多晶矽還原爐調功櫃控制系統的製作方法

2023-06-30 10:01:46 2

【技術領域】

本發明涉及多晶矽生產領域，特別是涉及一種多晶矽還原爐調功櫃的功率控制系統。

背景技術：

多晶矽作為一種半導體材料，是目前光伏材料的主要原材料，光伏材料能將太陽能直接轉換成電能，例如太陽能電池等。目前生產多晶矽的主要方法之一是改良西門子法。改良西門子法通過氣相沉積法產生棒狀多晶矽。

現有技術中已知的西門子法還原生產工藝是將汽化的三氯氫矽與載氣氫氣按一定比例混合引入多晶矽還原爐，在放置於還原爐內的棒狀矽芯兩端加以電壓，在一定的溫度和壓力下，在高溫矽芯表面，三氯氫矽與氫氣混合氣反應生成元素矽，並沉積在矽芯表面，逐漸生成所需規格的多晶矽棒，同時產生四氯化矽、二氯二氫矽、氯化氫等副產物。

多晶矽生產還原爐啟動後，反應進料（即三氯氫矽與氫氣混合氣）由進氣管進入還原爐的爐體中，用電極對矽芯通電加熱而產生高溫，通常將反應溫度控制在約1000℃至1200℃，優選為1100℃左右。通入的三氯氫矽和氫氣在矽芯表面進行氣相沉積反應生成元素矽。反應生產的尾氣從爐筒底部的中心通過尾氣排氣管排出。隨著沉積在矽芯表面的矽增加，矽棒逐漸變粗，最終長成所需尺寸的多晶矽棒。矽棒生長到所需尺寸後，例如長度2.0至2.8米、最終直徑40至200毫米的尺寸，則需進行停爐處理。

還原爐生產過程中電流控制與通料控制非常的重要，對多晶矽的產量、質量、成本以及整個生產系統的協調性、穩定性、安全性起著不可估量的作用。在現有工藝中，通過閥門控制通入氫氣與三氯氫矽流量，通過調節電流保持矽棒表面溫度仍為正常反應溫度。

上述工藝控制過程中易發生通料量與電流調節的不匹配，造成矽棒溫度變化，矽棒在生長過程中因溫度變化會發生開裂等現象，造成電阻增大，進而引發電流變化，而電流變化產生的磁場，使通電的矽棒在磁力的作用下產生扭矩，進而導致矽棒根部鬆動。另一方面，電流降低則引起調功櫃控制系統電流退檔，控制系統退檔過快則會造成快速熔斷器電流過載損毀，引發斷電。斷電的結果會使矽棒表面的反應溫度不穩定，使得應力不能均勻釋放；從而引發矽棒結構疏鬆、局部斷裂、倒爐等不良後果。

多晶矽矽棒的產生過程中，還原爐頻繁的發生裂棒或者倒爐的情況既影響單爐的產量，也造成生產成本過高。因此有必要提供一種可以延緩多晶矽還原爐調功櫃退檔速度的控制系統。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題在於提供一種可以延緩多晶矽還原爐調功櫃退檔時間的控制系統。

為解決上述技術問題，本發明揭露以下技術方案：提供一種多晶矽還原爐調功櫃控制系統，包括由零線與火線構成的輸入端以及由繞組線圈構成的輸出端以及與繞組線圈一端電性連接的第一快速熔斷器，所述輸出端包括跨接在零線與火線上的電壓傳感器，所述繞組線圈一端與零線連接，另一端分別經過所述第一快速熔斷器、電容、電阻及電流感應器後與火線連接，所述電容及電阻串聯構成一組電子組件，所述控制系統還包括並聯在電子組件兩端的晶閘管以及與晶閘管的門極電性連接的控制模塊，所述電流感應器及電壓感應器分別向控制模塊饋入信號。

進一步地，所述控制系統還包括與第一快速熔斷器並聯設置的第二快速熔斷器，所述第二快速熔斷器經過晶閘管與火線上的電流傳感器串聯連接。

進一步地，所述第一快速熔斷器與第二快速熔斷器並聯作為向輸出端提供電源的兩個不同檔位，控制模塊根據電壓傳感器及電流傳感器饋入的信號運算判斷出輸出端的功率變化後，通過向其中至少一組晶閘管輸入脈衝信號來實現控制輸出端的電壓大小。

進一步地，所述第一組晶閘管的電壓超出額定值時，控制模塊向與第二快速熔斷器串聯的晶閘管輸入脈衝信號，以激活第二組晶閘管所在的檔位替代第一組晶閘管所在的檔位向輸出端提供電源，實現上述檔位的變換，其中切換檔位的時間為8秒~15秒。

進一步地，所述控制系統還包括一端連接在零線上，一端連接在第一快速熔斷器與電子組件之間的吸能型晶閘管過壓保護器。

進一步地，所述控制系統還包括一端連接在零線上，一端連接在電流感應器與電子組件之間的吸能型晶閘管過壓保護器。

進一步地，所述電子組件兩端並聯有兩個導向相反的晶閘管，所述兩個晶閘管的門極分別與控制模塊相連。

進一步地，所述電子組件中的電阻為無感電阻。

相較於現有技術，符合本發明的多晶矽還原爐調功櫃控制系統具有更高的產出率、並且更加節能。

【附圖說明】

圖1為符合本發明的多晶矽還原爐調功櫃控制系統第一實施例的電路圖。

圖2為符合本發明的多晶矽還原爐調功櫃控制系統第二實施例的電路圖。

【具體實施方式】

如圖1所示為符合本發明的多晶矽還原爐調功櫃控制系統第一實施例的主電路圖，該第一實施例所揭露的多晶矽還原爐調功櫃控制系統(簡稱控制系統1000)包括繞組線圈101和若干晶閘管構成的輸入端100，零線u11與火線u12構成的輸出端200，以及與繞組線圈101的一端電性連接的第一快速熔斷器10，其中，輸入端100與外部交流電源(未圖示)耦合，輸出端200與多晶矽矽棒(未圖示)的兩端連接。所述控制系統1000還包括跨接在零線u11與火線u12上並且靠近輸出端200設置的電壓傳感器50以及串聯在火線u12上的電流傳感器60。所述控制系統1000還進一步包括與第一快速熔斷器10並聯設置的第二快速熔斷器20。

所述第一快速熔斷器10分別與一個電容11以及電阻12串聯，所述電容11及電阻12串聯構成一組第一電子組件15，所述第一電子組件15的兩端分別並聯設置有第一晶閘管14以及第二晶閘管13，其中第一晶閘管13與第二晶閘管14以導向相反的方式與第一電子組件15並聯，並且第一晶閘管13與第二晶閘管14的門極均通過導線(未圖示)與一控制模塊s1電性連接。所述第二快速熔斷器20分別與一個電容21以及電阻22串聯，所述電容21及電阻22串聯構成一組第二電子組件(未標號)，所述第二電子組件的兩端分別並聯設置有第三晶閘管24以及第四晶閘管23，其中第四晶閘管23與第三晶閘管24以導向相反的方式與第二電子組件並聯，並且第三晶閘管24以及第四晶閘管23的門極均通過導線(未圖示)與前述控制模塊s1電性連接。所述電流感應器60及電壓感應器50的引腳(未標號)通過導線(未圖示)分別向所述控制模塊s1饋入信號。

所述輸入端100向第一快速熔斷器10與第二快速熔斷器20分別提供不同檔位的電源，第一快速熔斷器10與第二快速熔斷器20並聯後與火線上的電流傳感器60串聯連接。控制系統1000運行時，假如多晶矽還原爐調功櫃中的矽棒(未圖示)阻值發生變化，則會導致輸入端100的輸出功率發生變化。所述電流感應器60及電壓感應器50實時向上述控制模塊s1饋入信號，當控制模塊s1接收到輸入端100的輸出功率發生變化的信號後通過內置程序運算出處理結果，然後通過向第一晶閘管14、第二晶閘管13、第三晶閘管24以及第四晶閘管23中的任意一個輸送脈衝指令，以實現控制第一晶閘管14、第二晶閘管13、第三晶閘管24以及第四晶閘管23的電壓，進而實現多晶矽還原爐調功櫃控制系統的檔位變換。

優選地，當第一晶閘管14、第二晶閘管13輸出的電壓超出額定值時，控制模塊s1會向第三晶閘管24以及第四晶閘管23輸入脈衝信號，使得第二快速熔斷器20所在的線路替代第一快速熔斷器10所在的線路來實現上述檔位的變換。優選地，其中在不同檔位之間切換所需的時間為8秒~15秒，進而達到保護第一快速熔斷器10或者第二快速熔斷器20不被瞬間增大的電流燒壞的目的。

為了更好地實現上述保護作用，在該第一實施例中，所述控制系統1000還包括一端連接在零線u11上，一端連接在第一快速熔斷器10與第一電子組件15之間的吸能型晶閘管過壓保護器30，以及一端連接在零線u11上，一端連接在電流感應器60與第一電子組件15之間的吸能型晶閘管過壓保護器40。優選地，所述第一電子組件15以及第二電子組件中的電阻均為無感電阻。

如圖2所示，在符合本發明的第二實施例中，用於多晶矽還原爐調功櫃的控制系統2000包括五個快速熔斷器a1，a2，a3，a4，a5，外部交流電源從輸入端300向控制系統2000提供電壓，在控制模塊s2的集中控制下構成可向輸出端400提供電源的五個不同檔位，其中快速熔斷器a1至快速熔斷器a5的額定電流依次減小，在矽棒產生初期由快速熔斷器a5所在的線路向輸出端提供電源。

與第一實施例中的控制系統1000發明構思相同地，快速熔斷器a1與電容c1，電阻r1依次串聯構成第一支路301，其中，在電容c1和電阻r1的兩端分別並聯設置有晶閘管1-vt11和晶閘管1-vt12兩個極性反向設置的晶閘管；快速熔斷器a2與電容c2，電阻r2依次串聯構成第二支路302，其中，在電容c2和電阻r2的兩端分別並聯設置有晶閘管1-vt21和晶閘管1-vt22兩個極性反向設置的晶閘管；快速熔斷器a3與電容c3，電阻r3依次串聯構成第三支路303，其中，在電容c3和電阻r3的兩端分別並聯設置有晶閘管1-vt31和晶閘管1-vt32兩個極性反向設置的晶閘管；快速熔斷器a4與電容c4，電阻r4依次串聯構成第四支路304，其中，在電容c4和電阻r4的兩端分別並聯設置有晶閘管1-vt41和晶閘管1-vt42兩個極性反向設置的晶閘管；快速熔斷器a5與電容c5，電阻r5依次串聯構成第五支路305，其中，在電容c5和電阻r5的兩端分別並聯設置有晶閘管1-vt51和晶閘管1-vt52兩個極性反向設置的晶閘管。上述各晶閘管的門極通過導線與控制模塊s2連接，各支路並聯後與電流感應器ta1串聯。

在第二實施例中，電流感應器ta1與電壓感應器tv1的引腳(未標號)與控制模塊s2電性連接，當輸出端400對應的矽棒阻值發生變化進而需要的電流逐漸增加時，控制模塊s2依次選擇從第五支路305到第一支路301上支路的晶閘管輸入脈衝信號，以控制向輸出端400提供的電壓，來實現降檔保護線路的目的。進一步地，逐級降檔的過程中，控制模塊s2在給定的條件和時間下控制檔位的變化，從而更好的保護整個線路中的快速熔斷器不被燒毀。譬如，從第五支路305降檔到第四支路304需要處理8秒至15秒，降檔到第四支路304之後，如果給定條件不滿足，則停留在第四檔，如果滿足給定條件再次降低到第三支路303所在的檔位，則穩壓5秒至10秒，以此類推，大大增加了退檔工作的穩定性，有利於提高矽棒的品質。

進一步地，所述控制系統2000還包括一端連接在零線u21上，另一端連接在快速熔斷器a5與電容c5之間的吸能型晶閘管過壓保護器rv12，以及一端連接在零線u21上，另一端連接在電流感應器ta1與電阻r5之間的吸能型晶閘管過壓保護器rv11。優選地，所述電阻r1，電阻r2，電阻r3，電阻r4和電阻r5均為無感電阻，並且各支路中所採用的晶閘管的規格不同。顯然，多晶矽還原爐調功櫃的檔位並不限於第一實施例中的兩檔或者第二實施例中的五檔，根據實際需要，完全可以增加或者減少檔位的數量。

符合本發明的多晶矽還原爐調功櫃控制系統通過合理的電路設計及控制程序來實現延緩退檔的條件和時間，進而保護了快速熔斷器不易被燒毀，使得整個系統不容易出現斷電的結果，提高了還原爐的產量並且提高了矽棒的質量，具有較好的經濟效益。