一种多晶硅还原炉供电电路的制作方法

1.本实用新型涉及多晶硅生产技术，尤其涉及一种多晶硅还原炉供电电路。


背景技术：

2.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。
3.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，在2000v/m阶段使用高电压击穿，使其产生电流发热来降低电压需求；100v/m至10v/m阶段是多晶硅的生长过程，此过程功率大、时间长；当硅芯击穿后，硅芯的阻值随着供电加热时间的变化逐渐降低，为满足硅芯阻值变化及多晶硅生产需求，现有多晶硅还原炉供电电路中，均采用多绕组、多电压输出变压器(输出电压250v～2800v)，结合五叠层调压控制，实现对硅芯的供电加热。图1示出了现有的一种40对棒还原炉供电电路，如图1所示，该电路中，变压器设有3相共6个输出线包，每个输出线包设有5个抽头和1个参考点，每个抽头串联一个调压器件，每个输出线包、调压器件与硅芯之间需5个切换开关，整个供电系统共需要30个调压器件、30个切换开关，以及与调压器件连接的30根电缆，整体成本非常高。又如申请号为2011101543105的中国专利所提供的一种24对棒多晶硅还原炉供电系统，其所公开的电路中每个输出线包设有5个抽头和1个参考点，每个抽头串联一个调压器件，其也存在器件多、电路成本高的缺陷。综上，现有技术所提供的多晶硅还原炉供电电路存在器件多、成本高的缺陷。


技术实现要素：

4.鉴于以上所述现有多晶硅还原炉供电电路所存在的器件多、电路复杂成本较高的问题，本实用新型的目的在于：提供一种多晶硅还原炉供电电路，能够节省电子元器件，极大地节约电路成本。
5.为实现上述实用新型目的，本实用新型提供以下技术方案：
6.一种多晶硅还原炉供电电路，包括：变压器、调压器、切换单元、硅芯；
7.所述变压器设有至少一组输出线包，所述输出线包设有m个抽头和一个参考点，所述输出线包上并联有n个调压器，每个所述调压器的输出端经切换开关和一组硅芯连接至参考点；所述切换单元包括若干个切换开关；所述切换开关串联于一组硅芯与参考点之间、调压器输出端与参考点之间，以及两组硅芯之间，其中，m≥2且n≥m。
8.具体的，在本实用新型所提供的多晶硅还原炉供电电路中，所述切换开关根据硅芯阻值情况求来改变不同组硅芯间的串联或/和并联关系，以适应变压器的输出。
9.根据一种具体的实施方式，上述多晶硅还原炉供电电路中，所述调压器包括：至少l个调压器件，至少l个所述调压器件的输入端与所述输出线包的m个抽头的输出端对应连
接，至少l个所述调压器件的输出端并联构成调压器的输出端，所述调压器的输出端经切换开关连接至一组硅芯的一端，一组所述硅芯的另一端直接或经切换开关连接至参考点，其中l≤m。
10.具体的，所述调压器件优选为m个调压器件，m个调压器件与m个抽头一一对应连接，当调压器件大于m个时，则可以有两个调压器件同时接于同一个抽头。
11.根据一种具体的实施方式，上述多晶硅还原炉供电电路中，所述调压器与硅芯为两组，
12.两组硅芯的一端分别经对应的切换开关连接至两个所述调压器的输出端，两组所述硅芯的另一端共同经切换开关连接至参考点，其中一个调压器的输出端经切换开关连接至参考点，用于实现该两组硅芯的串联运行或并联运行。
13.具体的，在上述多晶硅还原炉供电电路中，变压器每个输出线包的抽头为2个(变压器除开上述电路中进行电路开销的输出线包外还可以设置有其他抽头)，对应的调压器与硅芯为两组。
14.根据一种具体的实施方式，上述多晶硅还原炉供电电路中，所述调压器与硅芯为三组，
15.三组所述硅芯的一端分别经对应的切换开关连接至三个调压器的输出端，其中两组硅芯的另一端共同经切换开关连接至参考点，且其中一个调压器的输出端经切换开关连接至参考点；剩下一组硅芯的一端还经切换开关连接至前述两组硅芯中任意一组硅芯的一端，用于实现与前述两组硅芯的串联。
16.根据一种具体的实施方式，上述多晶硅还原炉供电电路中，所述切换开关包括开关k1、k2、k3、k4、k5、k6；其中，三个所述调压器的输出端分别经开关k1、k2、k3连接至第一组硅芯、第二组硅芯、第三组硅芯，其中，第一组硅芯、第二组硅芯共同经开关k6连接至参考点，第三组硅芯直接连接至参考点，所述开关k4连接于开关k2与k3或开关k1与k3的输出端之间，所述开关k5连接于开关k2或开关k1的输出端与参考点之间。
17.根据一种具体的实施方式，上述多晶硅还原炉供电电路中，所述变压器的原边为单相输入，所述变压器的副边设有一组所述输出线包。
18.根据一种具体的实施方式，上述多晶硅还原炉供电电路中，所述变压器的原边为三相输入，所述变压器的副边设有三组所述输出线包。
19.根据一种具体的实施方式，上述多晶硅还原炉供电电路中，所述输出线包经三个调压器和三个切换开关连接至三组硅芯，形成一路供电电路；三组输出线包共形成三路并列的供电电路，共连接至九组硅芯实施供电，其中，每组硅芯可设置不同数量的硅芯。
20.供电与现有技术相比，本实用新型的有益效果：
21.本实用新型所提供的供电电路相对于现有供电方式，供电变压器出线数量少、变压器相数少、使用铜材少、变压器输出电压跨度小、调压器件数量少、损耗小，利用率高，为用户节约成本，具有显著的经济效益。
22.本实用新型基于硅芯阻值变化情况，采用对不同组硅芯串联或/和并联的分阶段供电方式，经多组硅芯串联的方式满足高电压供电的需求，提升了变压器的适用性，降低了变压器、调压器、切换开关成本及供电线路整体成本。
附图说明
23.图1为背景技术中的40对棒多晶硅还原供电电路；
24.图2为本实用新型所提供的多晶硅还原炉供电电路的a相供电示意图1；
25.图3为本实用新型所提供的多晶硅还原炉供电电路的a相供电示意图2；
26.图4为本实用新型所提供的多晶硅还原炉供电电路的a、b、c三相供电示意图。
具体实施方式
27.以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。
28.图2示出了本实用新型所提供的多晶硅还原炉供电电路的第一种单相供电示意图，其中，电路中变压器的输出线包包括：a1、a2、a3，3个抽头，对应的调压器与硅芯为三组，每个调压器包括：三个调压器件，如图2所述，调压器件d1～d3为第一调压器，与其并联的调压器件d4～d6即为第二调压器，d7～d9即为第三调压器。
29.图3示出了本实用新型所提供的多晶硅还原炉供电电路的第二种单相供电示意图，其中，电路中变压器的输出线包包括：a1、a2，2个抽头，对应的调压器与硅芯为三组，每个调压器包括：两个调压器件，如图3所述，调压器件d1～d2为第一调压器，与其并联的调压器件d3～d4即为第二调压器，d5～d6即为第三调压器。
30.进一步的，图4示出了本实用新型所提供的多晶硅还原炉供电电路的a、b、c三相供电示意图，其中每相采用图2所示的供电方式。如图4所示，电路包括：分为a、b、c相的变压器，每相3种抽头电压(a1、a2、a3或b1、b2、b3或c1、c2、c3)，且电压a1》a2》a3，b1》b2》b3，c1》c2》c3，电流a1《a2《a3，b1《b2《b3，c1《c2《c3。
31.a1连接到调压器件d1，a2连接到调压器件d2，a3连接到调压器件d3；调压器件d1、d2、d3输出端并接在一起与开关k1相连，开关k1的另一端与负载r1相连，负载r1～4串接在一起，构成一个负载组。
32.a1连接到调压器件d4，a2连接到调压器件d5，a3连接到调压器件d6；调压器件d4、d5、d6输出端并接在一起与开关k2相连，开关k2的另一端与负载r5相连，负载r5～8串接在一起，构成一个负载组。
33.a1连接到调压器件d7，a2连接到调压器件d8,a3连接到调压器件d9；调压器件d7、d8、d9输出端并接在一起与开关k3相连，开关k3的另一端与负载r9相连，负载r9～13串接在一起，构成一个负载组。
34.开关k2与负载r5相连的一端连接开关k4的一端，k4的另一端连接开关k3与负载r9相连的一端；
35.开关k2与负载r5相连的一端连接开关k5的一端，k5的另一端连接变压器a0；
36.负载r4、负载r8、开关k6一端连接在一起，开关k6的另一端连接变压器a0；负载r13连接变压器a0；
37.负载在a相上由r1～4，r5～8、r9～13组成，b、c相电路连接与a相同样，不再赘述，整个电路由9组负载组成。
38.具体的，本实用新型所提供的多晶硅还原炉供电电路相较于现有技术能够减少变压器抽头、对应的连接电路的电缆(铜排)也随之减少，因此本电路能够有效降低电路成本，但是变压器抽头减少后，电压输出范围中会变小，进而通过调整多组硅芯串并联关系来适应变压器输出的电压即可。由此，本实用新型的工作原理为，控制所述切换开关使各组硅芯并联连接，由各组硅芯所对应的调压器单独对硅芯供电；当任意两组硅芯的总电压之和小于等于变压器最高输出电压时，通过控制切换开关使所述任意两组硅芯组串联连接，再与剩余的硅芯组并联运行；通过控制所述切换开关使所有硅芯组全部串联连接。
39.所述已串联的硅芯组与剩余的任意一组硅芯组的总电压之和小于等于变压器最高输出电压时，通过控制切换开关将所述已串联的硅芯组与任意一组未串联的硅芯组串联连接，再与剩余的硅芯组并联运行，最终通过控制所述切换开关使所有硅芯组全部串联连接。
40.具体的，如图2所示，电路运行初期，负载(硅芯)电阻较大，需求电压较高，k1、k2、k3、k6合闸，负载r1～4，负载r5～8，负载r9～13，三个负载组并联连接，分别供电，不相互影响；电路运行中期，负载(硅芯)电阻降低，需求电压降低，k1、k3、k5合闸，负载r1～4与负载r5～8串联为一组，负载r9～13为一组，两个负载组分别供电，不相互影响；电路运行末期，负载需求电压很低，k1、k4合闸，负载r1～4、负载r5～8、负载r9～13串联为一组。结合图1、图3所示，相对于40对棒的多晶硅还原炉供电电路，现有技术需要用6个输出线包共30组抽头，30个调压器件，以及30个切换开关；而本发明只需3个输出包共9组抽头，27个调压器件，以及18个切换开关，相对于现有技术，本发明大幅节省了变压器抽头及成本，以及调压器件和切换开关的成本，同时也节省了电路中的连接电缆。
41.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。