CN103457479A - 具有用于产生n相交流电的逆变器的供电设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种供电设备（MF），包括用于产生N相交流电的逆变器（12）、以及具有初级绕组（211、212、213）和次级绕组（221、222、223）的至少一个N相交流电变压器（2），其中初级绕组（211、212、213）连接成多边形，并且在变压器（2）空载运行时位于N个次级绕组（221、222、223）上的电压的矢量和为零，其中由初级绕组（211、212、213）形成的多边形的每个角点分别通过一个电容（C11、C12、C13）和逆变器的一个外导线接头相连。

Description

具有用于产生N相交流电的逆变器的供电设备
技术领域
本发明涉及一种供电设备，包括用于产生N相交流电的逆变器、以及具有初级绕组和次级绕组的至少一个N相交流电变压器，其中初级绕组连接成多边形，并且在变压器空载运行时位于N个次级绕组上的电压的矢量和为零。
背景技术
申请号为11174546.9的未公布的欧洲专利申请公开了一个该类供电设备（见申请11174546.9中的图1）。同一个申请11174546.9还公布了，所述第一供电设备用于根据西门子方法给硅棒供电，以生产多晶硅。在所述申请11174546.9中示出的第一供电设备有三个输出端，在其上提供了互相间偏移120°的电压。所述电压驱动频率为1至1000kHz间的中频电流进入硅棒。电压通过三相交流电变压器提供，其具有初级绕组和次级绕组。初级绕组为三角连接。在变压器空载运行时在三个次级绕组上的电压的矢量和为零。
三个次级绕组为串联，并且和供电设备的三个输出端平行。在输出端上连接有作为负载的硅棒，供电设备驱动电流流经硅棒。
如所述的申请11174546.9所描述的，硅棒除了通过第一供电设备供给电力外，可以与由第一供电设备供电同时地由第二供电设备供电。在所述的第二供电设备上硅棒为串联。电力供给通过频率约为50Hz的电流实现。
申请11174546.9描述了，第二供电设备和第一供电设备退耦的方式为，在串联的第一供电设备输出端上的电压为零。
但在实际中，当在第一供电设备的输出端上的负载不同样大时，可能出现问题。特别是当一个负载的自感大于另一个负载的自感时，可能会部分产生第一供电设备输出端上提供的电压绝对值中相当显著的差别。这会导致第一供电设备输出端上的所述电压的和不再为0。取而代之地，绝对值会达到几百伏特。所达到的电压和驱动第一供电设备的频率相关。
所述第一供电设备不均匀的负载、以及由此带来的第一供电设备串联输出端上的电压会导致第二供电设备被损坏或者摧毁。
发明内容
因此本发明的任务是，进一步构造第一电力设备，尽量避免前面所述第一供电设备输出端上的电压绝对值之间的差别。
该任务根据本发明以此解决，由初级绕组形成的多边形的每个角点分别通过一个电容和逆变器的一个外导线接头相连。
将多边形角点和外导线接头相连的电容可以在供电设备运行时间接地、即通过中间连接变压器而设置在两个负载的环状电路中。以此电容可以补偿供电设备输出端上的电压间的绝对值差别。电容可以具有4至6μF的电容量，特别是为4.5μF。在初级绕组端的电容可以具有和次级绕组端电容不同的容量和不同的电压负载值。典型的次级绕组端的电容的容量值可以为2μF至10μF。
供电设备的输出端优选和次级绕组并联地设置。
同样也有益的是，供电设备的输出端与由各一个次级绕组和另一个电容组成的串联电路并联地设置。通过这些其他的电容，根据本发明的供电设备、后面也称为第一供电设备，可以和与第一供电设备输出端的串联电路并联的第二供电设备退耦。所述其他的电容和其它组件一起构成了高通滤波器，其阻止了由第二供电设备驱动的、和第一供电设备输出电流相比更低频的电流流入第一供电设备并且将其损坏或者摧毁。
同样在所述的第一供电设备和第二供电设备的退耦中，在负载不同时在第一供电设备所有输出端上的电压被减小。但减小程度和在放弃所述外导线接头上的电容相比并不明显。
该任务根据本发明也可以以此解决，电压可以通过至少N-1个次级绕组离散地或者连续地调节。电压的离散的调节可以通过次级绕组具有多个抽头解决。当电压通过N-1个次级绕组可调时，其可以被改变，使得与根据本发明的供电设备相连的负载上的电压有效值相同。
另一个根据本发明的解决方法为，和次级绕组串联的电容至少有N-1个具有可调节的电容量。同样通过这样的可调的电容量可以达到，根据本发明的供电设备相连的负载上的电压有效值相同。
逆变器可以是具有功率晶体管的桥电路。
供电设备可以包括变频器，并且逆变器可以为变频器的一部分。除了逆变器外，变频器可以包括整流器和直流电压中间电路。
替代地，变频器也可以为直接转换器（Direktumrichter）。那么根据本发明逆变器为直接转换器的积分部分。
根据本发明的供电设备可以为根据西门子方法用于生产多晶硅的反应炉的一部分。根据本发明的供电设备可以为第一供电设备，用于通过交流电为硅棒或者硅细棒供电以感应地加热。硅棒或者硅细棒可以设置于反应炉容器中。在反应炉容器中预设有支架固定硅棒或者硅细棒。支架同时为电接头，硅棒或者硅细棒通过其和负载电路连接。
反应炉可以包括第二供电设备用于通过交流电为硅棒或者硅细棒供电以感应地加热。该第二供电设备可以包括具有多个次级绕组端抽头和其上连接的功率调节器的变压器，其在电压顺序控制中运行并且和第二供电设备输出端的外导线接头相连，例如如图1中示出的。可由第一供电设备产生的交流电的频率为1至1000kHz，并且可由第二供电设备产生的交流电的频率为1至100Hz。
附图说明
下面基于优选的实施例参考附图说明本发明的其它特征。其中
图1示出了根据现有技术的由第一供电设备和第二供电设备组成的设备的电路图，
图2示出了第一根据本发明的供电设备的电路图，
图3示出了第二根据本发明的供电设备的电路图。
具体实施方式
图1中示出的根据本发明的设备包括第一供电设备VSC和第二供电设备MF，其被设置共同用于供应电能给与设备相连的负载。负载为硅棒3，其位于反应炉中用于根据西门子方法通过蒸气分离生产多晶硅。
在反应炉的反应炉容器中配有支架7，其一方面固定了硅棒3，另一方面建立了硅棒3和反应炉电接头间的电导通。
第一供电设备MF有和单相交流电系统外导线L1和中性线N相连的输入端，如第二供电设备VSC那样。第一供电设备MF包括AC-AC变频器1，其和第二供电设备MF的输入端相连。
AC-AC变频器1可以为矩阵变频器，AC-AC变频器1输入端处的频率为50至60Hz的单相交流电通过其被转换成频率为20至200MHz的三相交流电。AC-AC变频器1因此同时是用于将输入电流转换成三相交流电的电路和变频器。AC-AC变频器1的输出端处通过三个外导线L1’、L2’、L3’提供三相交流电。
AC-AC变频器1的输出端和三相交流电变压器2相连，其初级绕组211、212、213为三角连接。次级绕组212、222、232和接头H”、L1”、L2”、L3”相连，其成对构成了第二供电设备的输出端。在这些输出端上连接有硅棒3，其中第一硅棒31和接头H”、L1”相连，其构成了第一输出端、第二硅棒32和接头L1”、L2”相连，其构成了第二输出端，并且第三硅棒33和接头L2”、L3”相连，其构成了第二供电设备MF的第三输出端。基于外导线之间120°的相位角，在H”和接头L3”间在对称负载的情况下硅棒31、32、33上没有电压降。
AC-AC变频器1由控制器8控制，这里未详细示出。
在根本上接头H”和L3”可以连接而不会对第二供电设备MF产生影响。那么次级绕组31、32、33为三角连接。但在这两个接头H”和L3”间不会有连接产生，因为其同时也短接了第二供电设备VSC的外导线接头L1”和中性线接头N”。这并不是所期望的。
因为在第二供电设备MF的接头H”和L3”之间没有压降，并且这样在第二供电设备VSC的输出端的接头L1”’、N”’间没有由第一供电设备MF提供的电压降，所以第二供电设备在对称负载时没有通过硅棒31、32、33驱动电流进入第一供电设备VSC。
第二供电设备VSC具有和单相交流电系统的外导线L1和中性线N相连的输入端。第二供电设备VSC包括单相交流电变压器4，其初级绕组41和第二供电设备VSC的输入端相连。变压器4的次级绕组42包括四个抽头421、422、423、424，其中的三个抽头421、422、423通过功率调节器51、52、53和第二供电设备VSC的输出端的外导线接头L1”’相连。与此相对，第四抽头424和第二供电设备VSC的输出端的中性线接头N”’相连。
第四抽头424预设在次级绕组42的端部。
功率调节器51、52、53为晶闸管功率调节器，其通过两个反向平行连接的晶闸管构成。功率调节器51、52、53通过电压顺序控制驱动。
电压顺序控制通过控制装置9实现，其和功率调节器51、52、53的晶闸管以及其它要控制的组件和/或用于采集电流、电压的传感器以及其它未示出的部件相连。
为了避免第二供电设备VSC在第一供电设备MF上反作用，可以在第一供电设备MF的输出端上安装高通滤波器，其不能由第一电压供给设备VSC的输出电压通过。
图1中示出的设备，特别是第一供电设备MF可以扩展，以可以在更多的输出端上连接更多的硅棒。为此具有一个输出端用于三相交流电系统的AC-AC变频器可以被替换为这样的AC-AC变频器，其提供有用于具有多于三个相位的多相交流电系统的输出端，例如用于四、五或者六相交流电系统。
通过采用两个三相交流电变压器2，其初级绕组成对并联并且其次级绕组串联，也可以扩展第一供电设备。
第一供电设备MF在其输出端L1”、L2”、L3”、H”上提供互相偏移120°的电压，其在空载运行以及在输出端L1”、L2”、L3”、H”的载荷对称时有相同的绝对值。那么接头L3”、H”间的电压为0V。
输出端L1”、L2”、L3”、H”接头上不对称的负载可能会导致输出端L1”、L2”、L3”、H”接头上的有效电压不一样大。那么接头L3”、H”间的电压不为0V。根据输出端上交流电压的频率和负载的类型偏差会有不同的数量级，其对于将第一供电设备MF连接进较大型设备是一个问题。特别是在不同的感性负载时，在第一供电设备运行时交流电压会偏离。特别是在第一供电设备运行用于提供频率接近输出端电路共振频率的交流电压时，可能在接头L3”、H”间产生高的电压。
根据本发明在AC-AC变频器1的输出端的接头和三角连接的初级绕组211、212、213的角点间各接有电容C11、C12、C13。图2和图3示出了根据本发明的第一供电设备MF。
图2和图3中示出的第一供电设备MF大部分和图1中示出的供电设备MF相符。因此功能上相同的部件和组件用相同的附图标记表示。在图2中未示出第二供电设备VSC。但其可以和图1和图2示出的设备相同地和负载31、32、33相连。
图2和图3详细示出了AC-AC变频器1。AC-AC变频器1是指具有整流器11频率变频器1、带有电容CG和逆变器12的直流中间电路。
整流器11和供给网络的外导线L1以及中性线N相连。在整流器的输出端上连接有电容CG，其构成了直流电压中间电路。直流电压中间电路和逆变器12相连。
逆变器12为由整流阀（特别是IGBT121）组成的H桥，如其在逆变器中广泛使用的。也可以采用其它可控开关代替IGBT。H桥的半桥的整流阀121间的点构成了逆变器12的输出端的接头。在接头上连接有电容C11、C12、C13。电容C11、C12、C13和由三相交流电变压器2的初级绕组211、212、213组成的三角连接的角点L1’、L2’、L3’相连。三相交流电变压器2的次级绕组电路和其上相连的负载31、32、33和图1示出的电路没有区别。
通过电容C11、C12、C13，在负载非对称时出现在接头L3”、H”间的电压可以显著地被减低。
通过电容C11、C12、C13可以产生输出端电流电路在初级绕组端的耦合，这会导致接头L3”、H”间的电压减小。接头L3”、H”上的电压相对于基于图1所描述的情况会补偿不对称的负载。电压可以被减少约为100%。
如图3中对于第二根据本发明的电路设备所示出的，当在变压器2的次级绕组212、222、232和接头L1”、L2”、L3”、H”的连接间采用电容C21、C22和C23时，在非对称的，特别是非对称的第一电力供给装置MF输出端上的欧姆感应负载的情况下，可以达到外导线间电压几乎80%的减少，此外这也符合根据图2的第一根据本发明的电路设备。所述额外的电容C21、C22和C23虽然阻止了输出电压的完全对称，但由此可实现第一供电设备MF从第一供电设备VSC退耦。

Claims (7)

1.供电设备（MF），包括用于产生N相交流电的逆变器（12）和具有初级绕组（211、212、213）和次级绕组（221、222、223）的至少一个N相交流电变压器（2），其中初级绕组（211、212、213）连接成多边形，并且在变压器（2）空载运行时N个次级绕组（221、222、223）上的电压的矢量和为零，其特征在于，
-由初级绕组（211、212、213）形成的多边形的每个角点分别通过一个电容（C11、C12、C13）和逆变器的一个外导线接头相连，
-电压能通过至少N-1个次级绕组（221、222、223）被离散地或者连续地调节，和/或
-与次级绕组（221、222、223）串联地设置电容，其中至少N-1个电容具有可调的电容量。
2.如权利要求1所述的供电设备（MF），其特征在于，供电设备（MF）的输出端与次级绕组（221、222、223）并联地设置。
3.如权利要求2所述的供电设备（MF），其特征在于，供电设备（MF）的输出端与由各一个次级绕组（221、222、223）和各一个电容（C21、C22、C23）组成的串联电路并联地设置。
4.如权利要求1至3之一所述的供电设备（MF），其特征在于，逆变器（12）是具有功率晶体管（121）的H桥。
5.如权利要求1至4之一所述的供电设备（MF），其特征在于，供电设备包括变频器（11、12、CG），并且逆变器（12）是变频器（11、12、CG）的一部分。
6.用于根据西门子方法生产多晶硅的反应炉，具有第一供电设备（MF），用于利用交流电为能够设置在反应炉容器中的硅棒或硅细棒供电以感应地加热，其特征在于，第一供电设备（MF）是根据权利要求1至5之一的供电设备。
7.如权利要求6所述的反应炉，其特征在于，反应炉包括第二供电设备（VSC），用于利用交流电为硅棒或硅细棒供电以感应地加热，其中能由第一供电设备产生的交流电的频率为10至100Hz，能由第二供电设备产生的交流电的频率为10至1000kHz。
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