一种多晶硅变流变压器及控制系统的制作方法

1.本发明涉及多晶硅变流变压器技术领域，具体涉及一种多晶硅变流变压器及控制系统。


背景技术：

2.太阳能光伏发电产业的发展对多晶硅的生产及硅片制造业产生了带动和促进作用。多晶硅还原炉是多晶硅生产过程中非常关键的设备，在其炉内完成从三氯氢硅到多晶硅的生产工艺环节，控制好炉内温度直接关系到其内硅芯的还原纯度和最终多晶硅产品质量的优劣.因此为还原炉提供加热电源的多晶硅变流变压器设备就担负着非常主要的作用；伴随着多晶硅产能大幅提高，相应的多晶硅变流干式变压器容量也随之增大，由此带来多晶硅生产过程出现的异常情况增多，例如硅棒碰壁、裂棒监测及断电再上电继续生产等，导致多晶硅异常片料占比高及电能损耗高等现象。
3.表现在多晶硅变流干式变流变压器上的情况如下：现有的多晶硅变流干式变压器在某些档位抽头工作时，存在上、下副边绕组不同时运行，即缺相运行的情况，对于变压器来说就是半穿越的运行状态，变压器负载严重不平衡，漏磁产生涡流损耗突然剧增，引起变压器绕组首末端部局部过热。此类变压器副边绕组均采用箔式绕组，由极薄的箔片绕制而成，由于其结构特点，在漏磁场的影响下箔式绕组会出现不均匀电流密度分布，即挤流效应，同时，绕组电流产生的漏磁场也会在上、下夹件、拉板等金属结构件中产生损耗，集中在小面积上的杂散损耗往往会引起绕组和结构件中的局部过热问题；漏磁场会在箔式绕组导体中产生极不均匀的电流密度和涡流损耗，尤其是随着变压器容量的不断增加，问题愈加严重；另外当变压器在半穿越(即缺相运行)运行时，由于原边绕组电流分配不均匀，引起的安匝不平衡较为严重，如果发生短路故障，那么轴向短路电动力对产品造成的危害，将威胁着变压器的安全运行。
4.针对以上现象，目前行业内多采取的措施有：
5.1、增大绕组导体截面(“降损耗”)，改善局部温度集中状况，提高缺相运行时档位过载能力；
6.2、调整输出绕组轴向散热气道分布，针对现场实际运行情况，在靠近内部铁心的个别绕组多设置2～3层轴向散热气道，以改善散热条件；
7.3、在变流变压器原边绕组与副边绕组侧面安装大风量离心式风机；
8.以上措施均很大程度上提高产品制造成本，不经济；且缺相运行(即：半穿越的运行)下的局部过热情况并未得到有效改善。


技术实现要素：

9.有鉴于此，本发明提供了一种多晶硅变流变压器及控制系统，当发生半穿越运行(缺相运行)时，将单相副边分裂绕组上部、下部两个分线圈并联后输出，安匝平衡性好，不存在局部过热问题，避免了传统多晶硅变流变压器结构存在上、下副边绕组缺相运行时的
烧毁现象。
10.为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
11.第一方面，本发明提供了一种多晶硅变流变压器，包括三相铁心、以及分别套设在所述三相铁心上的三相原边绕组和三相副边绕组，所述三相副边绕组中的每相副边绕组包括两组单相副边分裂绕组，共形成六组所述单相副边分裂绕组，且六组所述单相副边分裂绕组之间相互独立，且彼此绝缘；
12.每组所述单相副边分裂绕组均包括上部分线圈和下部分线圈，每组所述单相副边分裂绕组中的所述上部分线圈和所述下部分线圈在所述铁心的轴向上间隔分布，每组所述单相副边分裂绕组中的所述上部分线圈和所述下部分线圈之间可通过外部接线并联。
13.进一步地，所述上部分线圈中包括多个档位抽头，所述下部分线圈中包括多个档位抽头。
14.进一步地，所述上部分线圈与所述下部分线圈中的所述档位抽头的数量相同；或者
15.所述上部分线圈比所述下部分线圈多设置一个档位出线，且所述档位出线连接的线圈的匝数与所述下部分线圈的匝数相等；或者
16.所述下部分线圈比所述上部分线圈多设置一个档位出线，且所述档位出线连接的线圈的匝数与所述上部分线圈的匝数相等。
17.进一步地，所述铁心、所述副边绕组和所述原边绕组的线圈采用同心式结构，所述副边绕组套设在所述铁心外侧，所述原边绕组套设在所述副边绕组外侧。
18.进一步地，每相所述副边绕组中的两组所述单相副边分裂绕组中的所述上部分线圈相对应设置；每相所述副边绕组中的两组所述单相副边分裂绕组中的所述下部分线圈相对应设置。
19.进一步地，每组所述单相副边分裂绕组中的所述上部分线圈处于所述铁心轴向上的同一高度；每组所述单相副边分裂绕组中的所述下部分线圈处于所述铁心轴向上的同一高度。
20.进一步地，每相所述原边绕组在所述铁心的轴向上分裂为两个绕组，分别为第一原边绕组和第二原边绕组，且所述第一原边绕组与所述第二原边绕组各相并联连接。
21.进一步地，所述原边绕组采用三角形接线方式。
22.进一步地，所述原边绕组中包括多个分接抽头。
23.第二方面，本发明提供了一种控制系统，所述控制系统中包括如上所述的多晶硅变流变压器，还包括调功器，所述调功器与所述多晶硅变流变压器之间电连接。
24.进一步地，所述调功器中包括控制模组，所述控制模组用于控制每组所述单相副边分裂绕组中的所述上部分线圈和所述下部分线圈之间相互断开或通过外部接线并联。
25.本发明的上述技术方案的有益效果如下：
26.本发明提供了一种多晶硅变流变压器，包括三相铁心，以及分别套设在所述三相铁心上的三相原边绕组和三相副边绕组，所述三相副边绕组中的每相副边绕组包括两组单相副边分裂绕组，共形成六组所述单相副边分裂绕组，且六组所述单相副边分裂绕组之间相互独立，且彼此绝缘；每组所述单相副边分裂绕组均包括上部分线圈和下部分线圈，每组所述单相副边分裂绕组中的所述上部分线圈和所述下部分线圈在所述铁心的轴向上间隔
开分布，每组所述单相副边分裂绕组中的所述上部分线圈和所述下部分线圈之间可通过外部接线并联。本发明中提供的多晶硅变流变压器，通过对三相副边绕组的六个单相副边绕组的出线档位设置，当所述多晶硅变流变压器发生缺相时，将单相副边分裂绕组上、下两个分线圈并联后向同一负载输出，使变压器运行的绕组漏磁场分布均匀，原边绕组与副边绕组之间具有很好的安匝平衡关系，无损耗密度集中区域，不会形成横向涡流损耗集中，无局部温度过高现象，提高了变流变压器产品运行可靠性及稳定性且有效降还原电耗成本及多晶硅异常片料占比。同时，本发明中提供的多晶硅变流变压器，具有受热冲击能力强、过载能力大、难燃以及紧急过负载能力强，维护方便，对湿度、灰尘不敏感，不易开裂，性能安全可靠等特点。
附图说明
27.图1为多晶硅变流变压器的结构示意图；
28.图2为多晶硅变流变压器中原边绕组和副边绕组的排列示意图；
29.图3a为实施例1中多晶硅变流变压器对称输出的一个示意图；
30.图3b为实施例1中多晶硅变流变压器对称输出的另一个示意图；
31.图4a为实施例2中多晶硅变流变压器不对称输出的一个示意图；
32.图4b为实施例2中多晶硅变流变压器不对称输出的另一个示意图。
33.附图标记：
34.原边绕组1、副边绕组2、档位抽头3、铁心4、档位出线5。
具体实施方式
35.为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明的限制。
36.以下结合附图对本发明中提供的多晶硅变流变压器进一步解释说明。
37.第一方面，本发明提供了一种多晶硅变流变压器，包括三相铁心4，以及分别套设在所述三相铁心4上的三相原边绕组1和三相副边绕组2，所述三相副边绕组2中的每相副边绕组2包括两组单相副边分裂绕组，共形成六组所述单相副边分裂绕组，且六组所述单相副边分裂绕组之间相互独立，且彼此绝缘；每组所述单相副边分裂绕组均包括上部分线圈和下部分线圈，每组所述单相副边分裂绕组中的所述上部分线圈和所述下部分线圈在所述铁心4的轴向上间隔分布，每组所述单相副边分裂绕组中的所述上部分线圈和所述下部分线圈之间可通过外部接线并联。
38.本发明中提供了一种多晶硅变流变压器，参考附图1～2，所述多晶硅变流变压器为三相变压器，其结构包括三相铁心4，以及分别套设在所述三相铁心4上的三相原边绕组1和三相副边绕组2。进一步地，所述多晶硅变流变压器中的三相副边绕组2均轴向分裂为两个绕组，以形成六个单相副边分裂绕组，且所述六个单相副边分裂绕组在电气上相互独立，彼此绝缘。每个所述单相副边分裂绕组的结构为：每个单相副边分裂绕组包括上部分线圈和下部分线圈，所述上部分线圈和所述下部分线圈在所述铁心4的轴向上间隔分布。所述单相副边分裂绕组的绕制及排列方式参考附图2，图2中d1、d11绕制在一起成为一个单元；d12、d13、d14绕制在一起成为一个单元；d2、d21绕制在一起成为一个单元；d22、d23、d24绕
制在一起成为一个单元。所述单相副边分裂绕组采用内、外分开绕制然后再组装的结构，解决了由于产品容量大而造成的线圈绕制难度大、效率低的问题；同时，本发明中的绕组结构具有良好的工艺性和效率、提高了变压器整体稳定性，设计和制造工艺难度大大降低，提高了产品的生产效率降低了产品的整体制造难度和成本，同时副边绕组2采用多级串联输出结构，满足“电压电流变化范围宽”的要求。
39.本发明中提供的多晶硅变流变压器，可根据多晶硅变流变压器的工作状态，控制所述上部分线圈和所述下部分线圈处于相互独立的状态，或切换成通过外部接线并联的状态。具体地讲，当所述多晶硅变流变压器处于穿越运行时(即每个所述单相副边分裂绕组中的上、下两个分线圈均工作)，每组所述单相副边分裂绕组可分别带相应负载，此时每组所述单相副边分裂绕组中的所述上部分线圈和所述下部分线圈之间处于相互独立的状态。当所述多晶硅变流变压器处于半穿越运行时(即所述单相副边分裂绕组中某个分线圈因所带负载如发生：硅棒碰壁、裂棒、倒棒故障等退出工作)，此时通过外部接线将所述上部分线圈和所述下部分线圈并联后向同一负载输出，避免出现缺相。
40.根据本发明的一些实施例，所述上部分线圈中包括多个档位抽头3，所述下部分线圈中包括多个档位抽头3。
41.本发明中所述上部分线圈中包括多个档位抽头3，所述下部分线圈中包括多个档位抽头3，具体地，所述档位抽头3的数量根据每组所述单相副边分裂绕组的输出电压的大小进行设置，比如可以为5个。所述档位抽头3由内向外的电压等级依次降低，电流依次增大。
42.根据本发明的一些实施例，所述上部分线圈与所述下部分线圈中的所述档位抽头3的数量相同；或者，所述上部分线圈比所述下部分线圈多设置一个档位出线5，且所述档位出线5连接的线圈的匝数与所述下部分线圈的匝数相等；或者，所述下部分线圈比所述上部分线圈多设置一个档位出线5，且所述档位出线5连接的线圈的匝数与所述上部分线圈的匝数相等。比如，所述上部分线圈和所述下部分线圈的输出电压相同时，所述上部分线圈与所述下部分线圈中的所述档位抽头3的数量可以相同；或者，所述上部分线圈的输出电压比所述下部分线圈的输出电压高时，所述上部分线圈比所述下部分线圈可以多设置一个档位出线5，且所述档位出线5连接的线圈的匝数与所述下部分线圈的匝数相等；或者，所述下部分线圈的输出电压比所述上部分线圈的输出电压高时，所述下部分线圈比所述上部分线圈可以多设置一个档位出线5，且所述档位出线5连接的线圈的匝数与所述上部分线圈的匝数相等。
43.本发明中所述多晶硅变流变压器在实际使用中，每个所述单相副边分裂绕组可以对称输出，即所述上部分线圈和所述下部分线圈输出同样的电压和电流。当所述单相副边分裂绕组对称输出时，则所述上部分线圈和所述下部分线圈中设置相同数量的档位抽头3。当所述多晶硅变流变压器半穿越运行时，通过外部接线将同一档位的档位抽头3并联，并向同一负载输出，避免出现缺相。同时，每个所述单相副边分裂绕组也可以不对称输出，即所述上部分线圈和所述下部分线圈输出不同的电压和电流。当所述单相副边分裂绕组不对称输出时，如果所述上部分线圈的输出电压比所述下部分线圈的输出电压高时，则所述上部分线圈比所述下部分线圈多设置一个档位出线5，且所述档位出线5连接的线圈的匝数与所述下部分线圈的匝数相等。如果所述下部分线圈的输出电压比所述上部分线圈的输出电压
高时，则所述下部分线圈比所述上部分线圈多设置一个档位出线5，且所述档位出线5连接的线圈的匝数与所述上部分线圈的匝数相等。当所述多晶硅变流变压器半穿越运行时，通过外部接线和设置的档位出线5，将所述单相副边分裂绕组上、下两个分线圈上相同电压的线圈并联后同一负载输出，避免出现缺相。
44.根据本发明的一些实施例，所述铁心4、所述副边绕组2和所述原边绕组1的线圈采用同心式结构，所述副边绕组2套设在所述铁心4外侧，所述原边绕组1套设在所述副边绕组2外侧。
45.根据本发明的一些实施例，每相所述副边绕组2中的两组所述单相副边分裂绕组中的所述上部分线圈相对应设置；每相所述副边绕组2中的两组所述单相副边分裂绕组中的所述下部分线圈相对应设置。
46.根据本发明的一些实施例，每组所述单相副边分裂绕组中的所述上部分线圈处于所述铁心4轴向上的同一高度；每组所述单相副边分裂绕组中的所述下部分线圈处于所述铁心4轴向上的同一高度。
47.根据本发明的一些实施例，每相所述原边绕组1在所述铁心4的轴向上分裂为两个绕组，分别为第一原边绕组和第二原边绕组，且所述第一原边绕组与所述第二原边绕组各相并联连接。
48.根据本发明的一些实施例，所述原边绕组1采用三角形接线方式。
49.根据本发明的一些实施例，所述原边绕组1中包括多个分接抽头。
50.具体来讲，如图2所示，本发明中的多晶硅变流干式变压器中的原边绕组1在所述铁心4的轴向上分裂为两个绕组，分别为第一原边绕组和第二原边绕组(即图2中的g1和g2)，且所述第一原边绕组与所述第二原边绕组各相并联连接。所述原边绕组1采用三角形接线方式，每相所述原边绕组1均具有多个分接抽头。
51.本发明中提供的多晶硅变流变压器，通过对三相副边绕组2的六个单相副边绕组2的出线档位设置，当所述多晶硅变流变压器发生缺相时，将单相副边分裂绕组上、下两个分线圈并联后输出，使变压器运行的绕组漏磁场分布均匀，原边绕组1与副边绕组2之间具有很好的安匝平衡关系，无损耗密度集中区域，不会形成横向涡流损耗集中，无局部温度过高现象，提高了变流变压器产品运行可靠性及稳定性且有效降还原电耗成本及多晶硅异常片料占比。同时，本发明中提供的多晶硅变流变压器，具有受热冲击能力强、过载能力大、难燃以及紧急过负载能力强，维护方便，对湿度、灰尘不敏感，不易开裂，性能安全可靠等特点。
52.第二方面，本发明提供了一种控制系统，所述控制系统中包括如上所述的多晶硅变流变压器，还包括调功器，所述调功器与所述多晶硅变流变压器之间电连接。
53.根据本发明的一些实施例，所述调功器中可以包括控制模组，所述控制模组用于控制每组所述单相副边分裂绕组中的所述上部分线圈和所述下部分线圈之间相互断开或通过外部接线并联。所述调功器中可以包括监测系统，所述监测系统用于监测所述多晶硅变流变压器的运行状况。
54.本发明中提供了一种控制系统，所述控制系统中包括如上所述的多晶硅变流变压器和调功器，所述调功器中包括监测系统和控制模组，所述调功器与所述多晶硅变流变压器之间电连接。当所述调功器中的监测系统发现所述多晶硅变流变压器缺相时，立刻将缺相的信号反馈给所述控制模组，所述控制模组收到缺相的信号后快速切换外部接线，将单
相副边分裂绕组的上、下两个分线圈并联后向同一负载输出，避免出现缺相。
55.下面通过一些具体实施例对本发明作进一步说明。
56.关于缺相运行状况说明：例如图2中副边绕组d1、d11、d12、d13、d14与原边绕组(g1及g2)参与运行，与此同时另一副边绕组d2、d21、d22、d23、d24开路，虽然绕组d14段的直流电阻损耗不大，但在d1-d14运行时其杂散损耗系数高达通常计算时的数倍，且由于其处于最内侧，散热条件不好，因此造成d14线圈热点温升超绝缘系统许用温升，变流变压器由此引起的烧毁现象时有发生。
57.实施例1
58.如附图3a和3b所示，本实施例提供的多晶硅变流变压器中，每组单相副边分裂绕组对称输出相同的电压和电流，上部分线圈、下部分线圈按输出不同电压、电流要求具有多个档位抽头3(如图中的1n、1u1、1u2、1u3、1u4、1u5；1n
′
、1u1
′
、1u2
′
、1u3
′
、1u4
′
、1u5
′
)。
59.当变压器正常工作时，所述单相副边分裂绕组的上部分线圈和下部分线圈可分别带相应的负载，二次输出额定电压和电流如表1所示。当调功器中监测系统中的监测检流计发现缺相时(即：单相副边分裂绕组中某个分线圈因所带负载如发生：硅棒碰壁、裂棒、倒棒故障等退出工作)，通过自适应控制系统快速切换外部接线将单相副边分裂绕组的上、下两个分线圈并联后向同一负载输出，避免出现缺相。结合附图3a和3b，即将所述上部分线圈的出线1n与所述下部分线圈出线1n
′
、所述上部分线圈出线1u5与所述下部分线圈出线1u5
′
通过外部接线并联。
60.表1
[0061][0062]
实施例2
[0063]
如附图4a和4b所示，本实施例提供的多晶硅变流变压器中，每组单相副边分裂绕组不对称输出相同的电压和电流，所述单相副边分裂绕组中的上部分线圈和下部分线圈输出不同的电压和电流，上部分线圈、下部分线圈按输出不同电压、电流要求具有多个档位抽头3(如图中的1n、1u1、1u2、1u3、1u4、1u5；1n
′
、1u1
′
、1u2
′
、1u3
′
、1u4
′
、1u5
′
)。同时，由于所述下部分线圈的输出电压比所述上部分线圈的输出电压高，设置所述下部分线圈中还包括一个档位出线1n5
″
，下部分线圈1n
′
～1n5
″
与上分线圈1n～1n5之间匝数相等。
[0064]
当变压器正常工作时，所述单相副边分裂绕组的上部分线圈和下部分线圈可分别带相应的负载，二次输出额定电压和电流如表2所示。当调功器中监测系统中的监测检流计发现缺相时(即：单相副边分裂绕组中某个分线圈因所带负载如发生：硅棒碰壁、裂棒、倒棒
故障等退出工作)，通过自适应控制系统快速切换外部接线将单相副边分裂绕组的上、下两个分线圈并联后向同一负载输出，避免出现缺相。结合附图4a和4b，即将所述上部分线圈的出线1n与所述下部分线圈出线1n
′
、所述上部分线圈出线1u5与所述下部分线圈出线1u5
″
通过外部接线并联，此时1n
′
～1u5
″
也输出同1n～1u5一样的电压，即表2中2500v档。
[0065]
表2
[0066][0067]
除非另作定义，本发明中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。
[0068]
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。