阅读说明：本技术 多晶硅功率电源半波检测方法 (Polysilicon power supply half-wave detection method ) 是由 张杭 高建虎 张燕 丁洁 于 2019-08-09 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种多晶硅功率电源半波检测方法,将半波检测功能集成在多晶硅功率电源控制器中,以减少硬件投入。利用半波前后还原电压有效值变化的特征,根据控制器当时的工作档位和触发角度,计算出此时系统正常时的输出电压有效值,记为理论值；将此理论值与实际采集到的电压有效值进行比较,当两者偏差大于某一设定值时,并且持续时间大于延时定值认为是半波故障。该方案成本低,检测精度高,实用性强。(The invention provides a polysilicon power supply half-wave detection method, which integrates a half-wave detection function into a polysilicon power supply controller to reduce hardware investment. Calculating the effective value of the output voltage of the system when the system is normal at the moment according to the working gear and the trigger angle of the controller at the moment by utilizing the characteristic of the change of the effective value of the reduction voltage before and after the half wave, and recording the effective value as a theoretical value; comparing the theoretical value with the actually collected effective voltage value, and considering the half-wave fault when the deviation between the theoretical value and the actually collected effective voltage value is greater than a set value and the duration time is greater than the delay fixed value. The scheme has the advantages of low cost, high detection precision and strong practicability.)

多晶硅功率电源半波检测方法

技术领域

本发明涉及电源半波检测领域，针对多晶硅生产过程中的功率电源控制系统，具体是一种多晶硅功率电源半波检测方法,使用电压叠层技术的电源控制器设计。

背景技术

目前，生产多晶硅的主流工艺是改良西门子法，多晶硅还原炉功率电源控制系统是改良西门子法生产多晶硅的重要部分，控制系统的好坏直接影响多晶硅的生产效率。大多数多晶硅还原炉还原加热电气系统均采用晶闸管整流的交流调压加热电源。该加热电源系统设计简单，随着硅棒的还原生长，硅棒的电阻值逐渐减小，只须要通过改变电源中晶闸管的导通角来调节系统的输出电压以维持还原炉内温度的恒定。还原电气系统大都采用多档绿色叠层技术提高变压器利用率，减少谐波，提高功率因数。正常运行时电源系统输出的是两档叠层正负半周对称的交流电压，没有直流分量；当某一元器件损坏导致晶闸管有半周无法导通，就会形成半波电压，此时电源系统中会有直流分量存在。这些直流分量会造成变压器铁芯严重饱和，励磁电流高度畸变，产生大量谐波，影响多晶硅的继续生长。直流分量除了影响多晶硅生产外，对变压器器本身也有很大影响，严重的磁饱和使变压器金属结构损耗增加，导致局部过热现象，破坏绝缘，损坏变压器或降低使用寿命。及时检测出半波现象，进行停机检修，对设备安全和提高生产质量有着重要意义。

目前，最常用的检测方法是在回路中增加直流电流检测装置，该方法需增加硬件成本，同时受晶闸管阻容电路影响，该方法检测精度较低。

发明内容

本发明为了解决现有技术的问题，提供了一种多晶硅功率电源半波检测方法，将半波检测功能集成在功率电源控制器内，采用电压实际值与理论值偏差法检测电压半波现象，该方案成本低，检测精度高，实用性强。

本发明提供的方法如下：采用电压偏差法判别半波，设理论电压值为Ut，实际电压值为Ur，当某个元器件损坏出现半波时，实际输出的还原电压值Ur会减小。当还原电压的偏差率(Ut-Ur)/Ut大于设定值时，持续时间超过设定的延时定值判定为半波故障。

进一步改进，所述的电压偏差法，设置半波检测电压门槛，当理论电压大于此门槛时投入半波检测功能。

进一步改进，所述的电压偏差率定值设置为0.04～1.0，延时时间设置为0.1s～5s,可准确检测到半波故障，而不出现误判。

进一步改进，所述还原电压理论值为根据变压器档位电压、当前工作档位和触发角计算叠层后的电压有效值。

进一步改进，所述还原电压半波实际值为根据控制器AD采样到的一个周波点计算其有效值。

本发明将半波检测功能集成在多晶硅功率电源控制器中，使用功率电源控制器原有的模拟量和计算量判别半波，无需增加硬件设备。为了控制晶闸管的触发，控制器通过互感器和AD采样回路采集了还原变压器的输出电压。但控制器采集的还原电压是通过互感器变送隔离的，很容易出现直流饱和，不能准确的采集到直流分量。鉴于上述原因经过大量试验发现，当出现半波时，控制器采集到的模拟量的有效值出现不同程度的降低。利用半波前后还原电压有效值变化的特征，本发明提出一种电压半波检测判据：根据控制器当时的工作档位和触发角度，可以计算出此时系统正常时的输出电压有效值，记为理论值；将此理论值与实际采集到的电压有效值进行比较，当两者偏差大于某一设定值时，并且持续时间大于延时定值认为是半波故障。

本发明有益效果在于：

1、采用电压实际值与理论值偏差法检测电压半波现象，该方案成本低，检测精度高，实用性强。

2、半波检测功能集成在多晶硅功率电源控制器中，使用功率电源控制器原有的模拟量和计算量判别半波，无需增加硬件设备。

附图说明

图1是本发明实施例的多晶硅功率电源控制系统示意图。

图2是本发明实施例的电压半波检测流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，是本发明的多晶硅功率电源控制系统示意图，控制原理如下：

五档变压器的档位电压值输入至控制器，依次为：V1档电压2650V、V2档电压1200V、V3档电压600V、V4档电压400V、V5档电压300V。还原电压通过PT采集至功率电源控制器，还原电流通过CT采集至电源控制器，控制器根据所需电压触发V1～V5档晶闸管的触发角度，实现电压的在0～2650V范围内连续可调。

V5档单档工作时，输出电压范围为0V～300V；V4和V5叠层工作时，输出电压范围为301V～400V；V3和V4叠层工作时，输出电压范围为401V～600V；V2和V3叠层工作时，输出电压范围为601V～1200V；V1和V2叠层工作时，输出电压范围为1201V～2650V。

为了避免由于计算控制误差的影响，造成触发偏差，故在过零点附近预留一个角度不工作，在过零点附近预留一个小角度不工作对整个电压值的影响比较小，可忽略不计。每档的最小触发角设置如下：V1档最小触发角25°、V2档最小触发角20°、V3档最小触发角15°、V4档最小触发角10°、V5档最小触发角5°。

下表给出了在不同档位和触发角下，还原电压理论值、全波电压实际值和高档电压出现半波时的半波电压实际值。

表中的理论电压值计算公式为：

注：U1为相邻两档叠加时的高档电压值，U2为相邻两档叠加时的低档电压值，θ为高档触发角度。

电压偏差率定值越小检测越灵敏，但应躲过未出现半波时理论值与实际值的偏差，延时时间可以躲过瞬时干扰造成的偏差。经过大量试验数据得出，当电压偏差率定值设置为0.04～0.1时，延时时间设置为0.1s～5s可以准确的检测出半波故障，并且不会出现误判。

优选的，电压偏差率定值设置为0.06，延时时间设置为1s，可以得到最佳检测结果。

如图2所示，是本发明的电压半波检测流程图，检测流程如下：

控制器实时采集还原电压并计算出其实际有效值Ur，同时根据工作档位电压、当前工作档位和各档触发角计算出理论电压值Ut，当还原电压的偏差率|Ut-Ur|/Ut大于设定值时，经设定的延时判定为半波故障，控制器停止输出，报半波故障告警，提醒运维人员查找故障。

本发明具体应用途径很多，以上所述仅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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。