（江苏中能硅业科技发展有限公司电气分厂 江苏省徐州市 221005）
摘要：现阶段，多晶硅的生产主要采用的是改良西门子法，还原炉是它的重要设备。多晶硅还原炉电气系统的整体包括了多个部分，本文将对它的电气系统研制的几方面及其实际应用作出简要的分析，这有助于我国对目前还并不完善的多晶硅还原炉电气系统更加重视。
关键词：多晶硅还原炉；电气系统；研制
前言
多晶硅是半导体行业与光伏行业的基础原材料，在21世纪之后，它的需求量便日益加大，对于如何提高多晶硅的产量，降低它对能源的消耗，成为了我国多晶硅行业的难题[1]。多晶硅还原炉（CVD reactor）的进一步改良和发展，有助于我国多晶硅生产得更加高效，有助于攻克这一难题。
一、多晶硅的生产
现阶段，多晶硅的生产主要存在三种方法，它们是硅焕法、流化床法和改良西门子法。改良西门子法又被称为三氯氢硅氢还原法，它的原理是在还原炉内通过化学变化来生产多晶硅，而它所用的原材料主要为氢气和三氯氢硅。当温度处于1050℃到1150℃之间的时候，二者会产生化学反应，其公式为：
三氯氢硅于还原炉里面的化学气相沉积反应能耗通常是75kWh/kg到100kWh/kg，几乎占了在多晶硅生产总能耗当中的60%。在12对棒声场多晶硅的还原炉中有三个区域，一个内环和两个外环，每一个区域都存在着四对的多晶硅棒。所采用的硅芯高度一般是2.5~2.8m，它的直径大概是10~12mm的圆截面或者是10×10mm的方截面，它最终会通过反应变140mm到165mm的成品硅棒，而所要经历的时间大概是6~8天。
二、多晶硅还原炉电器系统研制及其实际应用
多晶硅还原炉的电气系统关键设备高括了高压开关柜、预加热装置、中压调功器、整流变压器等，它的供电流程可如图1所示。
通过图1可以看出，通过这些主要设备之间电流的一步步传递，进而可以完成多晶硅的生产。在这里，我们主要谈一下在这些关键设备中的高压开关柜、还原炉预加热装置以及中压调控器。
（一）高压开关柜
在高压开关柜里面主要有着真空断路器和整流变压器微机保护装置。
1.真空断路器
真空短路器是高压开关柜的核心，它的原理是触头在真空之中能够断开电路。它的实际应用中对于参数的选择是额定电流达到整流变压器的一次侧额定线的若干倍。整体多为手车式，这样可以方便工作人员的检查和修理。
2.整流变压器微机保护装置
整流变压器微机保护装置是针对过电流进行的保护，多电流主要分为两段，在第一段过电流保护，电流数值达到 ，真空断路器会立即起到作用，切断10kV电源，从而保护变压器，而在第二段的电流保护，是高压测过电流的定时限保护，在电流数值达到 ( )，会延时跳真空断路器，切断10kV电源。
（二）还原炉预加热装置
还原炉的预加热装置是给石墨棒进行还原预加热，一般在炉内会有两根石墨棒，在整体开始之前，低压大电流会通过这两根石墨棒，通过这两根石墨棒对整个还原炉进行加热。因为硅芯的半导体性质，所以在温度提升时，它的电阻与电阻率都会有所下降。如果调功器对其作用一定中压，那么这股中压就会将硅芯击穿，而后贯通。中压调功器对十二对硅芯的电流产生自动的控制效果，还原炉就可以开始生产工作。
这种常用的方法在实际应用中很容易操作，可是多晶硅的纯度会有所下降，这是因为在通电和加温的过程里，石墨棒会产生一些杂质原子，这些杂质原子
能够弥漫在还原炉内，并且融入所产生的多晶硅中[2]。
（三）中压调功器
1.中压调功器的组成及作用
在还原炉的实际工作当中，对硅芯产生温度的影响因素主要有原料的输入让温度降低、电阻的变化以及循环冷却系统及水系统温度等，而硅芯的温度对于整个生产过程是极为重要的，所以我们需要调功板DSP、可编程控制器PLC与晶闸管整流器共同组成了中压调功器[3]。它的作用就是对硅芯的温度进行控制，让硅芯的温度保持在1050℃到1150℃之间，其中1080℃是最佳的温度。现阶段，理想的多晶硅还原炉控制系统如图2所示。
根据图2，假设硅芯实际温度T是控制系统的理想反馈量，因为在实际应用中不容易实现这一温度，那么可以用间接反应温度的其它物理量与集散控制系统DCS设定的相同物理量进行对比。
2.中压调功器的整流
用中压调功器中的晶闸管整流柜在整流之后，通过对还原炉底电极作用十二对硅芯电流会产生这样的特征，即通过硅芯的电流是交流电流，通过硅芯的电流是拼波电流。因此，相对于整个的整流元件，晶闸管上流过的电流为单相电流，而它的最大值是半波整流。硅芯实际流过的拼波电流如图3所示。
每一根硅芯的正负半波流过的分别是一组晶闸管在整流之后的拼波电流和另一组晶闸管在整流之后的拼波电流。
结论：综上所述，多晶硅还原炉在电气系统当中硬件设备较多，整体结构也相对复杂，并且在实际应用中依然存在着一些不足之处。只有通过不断地研发与革新，才能让多晶硅还原炉的电气系统更加完善，才能让多晶硅还原炉在生产过程中更为高效。
参考文献
[1]“多晶硅还原电源系统”打破国外技术垄断[J].辽宁化工,2014,07:848.
[2]程智勇.浅谈36对棒多晶硅还原炉电源系统及常见故障分析[J].石河子科技,2014,03:52-53.
[5]陈叮琳,杨紫琪.多晶硅还原生产中常见问题[J].山东工业技术,2016,17:15.
作者简介
许军（1975-08-01），男，汉族，江苏徐州市人，学历：本科，职称：中级，工作单位：江苏中能硅业科技发展有限公司电气分厂。
论文作者:许军
论文发表刊物:《电力设备》2017年第14期
论文发表时间:2017/9/19
标签：多晶硅论文; 电流论文; 温度论文; 系统论文; 电气论文; 晶闸管论文; 中压论文; 《电力设备》2017年第14期论文;