一种改良西门子法多晶硅生产设备电源电路

摘要

本发明公开了种改良西门子法多晶硅生产设备电源电路,包括若干台还原炉、N台启动电源组成的电源系统以及K台备用启动电源,其中,所述N台启动电源及所述K台备用启动电源同时与三相输电电路连接;所述电源系统的输出端与所述若干台还原炉连接,所述K台备用启动电源中的每台分别通过相位选择器与电源系统的输出端连接,当所述N台启动电源中任台损坏时,备用启动电源中任台通过相位选择器调整其输出相位与损坏的启动电源输出相位相匹配,以代替损坏的启动电源。本发明的电源电路通过设置备用启动电源,在主用电源损坏的情况下使用备用电源来启动还原炉,提升了设备运行的可靠性,从而提高了生产效率,增加了产能。

权利要求

1.一种改良西门子法多晶硅生产设备电源电路，其特征在于，包括若干台还原炉、N台启动电源组成的电源系统以及K台备用启动电源，其中，所述N台启动电源及所述K台备用启动电源同时与三相输电电路连接；

所述电源系统的输出端与所述若干台还原炉连接，所述K台备用启动电源中的每一台分别通过相位选择器与电源系统的输出端连接，当所述N台启动电源中任一台损坏时，备用启动电源中任一台通过相位选择器调整其输出相位与损坏的启动电源输出相位相匹配，以代替损坏的启动电源，其中，N，K均为正整数；

所述若干台还原炉中的每一台分别通过分配开关与电源系统相连接，当任一个还原炉启动时，所述分配开关切换到该启动的还原炉，使其与电源系统电路接通；其中，各个还原炉内的硅棒依次串联在一起，而且串联硅棒的首端与末端连接在一起后，通过一个电流检测器件接地，所述电流检测器件用于检测还原炉的电气绝缘是否被破坏；当还原炉的电气绝缘被破坏时，接地检测回路具有两路相互冗余的通路。

2.根据权利要求1所述的一种改良西门子法多晶硅生产设备电源电路，其特征在于，所述启动电源包括可控型器件、升压变压器，所述可控型器件连接所述升压变压器。

3.根据权利要求2所述的一种改良西门子法多晶硅生产设备电源电路，其特征在于，所述可控型器件为晶闸管或IGBT。

4.根据权利要求2所述的一种改良西门子法多晶硅生产设备电源电路，其特征在于，所述升压变压器为单向变压器。

5.根据权利要求1所述的一种改良西门子法多晶硅生产设备电源电路，其特征在于，所述电流检测器件为电流互感器。

说明书

一种改良西门子法多晶硅生产设备电源电路

技术领域

[0001] 本发明涉及多晶硅生产领域，特别涉及一种改良西门子法多晶硅生产设备电源电路。

背景技术

[0002] 在光伏、电子、微电子产业中，多晶硅是其主要原材料。多晶硅是以金属硅为原料，经一系列的物理、化学反应提纯的高纯硅。由于改良西门子工艺能够兼容电子级和太阳能级多晶硅的生产，以其技术成熟、适合产业化生产等特点，是目前多晶硅生产普遍采用的首选工艺，该生产工艺需要大功率电源加热恒温控制多晶硅棒。

[0003] 多晶硅在整个生产过程中等效为阻抗变化很大的负载组，电压范围从2000V/m变化至10V/m，电流范围从0～3000A，整个过程电压、电流变化范围大，对电气系统匹配提出较高要求，目前分为两段处理，2000V/m～100V/m电压高电流较小，由高压电源装置处理；200V/m～10V/m电压相对低电流较大，由中低压电源装置处理。因此，在初期阶段，即电压高电流较小时，负载接入启动电源。

[0004] 启动电源是改良西门子法多晶硅生产过程中的一种常见装置，它与老式的灯丝辐射装置相比启动快、易控制、污染小，在国内改良西门子法多晶硅生产过程中，通常都是一套启动电源带动若干台还原炉启动。而这种启动方式由于是单启动电源，当启动电源损坏使会导致还原炉无法启动工作，因此具有较高的故障率、设备可靠性低，从而影响生产效率，影响产能。

发明内容

[0005] 为了克服现有技术的上述缺点，本发明提供一种故障率低、可靠性高、生产效率高的改良西门子法多晶硅生产设备电源电路。

[0006] 为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：

[0007] 一种改良西门子法多晶硅生产设备电源电路，包括若干台还原炉、N台启动电源组成的电源系统以及K台备用启动电源，其中，所述N台启动电源及所述K台备用启动电源同时与三相输电电路连接；

[0008] 所述电源系统的输出端与所述若干台还原炉连接，所述K台备用启动电源中的每一台分别通过相位选择器与电源系统的输出端连接，当所述N台启动电源中任一台损坏时，备用启动电源中任一台通过相位选择器调整其输出相位与损坏的启动电源输出相位相匹配，以代替损坏的启动电源，其中，N，K均为正整数。

[0009] 进一步地，所述启动电源包括可控型器件、升压变压器，所述可控型器件连接所述升压变压器。

[0010] 进一步地，所述可控型器件为晶闸管或IGBT。

[0011] 进一步地，所述升压变压器为单向变压器。

[0012] 进一步地，还包括分配开关，所述若干台还原炉中的每一台分别通过分配开关与电源系统相连接，当任一个还原炉启动时，所述分配开关切换到该启动的还原炉，使其与电源系统电路接通。

[0013] 进一步地，还包括电流检测器件，所述电流检测器件一端接地，另一端与所述还原炉引出的任意一个电极相连组成回路，用于检测还原炉的电气绝缘是否被破坏。

[0014] 进一步地，所述电流检测器件为电流互感器。

[0015] 与现有技术相比，本发明的有益效果

[0016] 1、本发明的一种改良西门子法多晶硅生产设备电源电路通过设置备用启动电源，在主用电源损坏的情况下使用备用电源来启动还原炉，提升了设备运行的可靠性，从而提高了生产效率，增加了产能。

[0017] 2、本发明的一种改良西门子法多晶硅生产设备电源电路通过设置备用启动电源，通过增加电流检测器件来检测启动时还原炉电气绝缘是否正常，避免了由于还原炉绝缘破坏而造成的设备损坏，甚至短路引起的火灾，触电等危险事故的发生。

附图说明

[0018] 图1所示是本发明的一个具体实施例的一种改良西门子法多晶硅生产设备电源电路原理框图。

[0019] 图2所示是本发明的一个具体实施例的一种改良西门子法多晶硅生产设备N+1主备电源电路图。

[0020] 图3所示是本发明的一个具体实施例的一种改良西门子法多晶硅生产设备4+1主备电源电路图。

[0021] 图4所示是本发明的一个具体实施例的一种带有接地检测的改良西门子法多晶硅生产设备电源电路原理框图。

[0022] 图5所示是本发明的一个具体实施例的一种带有接地检测的改良西门子法多晶硅生产设备启动回路接地电流流向示意图。

[0023] 图6所示是本发明的一个具体实施例的一种带有接地检测的改良西门子法多晶硅生产设备启动回路接地电流流向示意图。

具体实施方式

[0024] 下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。

[0025] 实施例1：

[0026] 图1所示是本发明的一个具体实施例的一种改良西门子法多晶硅生产设备电源电路原理框图，包括若干台还原炉、N台启动电源组成的电源系统以及K台备用启动电源，其中，所述N台启动电源及所述K台备用启动电源同时与三相输电电路连接；

[0027] 所述电源系统的输出端与所述若干台还原炉连接，所述K台备用启动电源中的每一台分别通过相位选择器与电源系统的输出端连接，当所述N台启动电源中任一台损坏时，备用启动电源中任一台通过相位选择器调整其输出相位与损坏的启动电源输出相位相匹配，以代替损坏的启动电源，其中，N，K均为正整数。

[0028] 进一步地，所述启动电源包括可控型器件、升压变压器，所述可控型器件连接所述升压变压器。

[0029] 进一步地，所述可控型器件为晶闸管或IGBT。

[0030] 进一步地，所述升压变压器为单向变压器。

[0031] 进一步地，还包括分配开关，所述若干台还原炉中的每一台分别通过分配开关与电源系统相连接，当任一个还原炉启动时，所述分配开关切换到该启动的还原炉，使其与电源系统电路接通。

[0032] 具体的，参看图2，图2是本发明的一个具体实施例的一种改良西门子法多晶硅生产设备N+1主备电源电路图，HVG1 n为启动电源，启动电源由可控器件D(可以是接触器、晶~闸管、IGBT等)和升压变压器T组成(图中T输入输出只示意了一个电压抽头但不限于此，可以是1以上的随意数，每个或单独一个输入电压抽头一组可控器件)。

[0033] ABC为三相输入电源，HVG1输入接AB, HVG2输入接BC, HVG3输入接CA, HVG4输入接AB……，图中只实例了一种接法，在实际接线中可以是HVG1、HVGn相位相差180°，HVG2、HVGn-1相位相差180°……的任意接法。

[0034] 启动电源的输出HVG1 A2与HVG2 A1相连，HVG2 A2与HVG3 A1相连，HVG3 A2与HVG4 A1相连……HVGn-1 A2与HVGn A1相连，最后形成HV.1, HV.2, HV.3, HV.4……HV.n+1母线系统，母线系统即为电源系统的输出端，母线系统通过各还原炉分配开关连接到各还原炉，当第n个还原炉需要启动时,闭合对应的还原炉分配开关（n#炉开关）即可。

[0035] 一般的，每个还原炉对应一个分配开关，母线系统连接到每个分配开关一端，另一端各分配开关上的每个触点分别与一个还原炉连接，由分配开关切换来控制其电流流向哪一个还原炉。

[0036] 备用启动电源由启动电源HVGn+1和相位选择器XZG组成（以下-Q1、-Q2、Q3，-Q11 -~Qn的连接方式并不限于此接线方法，只要利用换相原理，并能够达到变换相位的目的的接法都在本发明的保护范围之内。

[0037] 本发明的一种改良西门子法多晶硅生产设备电源电路通过设置备用启动电源，在主用电源损坏的情况下使用备用电源来启动还原炉，提升了设备运行的可靠性，从而提高了生产效率，增加了产能。

[0038] 实施例2：

[0039] 为了更好的说明本发明的电路具体工作原理，图3给出了4+1主备切换方式的电路连接图，其连接方式与本发明的n+1主备电路的连接方式类似，在此不再赘述。

[0040] 具体的，参看图3，当HVG1出现故障时，备用系统启动相位选择器XZG，-Q1、-Q11接通，HVG5输入输出相位与HVG1一致，完全替换HVG1；

[0041] 当HVG2出现故障时，备用系统启动相位选择器XZG，-Q2-Q12接通，HVG5输入输出相位与HVG2一致，完全替换HVG2；

[0042] 当HVG3出现故障时，备用系统启动相位选择器XZG，-Q2-Q13接通，HVG5输入输出相位与HVG3一致，完全替换HVG3；

[0043] 当HVG4出现故障时，备用系统启动相位选择器XZG，-Q1-Q14接通，HVG5输入输出相位与HVG4一致，完全替换HVG4。

[0044] 实施例3：

[0045] 图4所示是本发明的一个具体实施例的一种带有接地检测的改良西门子法多晶硅生产设备电源电路原理框图，本实施例中的改良西门子法多晶硅生产设备电源电路包括实施例1或2中的内容，其区别仅在于：还原炉电极L与H接在一起，并接保护接地，电流检测器件PT在两个极连接点与保护接地之间，用于检测还原炉的电气绝缘是否被破坏。

[0046] 进一步地，还包括电流检测器件，所述电流检测器件一端接地，另一端与所述还原炉引出的任意一个电极相连组成回路，用于检测还原炉的电气绝缘是否被破坏。

[0047] 进一步地，所述电流检测器件为电流互感器。

[0048] 为了更好的说明本发明的电路具体工作原理，图5所示是本发明的一个具体实施例的一种带有接地检测的改良西门子法多晶硅生产设备启动回路接地电流流向示意图，本实施例中PT为电流检测器件，H、I、J、K、L为还原炉每对硅棒引出的电极，R1、R2、R3、R4、为等效还原炉硅棒，改良西门子法多晶硅生产还原炉工作在高温高压状态，电气绝缘被破坏时有发生，由于后期工况电压较低，不易被发现；当还原炉进行高压启动时，由于电压高，容易发生由于绝缘破坏引发的安全事故，如不进行检测及控制极易造成启动电源损坏，严重时会短路造成火灾，启动电源配备接地检测必不可少。

[0049] 图5中，由于还原炉体与保护接地良好相连，保护接地线路电阻小，线路压降小，当人体接触到炉体时，人体电压就是线路压降，当炉体电气绝缘被破坏时，不会有触电事故发生；由于保护接地线路电阻小，I(电流)=U（电压）/R（电阻）电流很大，如不即时停机极易造成设备和保护接地线路损坏；因此，确保还原炉体与接地系统良好相连是电气安全的唯一保证。

[0050] 图6中是本发明的一个具体实施例的一种带有接地检测的改良西门子法多晶硅生产设备启动回路接地电流流向示意图，当 R1/2:K（图中线路K点打×处）绝缘损坏时，由于A1与A5连接在一起，接地检测回路有两路相互冗余的通路。电流回路1，T1:A2接地电流通过炉体、通过接地系统、通过PT回到了T1:A1，系统检测到接地电流，立即做控制和保护；电流回路2, T2:A2接地电流通过炉体、通过接地系统、通过PT、通过T3T4的二次线圈、回到了T2:A3，系统检测到接地电流，立即做控制和保护；

[0051] R2/3:J绝缘损坏时，由于A1与A5连接在一起，接地检测回路有两路相互冗余的通路。电流回路1，T2:A3接地电流通过炉体、通过接地系统、通过PT、通过T1的二次线圈、回到了T2:A2，系统检测到接地电流，立即做控制和保护；电流回路2，T3:A3接地电流通过炉体、通过接地系统、通过PT、通过T4的二次线圈、回到了T3:A4，系统检测到接地电流，立即做控制和保护；

[0052] R3/4:I绝缘损坏时，由于A1与A5连接在一起，接地检测回路有两路相互冗余的通路。电流回路1，T3:A4接地电流通过炉体、通过接地系统、通过PT、通过T1T2的二次线圈、回到了T3:A3，系统检测到接地电流，立即做控制和保护；电流回路2，T4:A4接地电流通过炉体、通过接地系统、通过PT、回到了T4:A5，系统检测到接地电流，立即做控制和保护。

[0053] 本发明的一种改良西门子法多晶硅生产设备电源电路通过设置备用启动电源，通过增加电流检测器件来检测启动时还原炉接地系统是否正常，避免了由于还原炉绝缘破坏而造成的设备损坏，甚至短路引起的火灾，触电等危险事故的发生。

[0054] 上面结合附图对本发明的具体实施方式进行了详细说明，但本发明并不限制于上述实施方式，在不脱离本申请的权利要求的精神和范围情况下，本领域的技术人员可以作出各种修改或改型。