多晶硅还原炉电气系统的设计和应用

一．

 综述

　多晶硅还原炉电气系统的主要设备是大功率调压器。调压器所带负载是多晶硅棒串联
而成的纯电阻负载。调压器的作用实际上是对负载电阻进行电加热，并且保持硅棒表面
温度恒定（一般

1080

℃）。硅棒串联而成的电阻是一个变化的电阻：第一，硅棒温度从

常温上升到

1000

℃，Φ8 直径硅芯电阻从几百 kΩ 下降到几十 Ω；第二，保持硅棒表面

温度

1080

℃，硅棒直径从 Φ8 增加到 Φ150，硅棒电阻从几十 Ω 下降到几十 mΩ。可见硅

棒电阻大范围变动引起调压器输出电压和电流的调节范围大是这种调压器的设计特点。
按照实际工作的性质，调压器分为硅棒温度从常温加热到

1000

℃的预热调压器和硅棒

直径从

Φ8 增加到最终直径并且始终保持硅棒表面温度 1080

℃的还原调压器。

　　预热调压器工作过程中硅棒温度从常温加热到

1000

℃，其主要困难是硅棒初始电

阻

R 太大，加热功率正比于 V2/R，电阻大必然要求供电电压高（甚至需十几 kV），一

般应尽可能降低电阻

R。常用方法有提高炉壁冷却液的温度，加粗硅芯直径，对硅芯参

杂，炉内注入高温等离子体或放置卤钨灯等等。预热调压器工作时间十几分钟，功率

30

－

200kVA。

　　还原调压器输出功率用于加热硅棒，硅棒再通过辐射、传导和对流方式将功率传递
给还原炉内的反应气体和炉壁的冷却液。随硅棒直径增长，反应气体流量加大，炉内的
反应气体和炉壁的冷却液带走的热量增加，调压器输出功率越来越大。工艺对还原炉提
出的技术要求如图一所示。还原调压器设计必须满足工艺上随直径

Φ 变化，电压 V、电流

I 和功率 P 的供电要求。同时，重点考虑高电压的电气结构问题、大电流的电气结构问题、
负载电阻变化引起的调节器参数设计问题、调压范围大引起的功率因数低和谐波问题、结
构上的环流问题、硅棒碰壁、裂棒检测及断电再上电等辅助功能问题。

　　多晶硅还原炉电气系统除了调压器以外还有一套计算机管理、操作系统。它的主要功
能是：

　　

1． 对管辖的所有还原炉电气设备（调压器、变压器、开关柜）进行数字通信。

　　

2． 对管辖的所有还原炉电气设备的电气数据进行画面显示和曲线记录，并且对所

有还原炉电气设备的故障进行画面提示和记录。
　　

3． 对管辖的所有还原炉电气设备进行画面操作。

　　该系统采用双冗余计算机和光纤通信，可靠性高、抗干扰能力强。

　　目前，国际上对中国实行还原炉电气系统的技术封锁，同类进口产品只是国际九十
年代初的水平。要想设计出适应我国还原炉内硅棒不断增多、直径不断长粗、气体压力不
断增高的还原炉电气系统，仍然需要依靠中国电气同行的共同努力。