器、开关柜)进行数字通信。
2. 对统辖的一切复原炉电气设备的电气数据进行画面显现和曲线记载,而且对一切复原炉电气设备的毛病进行画面提示和记载。
3. 对统辖的一切复原炉电气设备进行画面操作。

  该体系选用双冗余计算机和光纤通信,可靠性高、抗搅扰能力强。

  现在,世界上对我国实施复原炉电气体系的技能封闭,同类进口产品仅仅世界九十年代初的水平。要想规划出习惯我国复原炉内硅棒不断增多、直径不断长粗、气体压力不断增高的复原炉电气体系,依然需求依托我国电气同行的共同努力。
 

  二. 预热调压器的规划

  现在比较盛行的预热方法是直接选用高压调压电源进行预热,而不是用高温等离子体或放置卤钨灯等方法。因为在把握了电极绝缘技能的状况下,高压调压电源进行预热,工艺优势比较大。

  预热调压器计划1,380V沟通电压经过沟通调压器调压后连接到升压变压器原边。变压器副边1档额外输出V1(例如12kV)、2档额外输出V2(例如6kV)、3档额外输出V3(例如3kV)。K1真空接触器吸合,调压输出规模V1-V2;K2真空接触器吸合,调压输出规模V2-V3;K3真空接触器吸合,调压输出规模V3-1000℃硅棒电压。计划1的缺陷是真空接触器体积较大,维护多、切换时刻较长。长处是不考虑环流问题。

  预热调压器计划2,380V沟通电压经过沟通调压器Q1调压后连接到升压变压器原边1档,变压器副边额外输出电压V1(例如12kV),调压输出规模V1-V2。380V沟通电压经过沟通调压器Q2调压后连接到升压变压器原边2档,变压器副边额外输出电压V2(例如6kV),调压输出规模V2-V3。380V沟通电压经过沟通调压器Q3调压后连接到升压变压器原边3档,变压器副边额外输出电压V3(例如3kV),调压输出规模V3-1000℃硅棒电压。计划2不是真空接触器换档而是可控硅换档,无换档时刻。可是图三中存在不同档的两个可控硅注册构成变压器原边两个抽头短路的环流可能性。因而,计划2的中心技能是确保任何一档可控硅作业时,其他档可控硅处于脉冲封闭状况,绝不会发生环流。实践上环流是两个原因构成的:一是应该关断的可控硅在搅扰状况下误触发导通;二是应该关断的可控硅接受很大的dv/dt而导通。因而,主回路应该经过阻容吸收电路按捺可控硅两头的电压尖峰和dv/dt,操控回路应该采纳抗搅扰办法。

依据经历,预热调压器最高输出电压:硅棒长度×700V/米(炉壁冷却液温度240℃);硅棒长度×1500V/米(炉壁冷却液温度130℃)。当预热调压器最高输出电压超越炉底电极绝缘电压时,能够选用短对计划,也能够选用多电源计划。

  短对计划中K1和K2真空接触器先吸合,预热调压器为一对棒加热到1000℃。然后K1真空接触器吸合、K2断开,预热调压器为1000℃的一对棒和常温的一对棒串联加热,使两对棒都加热到1000℃。最终K1、K2都断开,预热调压器为1000℃的两对棒和常温的一对棒串联加热,使三对棒都加热到1000℃。短对计划的首要缺陷是把1000℃的硅棒和常温的硅棒串联再加热时,因为常温硅棒电阻很大,10000C的硅棒没有获取功率而温度下降,硅棒温度重复动摇简单呈现裂棒乃至倒棒。

多电源计划不会呈现温度动摇问题。对应预热调压器1的一对硅棒先到1000℃,因为它对炉内温度的加热,使对应预热调压器2的两对硅棒的最高每米电压值下降,预热调压器2能够加热两对硅棒到1000℃。两个预热调压电源相位互差120°,三根预热母线中恣意两根线的电压不超越预热调压器最高输出电压。

为了简化设备,一般选用1套预热调压器对N台炉进行预加热。9对棒复原炉预加热体系原理,K1真空断路器断开,避免高压参加A相复原调压器。K2吸合,对1#炉A相3对棒预热。预热完毕,K2断开,K1吸合,A相3对棒开端由A相复原调压器供电。相同,K3真空断路器断开,避免高压参加B相复原调压器。K4吸合,对1#炉B相3对棒预热。预热完毕,K4断开,K2吸合,B相3对棒开端由B相复原调压器供电。以次类推,每次预热3对棒,每炉预热3次。能够对任何一个炉进行硅芯调压预热。一切真空接触器和真空断路器的逻辑操控由PLC操作。

三. 复原调压器规划

  多晶硅50Hz沟通的集肤深度大约26mm,直径较粗时,直流导电面积是圆的面积,50Hz沟通的导电面积是圆环的面积。复原调压器能够选用直流调压方法。可是,在工艺上,因为硅棒中心导电,中心温度要高于硅棒表面温度,硅棒机械强度变差乃至呈现溶心现象。在供电上,直流硅棒电阻小,对相同功率归于低压大电流供电方法,所以一般选用沟通调压方法。

由工艺决议的硅棒调压规模大约10:1,为了进步功率因数,下降谐波,一般选用副边多抽头的复原变压器,即调压器调压与抽头切换相结合的沟通调压方法。

用真空断路器进行抽头切换,可控硅沟通调压器在相邻两抽头间进行小规模调压。缺陷是硅棒电流较大时,真空断路器价格高体积大。别的断路器切换时刻和维护都不如可控硅电子开关。无断路器结构,4个可控硅调压器任何时候仅有1个可控硅调压器在作业。变压器原边绕组的电压、电流波形如图九所示,电流波形由0线和正弦波组成。明显,电流滞后于电压,功率因数低;电流畸变,存在高次谐波。因而,在变压器副边的一个抽头上设备就地无功功率补偿和谐波办理设备。使功率因数大于0.9,注入10kV电网的谐波到达国家标准GB/14549?93。图十中存在不同档的两个可控硅注册构成变压器副边两个抽头短路的环流可能性。因而,其间心技能是确保任何一档可控硅作业时,其它档可控硅处于脉冲封闭状况,确保绝不会发生环流。

  在电压/电流工艺曲线固定的状况下,能够不必无功功率补偿和谐波办理设备,选用高功率因数调压方法完成功率因数大于0.9,注入10kV电网的谐波到达国家标准。该方法的调压器主回路电路图相同,4个可控硅调压器任何时候有2个可控硅调压器在作业。变压器原边绕组的电压、电流波形如图十所示,电流波形由小正弦波和大正弦波组成。例如:先Q3导通发生电流正极性小正弦波,再Q1导通发生电流正极性大正弦波,再Q4导通发生电流负极性小正弦波,最终Q2导通发生电流负极性大正弦波。留意:假定两个相邻的抽头电压分别为1000V和707V,硅棒电流波形大正弦波与小正弦波的峰值份额是1.414。可是变压器原边绕组的电流波形大正弦波与小正弦波的峰值份额则为2。能够证明,两个相邻的抽头电压接近到必定程度,能够处理功率因数和谐波的问题。

当单相供电的硅棒串联对数较多时,或许硅棒高度较长时,工艺电压曲线最高电压值比较大。为处理可控硅耐压问题,一般选用先独立后串联供电计划,如图十一所示。例如:18对棒复原炉单相供电6对棒,首要K1电子开关导通,K2电子开关断路,调压器T2为上3对棒供电,调压器T1为下3对棒供电。随直径长粗,供电电压下降,再进入串联状况,K2电子开关导通,K1电子开关断路,调压器T2、T3、T4为6对棒供电。

复原调压器的调理器是自习惯调理器,调理器参数随负载电阻改动而主动改动。具有全套的维护功用。而且有硅棒受阻、裂棒检测及主回路俄然断电再上电的处理功用。

四. 实践使用作用

北京三义电力电子公司供给的多晶硅复原炉电气体系由我公司供给规划参数、其它厂家出产的外围设备(变压器、高压开关柜)和我公司规划并出产的中心设备组成。中心设备包含预热调压器、计算机操作办理体系、归纳信号柜和复原调压器四部分。前三部分一套出产线仅需求1套,复原调压器数量与炉子数量相对应。北京三义电力电子公司自2005年榜首套多晶硅复原炉电气体系在洛阳中硅公司投入运转以来,现已制作了13套出产线的多晶硅复原炉电气体系。其间4套现已投入出产。实践运转状况验证了体系的功能和可靠性。

  (作者:吴小鸣 修改:xiaoyao)

  

   多晶硅复原炉调压器