一種液冷多晶硅還原爐高頻加熱電源逆變主電路的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種液冷多晶硅還原爐高頻加熱電源逆變主電路，包括相控SCR整流橋、逆變模塊、電磁感應(yīng)線圈，所述相控SCR整流橋分為多組SCR整流器，SCR整流器分別與直流母線并聯(lián)，所述逆變模塊包括第一、第二、第三、第90四、第五、第六逆變模塊，逆變模塊并聯(lián)在直流母線上，每個(gè)逆變模塊的輸出中點(diǎn)并聯(lián)均流電抗器之后，通過真空接觸器連接到電磁感應(yīng)線圈，所述第一、第三逆變模塊連接到同一個(gè)電磁感應(yīng)線圈，第二、第五逆變模塊連接到同一個(gè)電磁感應(yīng)線圈，第四、第六連接到同一個(gè)電磁感應(yīng)線圈。采用電磁感應(yīng)線圈加IGBT高頻逆變電路，通過電磁感應(yīng)線圈，將高頻電流感應(yīng)到原有的硅棒加熱電流回路里，降低生產(chǎn)能耗，提高多晶硅還原反應(yīng)的產(chǎn)量和轉(zhuǎn)換效率。
【專利說明】一種液冷多晶硅還原爐高頻加熱電源逆變主電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及領(lǐng)域，尤其涉及一種液冷多晶硅還原爐高頻加熱電源逆變主電路。
【背景技術(shù)】
[0002]光伏發(fā)電所需的多晶硅材料目前大部分都采用“改進(jìn)型西門子還原法”生產(chǎn)，即采用氫氣為還原劑，在1100°c~1200°C的溫度下，還原三氯化硅或四氯化硅，沉積形成多晶硅棒。隨著爐內(nèi)溫度的升高，和硅棒截面積的增大，硅棒的電阻不斷下降。而要維持還原反應(yīng)的溫度，必須保持加熱功率不變。因此，必須根據(jù)硅棒的電阻值來調(diào)節(jié)加在硅棒兩端電壓。于是，在外部電源輸入端，一般通過切換變壓器輸出的多個(gè)繞組實(shí)現(xiàn)電壓的調(diào)節(jié)。
[0003]多晶硅棒為純阻性負(fù)載，但由于目前采用較多的交流調(diào)壓加熱系統(tǒng)的頻率一般多為50Hz或60Hz，使得多晶硅棒在加熱的過程中，硅棒內(nèi)部的溫度比硅棒表面的溫度要高，隨著多晶硅棒的直徑越來越大，表面溫度和芯溫的差越來越大，當(dāng)內(nèi)部溫度達(dá)到1414度后，將導(dǎo)致出現(xiàn)棒芯熔毀的現(xiàn)象，從而限制了多晶硅棒直徑大小，限制了還原爐產(chǎn)量的進(jìn)一步提聞，生廣能耗較大。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]針對(duì)上述問題，本實(shí)用新型提供了一種提高多晶硅還原反應(yīng)所生成的多晶硅棒的直徑、降低多晶硅還原反應(yīng)在加熱時(shí)的能量消耗、提高多晶硅還原反應(yīng)的產(chǎn)量和轉(zhuǎn)換效率的液冷多晶硅還原爐高頻加熱電源逆變主電路。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:一種液冷多晶硅還原爐高頻加熱電源逆變主電路，包括相控SCR整流橋、逆變模塊、電磁感應(yīng)線圈，所述相控SCR整流橋分為多組SCR整流器，SCR整流器分別與直流母線并聯(lián)，所述逆變模塊包括第一、第二、第三、第四、第五、第六逆變模塊，逆變模塊并聯(lián)在直流母線上，每個(gè)逆變模塊的輸出中點(diǎn)并聯(lián)均流電抗器之后，通過真空接觸器連接到電磁感應(yīng)線圈，所述第一、第三逆變模塊連接到同一個(gè)電磁感應(yīng)線圈，第二、第五逆變模塊連接到同一個(gè)電磁感應(yīng)線圈，第四、第六連接到同一個(gè)電磁感應(yīng)線圈。
[0006]進(jìn)一步的，所述相控SCR整流橋有三組SCR整流器，各組SCR整流器通過隔離開關(guān)分別與分檔輸入的交流連接。
[0007]進(jìn)一步的，所述逆變模塊由三個(gè)開關(guān)管組并聯(lián)而成，開關(guān)管是由IGBT與二極管并接而成。
[0008]進(jìn)一步的，所述電磁感應(yīng)線圈為螺線管形式。
[0009]由上述對(duì)本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)的描述可知，和現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有如下優(yōu)
占-
^ \\\.[0010]1、本實(shí)用新型采用電磁感應(yīng)線圈加IGBT高頻逆變電路根據(jù)趨膚效應(yīng)的原理，多晶硅棒中的電流都集中在硅棒表面部分，使得硅棒內(nèi)部溫度與硅棒表面溫度相差減小，減少了熔芯的風(fēng)險(xiǎn)，提高了多晶硅棒的生長(zhǎng)直徑，因此在相同還原爐的情況下，可以生產(chǎn)更大直徑的多晶娃棒，提聞了廣量；減少了多晶娃生廣過程中的時(shí)間，減少加熱能耗，提聞系統(tǒng)效率。
[0011]2、通過相控SCR整流橋，將輸入的交流電整流成逆變所需的直流電，同時(shí)，對(duì)于多組分檔輸入的交流，也通過對(duì)應(yīng)的SCR整流橋進(jìn)行整流，直流母線并聯(lián)在一起而交流輸入分開，各組整流SCR也起到分檔交流輸入的切換作用；相控SCR具有功率容量大，容易冷卻，控制簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。
[0012]3、高頻電流并不是直接加在硅棒兩端，而是通過電磁感應(yīng)線圈，將高頻電流感應(yīng)到原有的硅棒加熱電流回路里面去，這樣做帶來的好處是，原有加熱設(shè)備不需要改動(dòng)，新的高頻加熱設(shè)備與原有加熱設(shè)備之間沒有電氣上的直接聯(lián)系，不會(huì)帶來切換時(shí)序設(shè)計(jì)、故障保護(hù)邏輯等問題，同時(shí)由于高頻加熱使得硅棒的電阻變大，硅棒兩端的電壓升高，高頻加熱電源的器件成本同時(shí)升高。通過電磁感應(yīng)來傳遞高頻加熱功率的方式能夠采用通用的IGBT模塊，通過電磁器件的耦合和變比，在硅棒加熱主回路中形成高頻感應(yīng)電流。
[0013]4、采用相控SCR水冷加逆變IGBT水冷的冷卻方式，大大提高功率密度，減小電源的體積，為在工廠狹窄的環(huán)境中使用帶來便利。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的附圖用來提供對(duì)本實(shí)用新型的進(jìn)一步理解，本實(shí)用新型的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0015]圖1為本實(shí)用新型一種液冷多晶硅還原爐高頻加熱電源逆變主電路；
[0016]圖2為本實(shí)用新型電磁感應(yīng)線圈和主功率銅排連接關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
實(shí)施例
[0018]參考圖1，一種液冷多晶硅還原爐高頻加熱電源逆變主電路，包括相控SCR整流橋、逆變模塊、電磁感應(yīng)線圈，所述相控SCR整流橋分為多組SCR整流器，SCR整流器分別與直流母線并聯(lián)，所述逆變模塊包括第一、第二、第三、第四、第五、第六逆變模塊，逆變模塊并聯(lián)在直流母線上，每個(gè)逆變模塊的輸出中點(diǎn)并聯(lián)均流電抗器之后，通過真空接觸器連接到電磁感應(yīng)線圈，所述第一、第三逆變模塊連接到同一個(gè)電磁感應(yīng)線圈，第二、第五逆變模塊連接到同一個(gè)電磁感應(yīng)線圈，第四、第六連接到同一個(gè)電磁感應(yīng)線圈。
[0019]根據(jù)趨膚效應(yīng)的原理，多晶硅棒中的電流都集中在硅棒表面部分，使得硅棒內(nèi)部溫度與硅棒表面溫度相差減小，減少了熔芯的風(fēng)險(xiǎn)，提高了多晶硅棒的生長(zhǎng)直徑，因此在相同還原爐的情況下，可以生產(chǎn)更大直徑的多晶硅棒，提高了產(chǎn)量；減少了多晶硅生產(chǎn)過程中的時(shí)間，減少加熱能耗，提聞系統(tǒng)效率。[0020]參考圖2，逆變采用IGBT高頻斬波逆變，逆變輸出頻率可以根據(jù)上級(jí)控制器的指令進(jìn)行調(diào)節(jié)，在硅棒切入高頻電源階段，由于硅棒直徑較小，同時(shí)切換過程中硅棒的溫度有所降低，硅棒的電阻相對(duì)較大，硅棒兩端的電壓需求較高。通過此設(shè)計(jì)，高頻電流并不是直接加在硅棒兩端,而是通過電磁感應(yīng)線圈,將高頻電流感應(yīng)到原有的硅棒加熱電流回路里面去。這樣做帶來的好處是，原有加熱設(shè)備不需要改動(dòng)，新的高頻加熱設(shè)備與原有加熱設(shè)備之間沒有電氣上的直接聯(lián)系，不會(huì)帶來切換時(shí)序設(shè)計(jì)、故障保護(hù)邏輯等問題，同時(shí)由于高頻加熱使得硅棒的電阻變大，硅棒兩端的電壓升高，高頻加熱電源的器件成本同時(shí)升高。通過電磁感應(yīng)來傳遞高頻加熱功率的方式能夠采用通用的IGBT模塊，通過電磁器件的耦合和變比，在硅棒加熱主回路中形成高頻感應(yīng)電流。
[0021]采用相控SCR水冷加逆變IGBT水冷的冷卻方式，大大提高功率密度，減小電源的體積，為在工廠狹窄的環(huán)境中使用帶來便利。
[0022]所述相控SCR整流橋有三組SCR整流器，各組SCR整流器通過隔離開關(guān)分別與分檔輸入的交流連接，過相控SCR整流橋，將輸入的交流電整流成逆變所需的直流電，同時(shí)，對(duì)于多組分檔輸入的交流，也通過對(duì)應(yīng)的SCR整流橋進(jìn)行整流，直流母線并聯(lián)在一起而交流輸入分開，各組整流SCR也起到分檔交流輸入的切換作用；相控SCR具有功率容量大，容易冷卻，控制簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。
[0023]所述逆變模塊由三個(gè)開關(guān)管組并聯(lián)而成，開關(guān)管是由IGBT與二極管并接而成。
[0024]所述電磁感應(yīng)線圈為螺線管形式，讓原有的工頻加熱電流流過的銅排穿過自己的管心。
[0025]在硅棒的點(diǎn)火狀態(tài)，由于采用高電壓點(diǎn)火，真空接觸器處于斷開狀態(tài)，斷開硅棒和逆變器，隔離硅棒上高壓對(duì)逆變器的影響。硅棒點(diǎn)火結(jié)束，即進(jìn)入工頻加熱狀態(tài)，此時(shí)由于硅棒直徑不大，電阻較高，通過切換變壓器繞組進(jìn)行工頻加熱。工頻加熱到一定程度，硅棒的直徑增大到一定程度之后，采用高頻電源進(jìn)行加熱，此時(shí)根據(jù)上級(jí)控制器指令，真空接觸器閉合，直流母線軟起之后，電磁感應(yīng)線圈勵(lì)磁之后，逆變器輸出高頻斬波電流，此電流通過電磁感應(yīng)線圈，在原有加熱主回路中感生出高頻電流，增大加熱電流的高頻電流成分，用以加熱娃棒。
[0026]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種液冷多晶硅還原爐高頻加熱電源逆變主電路，包括相控SCR整流橋、逆變模塊、電磁感應(yīng)線圈，其特征在于:所述相控SCR整流橋分為多組SCR整流器，SCR整流器分別與直流母線并聯(lián)，所述逆變模塊包括第一、第二、第三、第四、第五、第六逆變模塊，逆變模塊并聯(lián)在直流母線上，每個(gè)逆變模塊的輸出中點(diǎn)并聯(lián)均流電抗器之后，通過真空接觸器連接到電磁感應(yīng)線圈，所述第一、第三逆變模塊連接到同一個(gè)電磁感應(yīng)線圈，第二、第五逆變模塊連接到同一個(gè)電磁感應(yīng)線圈，第四、第六連接到同一個(gè)電磁感應(yīng)線圈。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種液冷多晶硅還原爐高頻加熱電源逆變主電路，其特征在于:所述相控SCR整流橋有三組SCR整流器，各組SCR整流器通過隔離開關(guān)分別與分檔輸入的交流連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種液冷多晶硅還原爐高頻加熱電源逆變主電路，其特征在于:所述逆變模塊由三個(gè)開關(guān)管組并聯(lián)而成，開關(guān)管是由IGBT與二極管并接而成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種液冷多晶硅還原爐高頻加熱電源逆變主電路，其特征在于:所述電磁感應(yīng)線圈為螺線管形式。
【文檔編號(hào)】H02M5/42GK203708115SQ201320841000
【公開日】2014年7月9日 申請(qǐng)日期:2013年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月19日
【發(fā)明者】陳林, 唐子倩 申請(qǐng)人:浙江海得新能源有限公司