[实用新型]一种用于单晶电源的双反星多层桥整流电路

说明书

技术领域

本实用新型涉及单晶硅电源，尤其是涉及一种用于单晶电源的双反星多层桥整流电路。

背景技术

当前单晶炉直流电源的种类繁多，有整流电源、高频开关电源等。现在整流电源市场中多为6脉波整流电源和12脉波整流电源，其中6脉波整流电源使用较为普遍，而6脉波整流电源多采用三相桥式整流或者双反星整流方式。这两种整流方式对比，双反星电路的电源其特点更适合单晶硅生产工艺要求的大电流低电压输出，它的功率因数及转换效率都比桥式整流方式高。

但是结合单晶硅的生产工艺，这两种电源都有同样的缺陷。单晶硅的完整生长过程需要5小时左右的熔料工序，电源输出功率此时一般已达到额定功率的80％-95％，另外，还需要30小时左右的等径过程，而电源输出功率一般为额定功率的40％左右。针对熔料、等径这两个过程，以上两种整流方式电源的额定输出是一定的，当在熔料状态下的功率因数、转换效率都比较高，但是在长期的等径状态下，其功率因数、转换效率就小的多，并且谐波污染较大。如何使单晶硅整流电源在熔料及等径状态下都保持较高的功率因数和转换效率成为众多厂商一直关注的问题。

目前整流电源中的三相桥式整流的主回路一般采用三柱式变压器，如图1所示。该方案成本较低，被部分厂家采用，但是由于整流器件自身损耗的功率大，通过试验对比其功率因数及转换效率较低，并存在一定量的谐波。双反星整流的主回路一般采用五柱式变压器，一次侧晶闸管调压，二次侧二极管整流，如图2所示。该方案成本相对高一些，但其整流效果输出稳定性都比桥式整流方式好，而且其功率因数及转换效率也比较高，与三相桥式整流相比较具有显著的节能作用。但是结合单晶硅的生产工艺，尤其是在长期的等径状态下，这两种电源的功率因数、转换效率就小的多，并且谐波污染较大。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种功率因数高、转换功率高的用于单晶电源的双反星多层桥整流电路。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种用于单晶电源的双反星多层桥整流电路，包括双反星整流电路，其特征在于：在双反星整流电路的变压器二次侧的绕组间增加至少一组抽头，在抽头的输出端串联晶闸管，晶闸管的共阴端作为正电极输出，星点直接输出作为负电极。

所述双反星整流电路的变压器二次侧的绕组间增加1组抽头。

本实用新型将变压器中间抽头，把最高输出幅度分成2个(或多个)可以利用的层次，选择合适的控制，将一层可利用的波形分成2层(或多层)，输出逐层的半波或全波波形，并在此基础上叠加相邻高一层的整流波形，尽可能以接近完整全波输出的方式工作，叠层与未叠层的波形比较如图4。叠层为本实用新型中的双反星整流电路(如图3)，未叠层为传统整流电源中的整流电路(如图1、2)。

当给定为20％时，叠层电源仅低层晶闸管组(低压组晶闸管)工作，其导通角与相同给定的传统电源大，此时对电网的冲击较小；当给定为50％时，叠层电源中的低层晶闸管组(低压组晶闸管)基本完全导通，而传统电源相同输出的导通角仅有一半，此时基本为单晶电源等径时的功率输出，由波形可以看出，叠层电源波形平滑，更适合单晶硅生产需要，而且此时的功率因数极高，谐波也比较小；当给定为80％时，叠层电源仅靠低层晶闸管组(低压组晶闸管)工作不能满足输出需要，故在低层晶闸管组(低压组晶闸管)完全导通基础上，高层晶闸管(高压组晶闸管)部分导通，相比传统电源此时具有较高功率因数和低谐波的优势；当给定100％时，两组电源在使用效果及性能参数基本没有差异。

在单晶硅生产工艺中，生产过程分为熔料与等径两个阶段。

在熔料过程中，需要提供高功率高电压，此时低压组晶闸管全部导通，高压组晶闸管接近全导通，输出波形接近全波，其功率因数相当高，谐波电流很小。

在等径过程中，需要提供低功率低电压，变压器的中间抽头电压即考虑为等径状态下的工作电压。此时低压组晶闸管接近全导通或全导通，高压组晶闸管未导通或导通很小，输出波形接近全波，其功率因数相当高，谐波电流很小。

这样在熔料与等径工作状态下，均能达到较高的功率因数，与传统电源相比，提高了功率因数，减小了谐波电流，具有很显著的节能效果。

叠层与未叠层的功率因数和谐波电流的比较如图5、图6所示：

由图5可以看出，叠层电源的功率因数与单层传统电源相比，功率因数有显著提高，在单晶电源等径工作状态下，40-60KW功率段，叠层功率因数在0.8-0.96，而传统电源仅为0.53-0.62。大大降低了单晶电源长期工作段的能量消耗，更加高效节能。