CN101844767B - 用于硅棒的点火和起动的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于硅棒的点火和起动的装置，这种电路装置(A)用于在一个按西门子方法由细硅棒(81至84)制造四个硅棒的反应堆中对四个细硅棒(81至84)进行点火并起动这种反应堆。其中此电路装置一方面没有功率开关在大电流的电流回路，而另一方面保证了所有细硅棒的点火。

Description

用于硅棒的点火和起动的装置
技术领域
本发明涉及用于在一个按西门子方法由细硅棒制造硅棒的反应堆中四个细硅棒的点火并用于起动这种反应堆的电路装置。此外还说明了用于细硅棒的点火和用于发动、即起动此反应堆的方法。
背景技术
DE202004014812U1公开了用于给一个按西门子方法生产硅棒的反应堆供电的装置，它具有用于供应电压的第一供电装置和用于供应电压的第二供电装置。第一供电装置用于在离析过程起始阶段，即在细硅棒点火和起动反应堆时供给细硅棒电压。第二供电装置用于在起始阶段之后的运行中给细硅棒和由其生成的硅棒提供电压。
在起始阶段通过第一供电装置给细硅棒供应一个所谓的中等电压，它大于2500伏。用如此高的电压可以实现细硅棒的点火。如果所有的细硅棒被点火，则起始阶段结束。然后细硅棒和其上形成的硅棒的电压供应由第二供电装置完成，它给细硅棒提供低于2500伏的电压。
在运行期间细硅棒或硅棒串联连接，并且此串联电路由第二供电装置提供电压。然而也可以是细硅棒或硅棒在运行期间首先单个地被供给以由第二供电装置提供的电压，分组地供应电压或以串联方式供应电压。视硅棒的电阻应如何调整和多少功率应转移给硅棒，在运行阶段可以在各电路形式之间转换。
上述专利中所说明的装置实际上没有以所公开的形式来实现。实际上大多数装置中应用与第二电压供电装置的输入端子串联的功率开关。然而功率开关在工艺上是复杂和昂贵的，特别是因为它必须适应于中等电压。此外它们必须可以在运行阶段能流过超过1000安培的电流。由于其机械结构，在反应堆的寿命期内功率开关的维护是必要的。
发明内容
因此，本发明的目的在于给出一种用于在一个按西子方法由细硅棒制造四个硅棒的反应堆中四个细硅棒的点火并用于起动这种反应堆的电路装置，其中此电路装置一方面没有功率开关在大电流的电流回路中，而另一方面保证了所有细硅棒的点火。
本发明的任务由具有权利要求1所述特征的装置完成。
本发明所述的电路装置具有第一端子、第二端子和第三端子，用来连接供给电能的三相电网。对于细硅棒或硅棒的连接端，本发明所述电路装置共有5个端子，其中两个作为外端子，三个作为内端子。
本发明所述电路装置总共具有4个变压器，其中每个变压器用于一个细硅棒或硅棒的供电。四个变压器中的两个被称为外变压器，另外两个被称为内变压器。每个变压器分别有一个初级绕组和一个次级绕组。
此外还具有总共四个功率调节器，用于控制流过变压器初级绕组的电流。分配给外变压器的两个功率调节器被称为外部功率调节器，分配给内变压器的两个功率调节器被称为内部功率调节器。
电路装置具有一个或多个控制装置，它们至少用于控制功率调节器。
在本发明所述电路装置中，外变压器的初级绕组并联连接。此并联电路一方面通过第一端子、另一方面通过第二端子与三相电网相连接。内变压器的初级绕组也并联连接。此并联电路一方面通过第二端子、另一方面通过第三端子与三相电网相连接。
除了变压器的初级侧的上述连接以外，本发明所述电路装置还具有次级侧连接。变压器的抽头像以下所述那样相互连接并与细硅棒或硅棒的端子相连接。
两个外变压器中第一个外变压器的次级绕组的第一抽头与两个外端子中的第一个外端子相连接，同时第一个外变压器的次级绕组的第二抽头与两个内变压器中的第一个内变压器的次级绕组的第一抽头相连接。此外，第一个外变压器的第二抽头和第一个内变压器的第一抽头与三个内端子中的第一个内端子相连接。
第一内变压器的次级绕组的第二抽头与两个内变压器中的第二个变压器的次级绕组的第一抽头相连接，并与三个内端子中的第二个内端子相连接。
第二个内变压器的次级绕组的第二抽头与两个外变压器中的第二个外变压器的次级绕组的第一抽头相连接，并与三个内端子中的第三个内端子相连接。
最后，第二个外变压器的次级绕组的第二抽头与两个外端子中的第二个外端子相连接。
本发明所述电路装置中两个外端子可通过开关装置相互连接和接地。该开关装置可以受一个或多个控制装置的控制。
本发明所述电路装置特别适合于与已知的第二电路装置，例如本说明书开始处所提到的用于在运行阶段，即在细硅棒点火和起动反应堆之后给细硅棒或硅棒提供电压的第二供电装置相连接。
第二电路装置的输出端的两个外端子与本发明所述电路装置的外端子处在相同的电位上。具有优点的是在起始阶段，即在硅棒点火和反应堆发动期间，外端子通过可控制的开关装置接地。第二电路装置的输出端的另一端子在起始阶段也与地连接。输出端的这个另一端子通过开关装置与第二内端子隔开，在运行阶段该另一端子通过此开关装置连接到第二和第三硅棒上。
在起始阶段，通过本发明所述电路装置的两个外端子与地的连接，用于两个电路装置去耦的开关装置在第二开关装置的负载回路中是多余的。这样本发明所述电路装置对在运行阶段给硅棒供应电能的第二电路装置的反作用得以避免。在跟在起始阶段之后的运行阶段中，这些可控的开关被断开。
本发明所述电路装置可具有电流采集装置，用以采集流过变压器初级绕组的电流。电路装置也可具有在电压采集装置，用以采集流过变压器初级绕组上的电压。原则上也可设想，本发明电路所述装置具有电流或电压采集装置，用这些装置可以采集流过变压器次级绕组的电流或变压器次级绕组上的电压。
本发明所述电路装置的电流采集装置和电压采集装置可与该电路装置的一个或多个控制装置相连接。
本发明所述电路装置的变压器适用于将初级侧的低电压、例如400伏的交流电压变换为次级侧的中等电压，例如6千伏至8千伏的交流电压。
变压器可具有15至20的变压比。这些变压器最好相同。特别是这些初级绕组有相同的绕组方向，次级绕组也同样。
本发明所述电路装置的控制装置可适用于首先接通功率调节器，以对前后连接于一个外端子和一个内端子的细硅棒点火，功率调节器的输出端与变压器相连，变压器的次级绕组连接于一个外端子和一个内端子。也就是说，首先是这些细硅棒被施加相应变压器的次级电压，这些细硅棒位于由细硅棒组成的串联电路的起始端或末端。控制装置被设计为使得两个细硅棒中的一个首先被点火，接着另一个被点火。这些细硅棒不是同时施加电压，而是先后施加电压。
根据本发明，控制装置具有优点地适用于先后接通外部功率调节器，以对只与两个内端子相连的细硅棒点火。在通过外部功率调节器或外部变压器供给电功率的细硅棒被点火之后，位于这两个细硅棒之间的细硅棒被先后施加电压。控制装置被设计为使得两个细硅棒不是同时被施加电压而点火。
按照本发明，控制装置适用于通过初级绕组调整电流。例如在点火时电流可调整到20安培。按照本发明，控制装置可适合于在调整流过初级绕组的电流的情况下当初级绕组上的电压下降到一个预定值、例如下降到一半时关断功率调节器。初级绕组上电压下降到的这个值例如可以是200伏。如果电压下降到这个预定值，可以视为由该功率调节器或变压器供电的细硅棒已被点火。
在所有的细硅棒被一次点火及为点火而由相应功率调节器施加电压之后，点火阶段结束，且反应堆被起动，即反应堆投入运行。
控制装置可适用于在关断最后一个用于起动反应堆的功率调节器之后同时接通所有的功率调节器，以在所有变压器的初级绕组上形成具有预定额定值的相同电流。具有优点的是，控制装置可适用于逐步提高该额定值。该额定值可一直提高到反应堆的起动结束和从而起始阶段结束。如果起始阶段结束，在运行阶段细硅棒的供电可通过第二电路装置进行。
按照本发明，控制装置可适用于当一个变压器初级绕组上的电压相对于另一个变压器初级绕组上的电压偏移达到预定值时临时降低该额定值。当一个硅棒的点火延迟时可能出现这种偏移。在这种情况下停止启动反应堆并返回上一步，以给未点火的硅棒足够的时间点火。
在本发明所述电路装置中，控制装置可被设计为使得在一个变压器初级绕组上的电压对应于该变压器空载时电压的情况下关断所有的功率调节器。在这种情况下变压器未被加载，这意味着此细硅棒或硅棒未通过变压器次级绕组接入到电流回路中。在这种情况下，硅棒例如可能断裂。即出现了要求操作者人工干预的故障。
按照本发明，为每个功率调节器分配一个控制装置。此外所述电路装置还具有一个或多个上级控制装置，它与分配给功率调节器的控制装置相耦合。此上级控制装置可具有一个接口，通过该接口与第二电路装置的上级控制装置相连接。通过这个接口，上级控制装置可在起始阶段成功地结束时，即所有的细硅棒都被点火且反应堆成功地被发动的情况下向第二电路装置发出信号的上级控制装置。
应该指出，本专利申请中所用的细硅棒或硅棒的概念在实际中可以是指细硅棒对或硅棒对。
附图说明
下面借助于附图所示的优选实施例说明本发明的特征和优点。如图所示：
图1是本发明所述电路装置的简化电路图；
图1a是不考虑功率调节器的情况下初级绕组配置的电路图；
图2是电路装置所执行的方法的简化流程图。
具体实施方式
在图1所示简化电路图中，A表示本发明所述电路装置。本发明所述电路装置A具有一个开关K1，它可通过此开关与三相供电电网L1，L2，L3相连接。在本发明所述电路装置A的端子Z1，Z2，Z3/4，Z5，Z6上连接细硅棒81至84。细硅棒81至84还连接到第二电路装置B上。
本发明所述电路装置A和第二电路装置B通过图中未示出的总线相互连接，从而可以交换信息，特别是状态信号和控制信号。
本发明所述电路装置A用于细硅棒或硅棒81至84的点火和在其中放置细硅棒81至84的反应堆的起动。如果起始阶段结束，则细硅棒81至84的供电就通过第二电路装置B进行。于是由第一、即本发明所述装置A对细硅棒81至84的供电就结束了。
为了在起始阶段对细硅棒供电，本发明所述电路装置具有功率调节器A100，A200，A300，A400，变压器T1，T2，T3，T4和端子Z1，Z2，Z3/4，Z5，Z6。功率调节器A100，A200，A300，A400分别连接到相应的一相L1，L2，L3，并连接到变压器T1，T2，T3，T4的一个初级侧。变压器T1，T2，T3，T4的初级侧还与一相L1，L2，L3连接。各相间的交流电压为400伏。
被称作第一外部功率调节器A100的功率调节器被连接到相L1和被称作第一外变压器T1的变压器的初级绕组的第一抽头1.1上。第一外变压器T1的第二初级抽头1.2与第二相L2相连接。下面逐个描述连接情况：
第一内部功率调节器A200被连接到相L2和第一内变压器T2的初级绕组的第一抽头1.1上。第一内变压器T2的初级绕组的第二抽头1.2与相L3相连接；
第二内部功率调节器A300被连接到相L3和第二内变压器T3的第一初级侧抽头1.1上。第二内变压器T3的初级绕组的第二抽头1.2与相L2相连接。
被称作第二外部功率调节器A400的第四个功率调节器被连接到相L2和被称作第二外变压器T4的变压器的初级绕组1.1上。第二外变压器T4的第二初级侧抽头1.2与相L1相连接。
除初级绕组外，变压器T1，T2，T3，T4还具有次级绕组。次级绕组连接于端子Z1，Z2，Z3/4，Z5，Z6，在这些端子上连接细硅棒。
第一外变压器T1的次级绕组的第一抽头2.1通过开关装置31接地。第一外变压器T1的次级绕组的第一抽头2.1还与用于细硅棒的端子中的第一外端子Z1相连接。第一外变压器T1的第二次级侧抽头2.2与第一内端子Z2相连接。在第一外端子Z1和第一内端子Z2上连接第一细硅棒81。
第一内变压器T2的次级绕组的第一抽头2.1也与第一内端子Z2相连接，而其第二抽头2.2与第二内端子Z3相连接。第二细硅棒82连接在这两个内端子Z2，Z3上。
第二内变压器T3的次级绕组的第一抽头与内端子Z4相连接。在内端子Z4与内端子Z3之间有一个桥。因此就电位而言这个桥连接形成了一个单个的端子，在本专利申请中称为第二内端子Z3/Z4。第二内变压器T3的次级侧第二抽头2.2与第三内端子Z5连接。在第二和第三内端子Z3/Z4、Z5上连接第三细硅棒83。
第二外变压器T4的次级绕组的第一抽头2.1与第三内端子Z5相连接，其第二抽头2.2与第二外端子Z6相连接。在第三内端子Z5和第二外端子Z6上连接第四细硅棒84。第二外变压器T4的次级绕组的第二抽头2.2通过开关装置32接地。
在起始阶段期间开关装置31，32接通。开关装置31，32是可控制的开关装置，它们由本发明所述电路装置A中的一个上级控制装置控制。
外端子Z1，Z6以及第二内端子Z3/4与第二电路装置B相连接。从而在开关装置31，32断开和必要时另一开关装置33接通时，细硅棒80可由第二电路装置B供电。
在功率调节器A100，A200，A300，A400中设置了电流采集装置和电压采集装置，用它们可以采集流过初级绕组的电流或初级绕组上的电压。
下面说明细硅棒80的点火(图2)：
首先第一外功率调节器A100被接通。于是在第一外变压器T1的初级绕组上有400伏的电压。由于变压比为15，在次级绕组上得到6千伏的次级电压，该电压加在第一外端子Z1与第一内端子Z2之间，从而加到第一个细硅棒81上。由于这个高电压，在第一细硅棒81中原子的完整性被破坏。价电子从硅原子的外部原子层被拉出并形成流过细硅棒81的电流。从而细硅棒81变成更加导电的。通过如此形成的电流流动，材料根据电流强度发生一个温度升高。此温度升高导致进一步减小的电阻损耗。随着温度的升高，细硅棒81变得更加导电。
第一外变压器T1的初级电压与流过的初级电流的关系在此是非线性的。第一外功率调节器监测第一外变压器T1上的初级电压。此外流过第一外变压器T1的初级绕组的初级电流也被监测。如果在20安培情况下初级绕组上的电压低于400伏，例如降到200伏，则细硅棒81已被点火。
相反，如果初级电压保持恒定在400伏上，则第一细硅棒未被点火。硅没有变得更导电。通常这意味着存在故障。
如果第一细硅棒81已成功地被点火，则第一外功率调节器A10被关断。然后第二外功率调节器A400被接通。第二外功率调节器A400也被调整为使得在第二外变压器T4的初级绕组上形成20安培的电流。于是在第四细硅棒84中发生与前面所述在第一细硅棒81中相同的过程。第四细硅棒81的导电能力增大，并且第二外变压器T4的初级侧上的电压下降。如果此电压达到200伏的值，则可以视为第四细硅棒84已成功地被点火。
然后以同样的方式和方法通过接通第一内部功率调节器A200或第二内部功率调节器A300对第二细硅棒82或第三细硅棒83点火。
如果所有细硅棒81至84都成功地被一次点火，则反应堆被起动(图2)。这时所有功率调节器10被接通并被调整为使得在变压器T1至T4的初级绕组流过20安培的电流。接着初级侧电流逐步提高10安培。如果这些初级侧电压保持相等或相互间无明显偏差，例如偏差不超过5％，则认为在起动时无故障出现。
如果在对细硅棒点火时功率调节器不是先后被接通，而是所有四个功率调节器同时被接通，而且与其连接的细硅棒同时被施加电压，则不能可靠地说明是否所有的细硅棒均已被点火。在这些变压器的次级绕组的连接中，各个电流相互级联。因此，在功率调节器同时接通时不可能预先知道通过哪个负载流过哪个电流。一个未点火的棒的变压器的电流大部分流过已点火的薄条。为避免上述情况，所有的薄条被分别单独点火。这里产生的细硅棒温度升高是一个正面的附加效应。如果所有的细硅棒都成功地被一次点火，这个效应导致在起动反应堆的共同过程中有相对高的温度。于是点火可以在较小电压下完成。在发动时细硅棒的点火迅速完成。
在第一细硅棒81点火后首先是第四细硅棒84被点火，因为外端子45，46处于地电位。第一细硅棒81和第四细硅棒84的单独点火避免了所谓的相位畸变拖曳。

Claims (17)

1.一种用于在一个按西门子方法由四个细硅棒(81至84)制造四个硅棒的反应堆中对所述四个细硅棒(81至84)点火并用于起动这种反应堆的电路装置(A)，其特征在于，
-具有第一端子、第二端子和第三端子，用于与三相电网相连接，
-具有两个外端子(Z1，Z6)和至少三个内端子(Z2，Z3/Z4，Z5)，用于连接细硅棒(81至84)，
-具有两个外变压器(T1，T4)和两个内变压器(T2，T3)，它们分别具有一个初级绕组和一个次级绕组，
-具有两个外部功率调节器(A100，A400)，适用于控制流过外变压器的初级绕组的电流，
-具有两个内部功率调节器(A200，A300)，适用于控制流过内变压器的初级绕组的电流，
-具有一个或多个用于控制功率调节器(A100，A200，A300，A400)的控制装置，
-其中外变压器(T1，T4)的初级绕组并联连接，并且该并联电路一方面与第一端子(L1)相连接，另一方面与第二端子(L2)相连接，从而连接到三相电网，
-其中内变压器(T2，T3)的初级绕组并联连接，并且该并联电路第一方面与第二端子(L2)相连接，另一方面与第三端子(L3)相连接，从而连接到三相电网，
-其中两个外变压器(T1，T4)中的第一个外变压器(T1)的次级绕组的第一抽头(T1.2.1)与两个外端子中的第一个外端子(Z1)相连接，并且
-第一外变压器(T1)的次级绕组的第二抽头(T1.2.2)与两个内变压器(T2，T3)中的第一个内变压器(T2)的次级绕组的第一抽头(T2.2.1)相连接，并与三个内端子(Z2，Z3/Z4，Z5)中的第一个内端子(Z2)相连接，
-第一内变压器(T2)的次级绕组的第二抽头(T2.2.2)与两个内变压器(T2，T3)中的第二个内变压器(T3)的次级绕组的第一抽头(T3.2.1)相连接，并与三个内端子(Z2，Z3/Z4，Z5)中的第二个内端子(Z3/Z4)相连接，
-第二内变压器(T3)的次级绕组的第二抽头(T3.2.2)与两个外变压器(T1，T4)中的第二个外变压器(T4)的次级绕组的第一抽头(T4.2.1)相连接，并与三个内端子(Z2，Z3/Z4，Z5)中的第三个内端子(Z5)相连接，
-其中第二个外变压器(T4)的次级绕组的第二抽头(T4.2.2)与两个外端子(Z1，Z6)中的第二个外端子(Z6)相连接，以及
-其中两个外端子(Z1，Z6)能够通过开关装置(31，32)相互连接并接地。
2.如权利要求1所述的电路装置(A)，其特征在于，该电路装置(A)具有电流采集装置，用于采集流过变压器(T1，T2，T3，T4)的初级绕组的电流。
3.如权利要求1或2所述的电路装置(A)，其特征在于，该电路装置(A)具有电压采集装置，用于采集变压器(T1，T2，T3，T4)的初级绕组上的电压。
4.如权利要求2所述的电路装置(A)，其特征在于，该电路装置(A)具有电压采集装置，用于采集变压器(T1，T2，T3，T4)的初级绕组上的电压，所述电流采集装置和电压采集装置与一个或多个控制装置相连接。
5.如权利要求1或2所述的电路装置(A)，其特征在于，变压器(T1，T2，T3，T4)适用于将400伏的初级侧低电压变换为6千伏至8千伏的次级侧中等电压。
6.如权利要求1或2所述的电路装置(A)，其特征在于，变压器(T1，T2，T3，T4)具有数值为15至20的变压比。
7.如权利要求1或2所述的电路装置(A)，其特征在于，变压器(T1，T2，T3，T4)的初级绕组或次级绕组有相同的匝数并以相同的方向绕制。
8.如权利要求1或2所述的电路装置(A)，其特征在于，控制装置适用于首先先后接通外部功率调节器(A100，A400)并接通用于使外端子(Z1，Z6)相互连接并接地的开关装置(31，32)，从而对能够连接于一个外端子(Z1，Z6)和一个内端子(Z2，Z3/Z4，Z5)的细硅棒(81，84)点火。
9.如权利要求8所述的电路装置(A)，其特征在于，控制装置(50)适用于先后接通内部功率调节器(A200，A300)并接通用于使外端子(Z1，Z6)相互连接并接地的开关装置(31，32)，从而对仅能够与两个内端子(Z2，Z3/Z4，Z5)相连接的细硅棒(82，83)点火。
10.如权利要求8所述的电路装置(A)，其特征在于，控制装置和功率调节器(A100，A200，A300，A400)适用于调整流过初级绕组的电流。
11.如权利要求10所述的电路装置(A)，其特征在于，控制装置适用于在调整流过初级绕组的电流的情况下当初级绕组上的电压下降到预定值时关断功率调节器(A100，A200，A300，A400)。
12.如权利要求10所述的电路装置(A)，其特征在于，控制装置适用于在调整流过初级绕组的电流的情况下当初级绕组上的电压下降了一半时关断功率调节器(A100，A200，A300，A400)。
13.如权利要求11或12所述的电路装置(A)，其特征在于，控制装置适用于在关断最后一个功率调节器(A300)之后同时接通所有的功率调节器(A100，A200，A300，A400)，以起动反应堆，从而在所有变压器(T1，T2，T3，T4)的初级绕组上形成一个具有预定额定值的相同电流。
14.如权利要求13所述的电路装置(A)，其特征在于，控制装置适用于逐步提高所述额定值。
15.如权利要求13所述的电路装置(A)，其特征在于，控制装置适用于在一个变压器(T1，T2，T3，T4)的初级绕组上的电压相对于其它变压器(T1，T2，T3，T4)的初级绕组上的电压偏移达到预定值时暂时降低所有额定值。
16.如权利要求11或12所述的电路装置(A)，其特征在于，控制装置适用于在一个变压器(T1，T2，T3，T4)的初级绕组上的电压对应于该变压器(T1，T2，T3，T4)空载时的电压时关断所有的功率调节器(A100，A200，A300，A400)。
17.如权利要求1或2所述的电路装置(A)，其特征在于，为每个功率调节器(A100，A200，A300，A400)分配一个控制装置，并且所述电路装置具有一个上级控制装置，该上级控制装置与分配给功率调节器(A100，A200，A300，A400)的控制装置相耦合。
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