CN102891610A

CN102891610A - 用于生产多晶硅用的反应器的具有变频器的供电装置

Info

Publication number: CN102891610A
Application number: CN2012102502963A
Authority: CN
Inventors: P·瓦尔迈尔
Original assignee: AEG Power Solutions BV
Current assignee: AEG Power Solutions BV
Priority date: 2011-07-19
Filing date: 2012-07-19
Publication date: 2013-01-23
Also published as: US8767427B2; JP2013027305A; CA2783075A1; US20130020869A1; KR20130010840A; EP2549638A1; RU2012130775A

Abstract

本发明涉及一种用于生产多晶硅用的反应器（R）用的供电装置（MF），所述供电装置具有一个变频器、至少一个用于从供电网接收输入电流的输入端和多个用于连接一个或多个负载（3）的输出端，所述输入端能与所述供电网连接，通过所述输出端能给所述一个或多个负载（3）供给输出电流，其中，所述供电装置具有一个用于将输入电流转换成n相的多相交流电的不带变压器的电路，在用于转换的电路的次级侧形成的n相交流电系统的线电压之间的相位差为360°/n，并且n是大于或等于2的自然数，供电装置（MF）具有n个输出端，所述输出端形成一个链，以及在每个输出端上施加n相交流电系统的线电压中的一个电压。

Description

用于生产多晶硅用的反应器的具有变频器的供电装置

技术领域

本发明涉及一种用于生产多晶硅用的反应器的供电装置，所述供电装置具有一个变频器、至少一个用于从供电网接收输入电流的输入端和多个输出端，所述输入端能与所述供电网连接，所述输出端分别带有两个配设的用于连接一个或多个负载的接头，其中，经由每个输出端能够给连接在输出端上的所述一个负载或连接在输出端上的所述多个负载供给输出电流。

背景技术

由文献EP 2 100 851A2已知供电装置，所述供电装置包括变频器并且能够由单相供电网供给电能。在带有变频器的供电装置上可以连接负载，例如用于通过根据西门子法进行气相沉积来生产多晶硅的硅反应器的硅棒。

根据文献EP 2 100 851A2的图3示出了，两个串联的负载各由一个带有变频器的供电装置供给电能，其中，带有变频器的各供电装置分别单相地实施。供电装置所提供的电流之间的相位为180°。因此，由两个带有变频器的供电装置提供的电压在总和中抵消。

在将在本申请的申请日之后公开的、申请号为10 150 728和11 164316的欧洲申请中描述了带有变频器的供电装置，在所述供电装置的输出端上连接有一个带有一个初级绕组和两个次级绕组的变压器。所述两个次级绕组具有相同的匝数。但是它们绕向相反。因此，在次级绕组的输出端上施加数值相同、但方向相反的电压。次级绕组彼此相连接，并且该连接形成一个两相交流电系统的一根中性导线，而次级线圈的其他端部形成该两相交流电系统的外导线，该两相交流电系统给所连接的负载供给电压。

负载连接在两相交流电系统的各一个外导线和中性导线上。

如在文献EP 2 100 851A2中所描述的那样连接的两个带有变频器的供电装置和在申请10 150 728和11 164 316中描述的带有变频器的供电装置的优点是，除了借助带有变频器的供电装置给负载供电之外，还可以同时利用另一供电装置来进行供电，而供电装置互不影响。这也在文献EP 2 100 851A2和在申请10 150 728和11 164 316中有所描述。

在文献EP 2 100 851A2中描述的、具有两个带有变频器的供电装置的电路的缺点是，为了实现两相交流电系统而需要两个变频器。在申请10 150 728和11 164 316中描述的、带有变频器的供电装置的缺点是，为了实现两相交流电系统而需要一个特殊的变压器，该变压器要求一个初级绕组和两个反向绕制的次级绕组。

此外，从Dierk

的出版号为ISBN 978-3-540-69300-0的教科书《功率电子电路（Leistungselektronische Schaltungen）》”已知换流器、例如振荡回路换流器，和AC-AC变换器、例如具有中间电路存储器的AC-AC变换器或者矩阵变换器，它们基本上适合于提供多相交流电、尤其是三相交流电。然而，在该教科书中却没有在应用方面对将换流器或AC-AC变流器接在如下供电装置中进行描述，所述供电装置适合于多晶硅反应器并且为多晶硅反应器而设立。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，如此改善开头所提及类型的供电装置，使得所述供电装置的工作能力更高。

上述技术问题通过如下方式得以解决，即，所述供电装置具有一个用于将输入电流转换成n相的多相交流电的电路，其中，在用于转换的电路的次级侧形成的n相交流电系统的线电压（也就是说链电压）之间的相位差为360°/n，并且n是大于或等于2的自然数，所述供电装置具有n个输出端，所述输出端通过如下方式形成一个链，即，在所述n个输出端中存在n-2个这样的输出端，为这n-2个输出端配设有两个接头，所述两个接头同时还分别配设于所述输出端中的另一输出端，以及在每个输出端上施加n相交流电系统的线电压中的一个电压。

优选地，供电装置的输入电流由用于转换的电路转换成多相交流电，所述多相交流电具有至少三相。

通过将通常取自三相交流电系统或者单相交流电系统的输入电流分配到n相交流电系统上，可以构建工作能力更高的带有变频器的供电装置。利用一个根据本发明的供电装置，在同时节省电路元件的情况下，与由文献EP 2 100 851A2已知的供电装置相比，可以给更多数量的负载供电。根据本发明的供电装置的另一优点在于，可以实现更高的功率因数。

用于将输入电流转换成n相的多相交流电的电路可以包含在优选利用功率电子构件例如晶闸管、三端双向可控硅元件（Triacs）、IGBT（绝缘栅双极晶体管）、尤其是RC-IGBT或RB-IGBT构建的AC-AC变流器中、尤其是在带有中间电路存储器的AC-AC变换器或者矩阵变换器中。用于转换的电路可以包含在优选利用功率电子构件例如晶闸管、三端双向可控硅元件、IGBT构建的换流器中、尤其是在振荡回路换流器中。AC-AC变流器或换流器优选适合于并且设立用于产生n相的多相交流电。与在申请10 150 728和11 164 316中描述的供电装置相反，可以在没有变压器的情况下将输入电流转换成n相的多相交流电。

用于转换的电路可以包含在AC-AC变流器中、尤其是在带有中间电路存储器的AC-AC变换器或者矩阵变换器中。在带有中间电路存储器的AC-AC变换器中，尤其是带有电容器的AC-AC变换器可以用作中间电路存储器。作为矩阵变换器，可以使用直接矩阵变换器（例如常规的矩阵变换器[CMC]、全桥电路中的矩阵变换器）和间接矩阵变换器（例如不带中间电路电容器的AC/DC-DC/AC变换器、常规的间接矩阵变换器[IMC]、稀疏矩阵变换器[SMC、VSMC、USMC]、三点矩阵变换器）。

但可以想到，借助旋转机器的转换不是如借助功率电子半导线构件的转换那么有利。

用于转换的电路可包含在换流器中、尤其是在振荡回路换流器中。

有利的是，所述AC-AC变流器或者换流器也包括所述变频器。将输入电流转换成具有n相的多相交流电以及将通常情况下在50Hz至60Hz之间的频率提高至例如为0.3MHz至300MHz、优选为20MHz至200MHz的频率由此可以利用一个电路实现。

至少一个变压器可以连接在AC-AC变流器或换流器下游，以便将供电装置输出端上的电压提升到对于有待供电的过程所需要的数值。变压器优选是n相变压器。

n相变压器可以在初级侧以多边形接法连接。n相变压器的次级绕组优选与供电装置的各一个输出端并联。

借助根据本发明的供电装置可以构建由一个第一供电装置和根据本发明的供电装置组成的根据本发明的设备，其中，根据本发明的供电装置在下面称为第二供电装置。这种设备包括：

—所述第一供电装置，其中，所述第一供电装置至少具有一个单相变压器、一个三相变压器或者一个n相变压器，所述变压器对于每个次级绕组带有至少三个抽头，其中，每个次级绕组的一个抽头与次级侧的一个中性导线连接并且每个次级绕组的其余抽头通过各一个功率调整器与次级侧的一个外导线连接，每个次级侧的外导线与一个外导线接头连接，而所述中性导线与至少一个中性导线接头连接，每个外导线接头与所述中性导线接头之一共同形成第一供电装置的一个输出端，以及

—1至n个第二供电装置，其中，第一供电装置的每个输出端与由所述一个第二供电装置或所述n个第二供电装置之一的输出端组成的一个链或链之一并联。

第一供电装置可以具有一控制装置，该控制装置以电压序列控制的方式驱动在次级绕组的抽头上连接的功率调整器，例如像在AEGPower Solutions有限责任公司或者权利转让人的大量专利申请中已经描述过的那样。

这种设备可以用在通过根据西门子法进行气相沉积来生产多晶硅用的反应器中，该反应器具有反应器容器，在该反应器容器中布置有用于硅棒或者硅细棒的支架，其中，所述支架与所述设备电连接。

附图说明

下面根据附图对根据本发明的设备和供电装置的示例进行详细阐述。其中：

图1示出一个根据本发明的设备，从一个单相交流电系统给该设备供给电能，以及

图2示出一个根据本发明的设备，从一个三相交流电系统给该设备供给电能。

具体实施方式

在图1中示出的根据本发明的设备包括一个第一供电装置VSC和一个第二供电装置MF，该第一供电装置和第二供电装置共同用于给连接在所述设备上的负载供给电能。负载是硅棒3，这些硅棒安设在一个用于通过根据西门子法进行气相沉积来生产多晶硅的硅反应器中。

在反应器的反应器容器中安设有支架7，这些支架一方面将硅棒3保持住，并且另一方面在硅棒3与反应器的电接头之间建立电接触。

第一供电装置VSC具有一个输入端，该输入端连接到单相交流电系统的一个外导线L1和一个中性导线N上。第一供电装置VSC具有一个单相交流电变压器4，该单相交流电变压器的初级绕组41与第一供电装置VSC的输入端相连接。变压器4的次级绕组42具有四个抽头421、422、423、424，所述四个抽头中的三个抽头421、422、423通过功率调整器51、52、53与第一供电装置的一个输出端的一个外导线接头L1”’相连接。而第四抽头424与第一供电装置VSC的输出端的一个中性导线接头N”’相连接。第四抽头424处于次级绕组42的一个端部上。

功率调整器51、52、53是晶闸管功率调整器，该晶闸管功率调整器通过两个反向并联的晶闸管形成。功率调整器51、52、53以电压序列控制的方式运行。

电压序列控制通过一控制装置9实现，该控制装置与功率调整器51、52、53的晶闸管和其他待控制的构件和/或用于采集电流、电压和其它参数的传感器相连接，这没有详细示出。

第二供电装置MF同样具有一个输入端，该输入端连接到与第一供电装置VSC相同的单相交流电系统的外导线L1和中性导线N上。第二供电装置MF具有一个AC-AC变流器1，该AC-AC变流器连接到第二供电装置MF的输入端上。

AC-AC变流器1可以是矩阵变换器，利用该矩阵变换器将AC-AC变流器1输入端上的频率为50至60Hz的单相交流电转换成频率为20至200MHz的三相交流电。因此，AC-AC变流器1同时是变频器和用于将输入电流转换成三相交流电的电路。在AC-AC变流器1的输出端上通过三个外导线L1’、L2’、L3’提供三相交流电。

AC-AC变流器1的输出端与一个三相交流电变压器2相连接，该三相交流电变压器的初级绕组211、212、213以三角形接法连接。次级绕组212、222、232与接头H”、L1”、L2”、L3”相连接，这些接头成对地形成第二供电装置MF的输出端。在这些输出端上连接有硅棒3，其中，一个第一硅棒31与形成一个第一输出端的接头H”、L1”相连接，一个第二硅棒32与形成一个第二输出端的接头L1”、L2”相连接，而一个第三硅棒33与形成第二供电装置MF的一个第三输出端的接头L2”、L3”相连接。这三个输出端形成一个链。由于外导线之间的为120°的相位角而出现这样的情况，即，在接头H”与接头L3”之间在负载对称的情况下通过硅棒31、32、33不产生压降。

AC-AC变流器1由一控制装置8控制，这没有详细示出。

第二供电装置的输出端H”、L1”，L1”、L2”，L2”、L3”的链与第一供电装置的输出端L1”’、N”’并联连接。

按理说，接头H”和L3”可以不影响第二供电装置MF地连接。次级绕组31、32、33便以三角形接法连接。但不建立在这两个接头H”和L3”之间的连接，因为该连接将会也使第一供电装置VSC的外导线接头L1”’和中性导线接头N”’短路，它们形成第一供电装置的输出端。但这是不希望的。

因为在第二供电装置MF的接头H”和L3”之间电压不降低，并且因此在第一供电装置VSC的输出端的接头L1”’、N”’之间由第二供电装置MF提供的电压也不降低，所以第二供电装置MF在负载对称的情况下通过硅棒31、32、33不能将电流引入第一供电装置VSC中。

为了防止第一供电装置VSC对第二供电装置MF的反作用，可以在第二供电装置MF的输出端中装入高通滤波器，第一供电装置VSC的输出电压不能通过该高通滤波器。

在图1中示出的设备、尤其是第二供电装置MF可以扩展，以便能够在更多输出端上连接更多硅棒。为此，代替一个带有一个用于三相交流电系统的输出端的AC-AC变流器，可以使用一个这样的AC-AC变流器，该AC-AC变流器提供一个用于多于三相的多相交流电系统、例如用于四相、五相或六相交流电系统的输出端。

但是，在图1中示出的设备也还能够以在图2中示出的方式和方法扩展。扩展一方面便涉及使第二供电装置MF变为三倍以及将第一供电装置VSC扩展成一个三相供电装置，为此单相交流电变压器由一个三相交流电变压器4’代替，在该三相交流电变压器的次级绕组上以从根据图1的设备已知的方式和方法连接有功率调整器5，并且这些功率调整器与硅棒3连接。为第一供电装置VSC的每个输出端配设一个第二供电装置MF，就如由根据图1的设备所已知的那样。

在图2中所示的设备也可以扩展，例如通过如下方式，即，在第一供电装置VSC中使用一个用于多于三相的交流电的变压器，和/或在第二供电装置MF中使用用于将第二供电装置的输入电流转换成多相交流电的AC-AC变流器1。

Claims

1.用于生产多晶硅用的反应器（R）的供电装置（MF），具有一个变频器、至少一个用于从供电网接收输入电流的输入端和多个输出端（H”、L1”；L1”、L2”；L2”、L3”），所述输入端能够与供电网连接，所述输出端分别带有两个配设的用于连接一个或多个负载（31、32、33）的接头（H”、L1”、L2”、L3”），其中，通过每个输出端（H”、L1”；L1”、L2”；L2”、L3”）能给连接在输出端（H”、L1”；L1”、L2”；L2”、L3”）上的所述一个负载（31、32、33）或者连接在输出端上的所述多个负载供给输出电流，

其特征在于，

所述供电装置（MF）具有一个用于将输入电流转换成n相的多相交流电的不带变压器的电路，其中，在用于转换的电路的次级侧形成的n相交流电系统的线电压之间的相位差为360°/n，并且n是大于或等于2的自然数，

所述供电装置具有n个输出端（H”、L1”；L1”、L2”；L2”、L3”），

所述输出端（H”、L1”；L1”、L2”；L2”、L3”）通过如下方式形成一个链，即，在所述n个输出端（H”、L1”；L1”、L2”；L2”、L3”）中存在n-2个这样的输出端（L1”、L2”），为这n-2个输出端配设两个接头（L1”、L2”），这两个接头同时还分别配设于所述输出端中的另一输出端（H”、L1”；L2”、L3”），以及

在每个输出端（H”、L1”；L1”、L2”；L2”、L3”）上施加n相交流电系统的线电压中的一个电压。

2.根据权利要求1所述的供电装置（MF），其特征在于，n是大于或等于3的自然数。

3.根据权利要求1或2所述的供电装置（MF），其特征在于，用于转换的电路包含在AC-AC变流器（1）中、尤其是在带有中间电路存储器的AC-AC变换器或者矩阵变换器中。

4.根据权利要求1或2所述的供电装置（MF），其特征在于，用于转换的电路包含在换流器、尤其是在振荡回路换流器中。

5.根据权利要求3或4所述的供电装置（MF），其特征在于，所述AC-AC变流器（1）或换流器包括所述变频器。

6.根据权利要求1至5之一所述的供电装置（MF），其特征在于，至少一个变压器（2）连接在AC-AC变流器（1）或者换流器下游。

7.根据权利要求6所述的供电装置（MF），其特征在于，所述变压器（2）是n相变压器。

8.根据权利要求7所述的供电装置（MF），其特征在于，所述n相变压器（2）在初级侧以多边形接法连接。

9.根据权利要求7或8所述的供电装置（MF），其特征在于，所述n相变压器（2）的次级绕组（212、222、232）与所述供电装置（MF）的各一个输出端并联。

10.设备，包括:

一个第一供电装置（VSC），其中，第一供电装置（VSC）至少具有一个单相变压器（5）、一个三相变压器（5）或一个n相变压器，所述变压器对于每个次级绕组（42）带有至少三个抽头（421、422、423、424），每个次级绕组（42）的一个抽头（424）与次级侧的一个中性导线相连接，并且每个次级绕组（42）的其余抽头（421、422、423）通过各一个功率调整器（5）与次级侧的一个外导线相连接，每个次级侧的外导线与一个外导线接头（L1”’、L2”’、L3”’）相连接，而所述中性导线与至少一个中性导线接头（N’’’）相连接，每个外导线接头（L1”’、L2”’、L3”’）与所述中性导线接头（N”’）之一共同形成所述第一供电装置（VSC）的输出端；以及

1至n个第二供电装置（MF），

其特征在于，

所述一个第二供电装置（MF）或所述n个第二供电装置（MF）根据权利要求1至9之一构成，其中，所述第一供电装置（VSC）的每个输出端与由所述一个第二供电装置（MF）的或者所述n个第二供电装置（MF）之一的输出端组成的一个链或链之一并联。

11.用于通过根据西门子法进行气相沉积来生产多晶硅的反应器，所述反应器带有反应器容器，在所述反应器容器中布置有用于硅棒或者硅细棒的支架（7），其中，所述支架（7）与所述设备电连接，

其特征在于，

所述设备根据权利要求10构成。