JP2011250680A - 第1給電装置および第2給電装置を備えた給電システム - Google Patents

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Abstract

【課題】 シーメンス法に基づくポリシリコン製造用反応炉のための給電システムを提供する。
【解決手段】 給電システムは、1つの第1給電装置を備えており、少なくとも2つの交流コントローラと前記交流コントローラを制御するための1つの電圧逐次制御装置とを有する別の複数の第2給電装置を備えており、少なくとも1つの負荷を接続するための少なくとも2つの端子を有する別の複数の端子グループを備えており、各端子グループの端子のうちの第1端子は直接的に、すなわちスイッチの中間回路を持たずに別の複数の第2給電装置の1つの出力端子と接続されており、さらに前記別の複数の端子グループのそれぞれに割り当てられると共に、端子グループの端子を第1給電装置の出力端子に接続し、また前記出力端子から分離するための複数の第1開閉手段を有する別の複数の第1開閉手段グループを備えている。
【選択図】 図1

Description

本発明は給電システム、とりわけシーメンス法に基づくポリシリコン製造用反応炉のための給電システムであって、
第1給電装置を備えており、
少なくとも2つの交流コントローラと前記交流コントローラを制御するための1つの電圧逐次制御装置とを有する第2給電装置を備えており、
少なくとも1つの負荷を接続するための少なくとも2つの端子を有する1つの端子グループを備えており、前記端子のうちの第1端子は直接的に、すなわちスイッチの中間回路を持たずに第2給電装置の出力端子と接続されており、さらに
前記端子グループに割り当てられると共に、第1給電装置の出力端子に接続し、また前記出力端子から分離するための開閉手段を有する第1開閉手段グループを備えている、給電システムに関する。
そのような給電システムは、特許文献1および特許文献2から公知である。これらの明細書において記載された給電システムは、シーメンス法に基づくポリシリコン製造用反応炉において、また化学的分離析出により使用される。そこに記載された給電システムの第1給電装置では、シーメンス法の析出工程の開始時にシリコン細棒に印加できる中等電圧(1〜30kV定格電圧)が得られる。次いで、棒対の点火後に、第2給電装置が給電を引き受けることができる。第2給電装置は、複数の入力端子および複数の交流コントローラを備えている。これらの入力端子は、たとえば変圧器の二次側タップに設置できる異なる電位に接続される。この変圧器から供給される電圧は、低電圧領域(0〜3kV定格電圧)にある。第2給電装置の交流コントローラは、一方では入力端子のそれぞれと、また他方では出力端子と接続されている。交流コントローラは、サイリスタ方式コントローラである。但し、他の整流弁を備えたコントローラも使用できる。交流コントローラは、電圧逐次制御装置により制御される。この電圧逐次制御は、たとえば本出願人の以前の出願書において、また非特許文献1においても記載されている。第2給電装置により生起した電圧は低電圧である。
上記の刊行物は4つの負荷、つまり4つの棒対に電気エネルギーが供給される給電システムに関する。シーメンス法用反応炉は、以前では4つ以上の棒対用に設計されていた。たとえば、24個の棒対用に設計された反応炉が公知である。24個の棒対用の反応炉に対する給電システムは、たとえば特許文献3から公知である。しかし、この特許文献3から公知の給電システムは、析出工程の開始中に棒対に対する中等電圧の供給を行う第1給電装置を備えていない。特許文献3から公知の給電システムは、棒対に電気エネルギーを供給する複数の第2給電装置を有する。これらの棒対はグループ化されており、またこれらのグループに対して少なくとも1つの第2給電装置が割り当てられている。グループ内では、棒対は析出工程の開始時には直列に配置されるが、後には並列に配置される。直列回路における棒対への供給と並列回路における供給との切換えのために、切換え手段が設けられる。特に棒対の並列稼働と直列稼働の切換えの場合には、特許文献3から公知の給電システムは割高である。
独国特許出願公開第102009021403号明細書 独国実用新案第202009003325号明細書 独国実用新案第202007001083号明細書
G.K.Dubey, S.R.Doradla, A.Joshi, R.M.K.Sinha, "Thyristorized Power Contollors"
ここにおいて、本発明が適用される。
本発明が対象とする技術的課題は、冒頭に述べた様式の給電システムを発展させて、多数の棒対に電気エネルギーが供給できるべく図ることにある。
この課題は、給電システムが
少なくとも2つの交流コントローラと前記交流コントローラを制御するための1つの電圧逐次制御装置とを有する別の複数の第2給電装置を備えており、
少なくとも1つの負荷を接続するための少なくとも2つの端子を有する別の複数の端子グループを備えており、各端子グループの端子のうちの第1端子は直接的に、すなわちスイッチの中間回路を持たずに別の第2給電装置の出力端子と接続されており、さらに
前記別の複数の端子グループのそれぞれに割り当てられると共に、前記端子グループの端子を第1給電装置の出力端子に接続し、また前記出力端子から分離するための複数の第1開閉手段を有する別の複数の第1開閉手段グループを備えている、ことにより達成される。
給電システムの端子グループの端子へのエネルギー供給を行うための同様に提案された本発明に基づく方法によれば、とりわけ前記給電システムに接続可能な負荷の場合、端子グループの各端子は端子グループに割り当てられる第1開閉手段グループの開閉手段を介して第1給電装置の各出力端子と順次に接続されるが、その他の端子グループの各端子は第1給電装置の出力端子から分離されている。端子グループの各端子が端子グループに割り当てられる第1開閉手段グループの開閉手段を介して接続されると、各端子には端子グループに割り当てられる第2給電装置によって電力が供給される。
好ましくは、端子グループの各端子は割当てられる開閉手段グループの開閉手段の1つを介して、第1給電装置の出力端子の1つに厳密に接続できる。
本発明の特に適合した仕様において、各端子グループは第2端子を有する。各端子グループの第1端子および第2端子は、第2開閉手段グループの開閉手段を介して基準電位に接続できる。
本発明に基づく給電システムの各端子グループは2*n+1個の端子を有するが、ここでnは自然数である。2*n+1個の端子のうちのn+1個の端子の第1部分グループ、つまり好ましくは第1端子および第2端子は、第2開閉手段グループの開閉手段を介して基準電位に接続できる。
本発明に基づく給電システムの第1給電装置は2*m+1個の出力端子を有し得るが、ここでmは自然数である。mおよびnは同一数とすることができる。第1出力端子と第2出力端子は、第1開閉手段グループの開閉手段を介して端子グループの第1端子および第2端子と接続できる。第1出力端子と第2出力端子は、第1給電装置の稼働中に第1電位上に位置することができる。
2*m+1個の出力端子のうちのp+1個の出力端子の第1部分グループ、つまり第1出力端子および第2出力端子は、第1給電装置の稼働中に1つの電位および第1電位上に位置するが、ここでpはm以下の自然数である。2*m+1個の出力端子のうちのp個の出力端子の第2部分グループは第2電位上に位置できる。第2給電装置の出力端子において生起できる第2給電装置の定格電圧は、第1部分グループの出力端子と第1給電装置の第2部分グループの出力端子との間で生起できる第1給電装置の定格電圧の少なくともm倍を有することができる。
本発明に基づく給電システムは、二次側に複数のタップを備えた少なくとも1つの変圧器を有することができる。二次側タップの外側タップは、少なくとも1つの端子グループの第2端子と接続できる。その他の二次側タップは、好ましくは第2給電装置の入力端子と接続されている。有利なのは、給電システムが3つの変圧器を有しており、それらが一時側では三角結線されており、また三相電力電源の異なる外部導線に接続されていることである。これらの変圧器の二次側にはできるかぎり同等の多数の第2給電装置が接続されるので、変圧器は同等に負荷される、また電源が対称的に負荷される。
本発明によれば、第1給電装置は少なくとも1つの周波数変換器を有することができる。さらに、第1給電装置は少なくとも1つの変圧器を有することができる。
さらに詳しくは、本発明は、給電システム、とりわけシーメンス法に基づくポリシリコン製造用反応炉のための給電システムであって、
第1給電装置(10)を備えており、
少なくとも2つの交流コントローラ(22)と前記交流コントローラ(22)を制御するための1つの電圧逐次制御装置(23)とを有する第2給電装置(20)を備えており、
少なくとも1つの負荷(41,42,43,44)を接続するための少なくとも2つの端子(31,32,33,34,35)を有する1つの端子グループ(30)を備えており、前記端子のうちの第1端子(31)は直接的に、すなわちスイッチの中間回路を持たずに第2給電装置(20)の出力端子(24)と接続されており、さらに
前記端子グループ(30)に割り当てられると共に、端子グループ(30)の端子(31,32,33,34,35)を第1給電装置(10)の出力端子(15,16,17,18,19)に接続し、また該出力端子から分離するための開閉手段(51,52,53,54,55)を有する1つの第1開閉手段グループ(50)を備えている給電システムにおいて、
前記給電システムが
少なくとも2つの交流コントローラ(22)と前記交流コントローラ(22)を制御するための1つの電圧逐次制御装置(23)とを有する別の複数の第2給電装置(20)を備えており、
少なくとも1つの負荷(41,42,43,44)を接続するための少なくとも2つの端子(31,32,33,34,35)を有する別の複数の端子グループ(30)を備えており、各別の端子グループ(30)の端子(31,32,33,34,35)のうちの第1端子(31)は直接的に、すなわちスイッチの中間回路を持たずに別の複数の第2給電装置(20)の1つの出力端子(24)と接続されており、さらに
前記別の複数の端子グループ(30)のそれぞれに割り当てられると共に、前記別の複数の端子グループ(30)の端子(31,32,33,34,35)を第1給電装置(10)の出力端子(11,12,13,14,15)に接続し、また前記出力端子から分離するための開閉手段(51,52,53,54,55)を有する別の複数の第1開閉手段グループ(50)を備えている、ことを特徴とする給電システムである。
また本発明において、端子グループ(30)の各端子(31,32,33,34,35)は割り当てられる開閉手段グループの開閉手段(51,52,53,54,55)を介して第1給電装置(10)の出力端子(11,12,13,14,15)のそれぞれに接続できることを特徴とする。
また本発明において、各端子グループ(30)は第2端子(35)を有することを特徴とする。
また本発明において、各端子グループ(30)の第1端子(31)および第2端子(35)は第2開閉手段グループ(60)の開閉手段(61,65)を介して基準電位に接続できることを特徴とする。
また本発明において、各端子グループ(30)は2*n+1個の端子を有しており、nは自然数であることを特徴とする。
また本発明において、2*n+1個の端子のうちの第1端子(31)と第2端子(35)を含むn+1個の端子からなる第1部分グループは、第2開閉手段グループ(60)の開閉手段を介して基準電位に接続できることを特徴とする。
また本発明において、第1給電装置は2*m+1個の出力端子(11,12,13,14,15)を有しており、またmは自然数であることを特徴とする。
また本発明において、第1出力端子(11)および第2出力端子(15)は、第1開閉手段グループの開閉手段を介して端子グループ(30)の第1端子(31)および第2端子(35)に接続できることを特徴とする。
また本発明において、第1出力端子(11)および第2出力端子(15)は第1給電装置の稼働中に第1電位に位置することを特徴とする。
また本発明において、2*m+1個の出力端子のうちの第1出力端子(11)と第2出力端子(15)を含むp+1個の出力端子からなる第1部分グループは、第1給電装置の稼働中に1つの電位ないし第1電位にあり、またpはm以下の自然数であることを特徴とする。
また本発明において、2*m+1個の出力端子のうちのp個の出力端子からなる第2部分グループは第2電位にあることを特徴とする。
また本発明において、第2給電装置(20)の出力端子において生起できる第2給電装置(20)の定格電圧は、第1部分グループの出力端子と第1給電装置(10)の第2部分グループの出力端子との間で生起できる第1給電装置(10)の定格電圧の少なくともm倍に相当することを特徴とする。
また本発明において、給電システムは二次側に複数のタップ(73,74,75,76,77,78,79)を備えた少なくとも1つの変圧器(70)を有しており、前記二次側タップ(73,74,75,76,77,78,79)の外側タップ(79)は少なくとも1つの端子グループ(30)の第2端子(35)に接続しており、またその他の二次側タップ(73,74,75,76,77,78)は第2給電装置(20)の入力端子に接続していることを特徴とする。
また本発明は、端子グループ(30)の端子(31,32,33,34,35)が端子グループ(30)に割り当てられる第1開閉手段グループ(50)の開閉手段(51,52,53,54,55)を介して順次に第1給電装置(10)の出力端子(11,12,13,14,15)に接続され、他方でその他の端子グループ(30)の端子(31,32,33,34,35)が第1給電装置(10)の出力端子(11,12,13,14,15)から分離されていることを特徴とする、上述の給電システムの端子グループ(30)の端子(31,32,33,34,35)に接続できる負荷(41,42,43,44,45)を供給する方法である。
また本発明において、端子グループ(30)の端子(31,32,33,34,35)が端子グループ(30)に割り当てられる第1開閉手段グループ(50)の開閉手段(51,52,53,54,55)を介して接続された後に、前記端子が端子グループ(30)に割り当てられる第2給電装置(20)によって電力を供給されることを特徴とする。
本発明に基づく給電システムに対する実施例は、図面に基づいて以下に詳しく説明される。
本発明に基づく給電システムの回路図である。
図1に示された給電システムは、1つの第1給電装置10を有する。この第1給電装置10は、3極スイッチを介して三相電源の外部導線と接続されている3つの入力端子18を有する。第1給電装置10内で、これらの入力端子18は周波数変換器16を介して変圧器17の第1対および第2対に接続されている。各対は、1つの第1変圧器17aおよび17bを有する。変圧器17は、それらのタップが出力端子11,12,13,14,15に接続された二次コイルを有する。
第1出力端子11および第2出力端子15は、変圧器17の異なる対に属する変圧器17の二次コイルの単独タップに接続されている。第1出力端子11は第1対の第1変圧器17aと、また第2出力端子15は第2対の第2変圧器17bと接続されている。第3の出力端子13は、第1対の第2変圧器17bのタップおよび第2対の第1変圧器17aのタップと接続されている。その他の出力端子12,14は、第1変圧器17aのそれぞれのタップならびに第1対および第2対の第2変圧器17bのタップと接続されている。これらの変圧器対の二次コイルは逆方向に巻回されているので、変圧器17の一次コイルに等しい入力電圧が印加されると、逆方向電圧が対の両変圧器17上に生じる。したがって、第1出力端子11、第2出力端子15および第3出力端子13は等しい電位にある。その他の出力端子12,14も、同様に等電位にある。5つの出力端子11,12,13,14,15に対して、4つの負荷41,42,43,44が接続されている。
給電システムは、さらに3つの変圧器70を有する。これらの変圧器70の一次コイルは三角結線されており、タップ71,72を介して三相電源の3つの外部導線が前記コイルに接続されている。3極スイッチにより、変圧器70は電源から分離することができる。
変圧器70の二次コイルは、タップ73,74,75,76,77,78を有する。これらのタップ73〜78は、第2給電装置20の入力端子21に接続されている。第2給電装置20の入力端子21は、変圧器70の二次側タップ73〜78に接続されている。当然ながら、変圧器70には複数の第2給電装置20を接続することができる。実施例においては、各変圧器70に接続された2つの第2給電装置20が示されている。それぞれの第2給電装置20は、出力端子24を有する。
給電システムは、複数の端子グループ30を有する。それぞれの第2給電装置20に、端子グループ30が割り当てられる。各端子グループ30には、第1端子31および第2端子35が設けられている。各端子グループ30の第1端子31は、割り当てられた第2給電装置20の出力端子24に接続している。各端子グループ30の第2端子35は変圧器70の二次側タップ79に接続しており、また変圧器70には端子グループ30に割り当てられた第2給電装置20が接続している。
端子グループ30のすべての端子31〜35、つまり第1端子31および第2端子35も、第1開閉手段グループ50の開閉手段51〜55を介して第1給電装置10の出力端子11〜15に接続できる、あるいはこれらの開閉手段51〜55によって出力端子11〜15から分離できる。各端子グループ30には、その際に第1開閉手段グループ50が割り当てられる。開閉手段51〜55は制御可能な開閉手段である。第1開閉手段グループ50の開閉手段51〜55は、中央制御装置56により制御される。この制御装置56は、常にただ1つの開閉手段グループ50の開閉手段51〜55のみが閉鎖できるように構成されている。したがって、同時に端子グループ30の端子31〜35のみが、それらに割り当てられる開閉手段50〜55を介して第1給電装置10に接続することができる。第1開閉手段51〜55のいずれも閉じておらず、したがって端子グループ30の端子31〜35のいずれも第1給電装置10に接続していないことも可能である。
給電システムは複数の第2開閉手段グループ60を有することができ、それらのうちのそれぞれ1つの第2開閉手段グループ60が端子グループ30に割り当てられる。各端子グループ30の第1端子31および第2端子35は、第2開閉手段グループ60の開閉手段61,62を介して基準電位に接続することができる。その場合には、端子グループ30の端子31〜35が開閉手段51〜55を介して第1給電装置10に接続されることが好ましい。
さらに、この給電装置または類似の給電装置を稼働させることができる方法について、以下に簡略に説明する。該方法に従えば、端子グループ30は順次にまず第1給電装置10に接続されるが、そのために第1給電装置10に接続される端子グループ30の端子31,32,33,34,35は第1開閉手段グループ50の開閉手段51,52,53,54,55を介して第1給電装置10の出力端子11,12,13,14,15に接続されている。端子グループ30の端子31,32,33,34,35が第1給電装置10に接続されていなければ、端子グループ30に割り当てられる第1開閉手段グループ50の開閉手段51,52,53,54,55が開いている。端子グループ30の端子31,32,33,34,35が所定の時間、好ましくは負荷41,42,43,44として接続されるシリコン細棒対の点火まで第1給電装置10に接続された後に、開閉手段51,52,53,54,55が開かれる。続いて端子グループ30に割り当てられる第2給電装置20を介して、給電が行われる。
10 第1給電装置
11 第1出力端子
12 出力端子
13 第3出力端子
14 出力端子
15 第2出力端子
16 周波数変換器
17 変圧器
18 入力端子
20 第2給電装置
21 入力端子
22 交流コントローラ
23 電圧逐次制御装置
24 出力端子
30 端子グループ
31 第1端子
32 端子
33 端子
34 端子
35 第2端子
41 負荷
42 負荷
43 負荷
44 負荷
50 第1開閉手段グループ
51 開閉手段
52 開閉手段
53 開閉手段
54 開閉手段
55 開閉手段
56 開閉手段の制御装置
60 第2開閉手段グループ
61 開閉手段
65 開閉手段
70 変圧器
71 一次側端子
72 一次側端子
73 二次側端子
74 二次側端子
75 二次側端子
76 二次側端子
77 二次側端子
78 二次側端子
79 二次側端子

Claims (15)

  1. 給電システム、とりわけシーメンス法に基づくポリシリコン製造用反応炉のための給電システムであって、
    第1給電装置(10)を備えており、
    少なくとも2つの交流コントローラ(22)と前記交流コントローラ(22)を制御するための1つの電圧逐次制御装置(23)とを有する第2給電装置(20)を備えており、
    少なくとも1つの負荷(41,42,43,44)を接続するための少なくとも2つの端子(31,32,33,34,35)を有する1つの端子グループ(30)を備えており、前記端子のうちの第1端子(31)は直接的に、すなわちスイッチの中間回路を持たずに第2給電装置(20)の出力端子(24)と接続されており、さらに
    前記端子グループ(30)に割り当てられると共に、端子グループ(30)の端子(31,32,33,34,35)を第1給電装置(10)の出力端子(15,16,17,18,19)に接続し、また該出力端子から分離するための開閉手段(51,52,53,54,55)を有する1つの第1開閉手段グループ(50)を備えている給電システムにおいて、
    前記給電システムが
    少なくとも2つの交流コントローラ(22)と前記交流コントローラ(22)を制御するための1つの電圧逐次制御装置(23)とを有する別の複数の第2給電装置(20)を備えており、
    少なくとも1つの負荷(41,42,43,44)を接続するための少なくとも2つの端子(31,32,33,34,35)を有する別の複数の端子グループ(30)を備えており、各別の端子グループ(30)の端子(31,32,33,34,35)のうちの第1端子(31)は直接的に、すなわちスイッチの中間回路を持たずに別の複数の第2給電装置(20)の1つの出力端子(24)と接続されており、さらに
    前記別の複数の端子グループ(30)のそれぞれに割り当てられると共に、前記別の複数の端子グループ(30)の端子(31,32,33,34,35)を第1給電装置(10)の出力端子(11,12,13,14,15)に接続し、また前記出力端子から分離するための開閉手段(51,52,53,54,55)を有する別の複数の第1開閉手段グループ(50)を備えている、ことを特徴とする給電システム。
  2. 端子グループ(30)の各端子(31,32,33,34,35)は割り当てられる開閉手段グループの開閉手段(51,52,53,54,55)を介して第1給電装置(10)の出力端子(11,12,13,14,15)のそれぞれに接続できることを特徴とする請求項1に記載の給電システム。
  3. 各端子グループ(30)は第2端子(35)を有することを特徴とする請求項1または2に記載の給電システム。
  4. 各端子グループ(30)の第1端子(31)および第2端子(35)は第2開閉手段グループ(60)の開閉手段(61,65)を介して基準電位に接続できることを特徴とする請求項3に記載の給電システム。
  5. 各端子グループ(30)は2*n+1個の端子を有しており、nは自然数であることを特徴とする請求項4に記載の給電システム。
  6. 2*n+1個の端子のうちの第1端子(31)と第2端子(35)を含むn+1個の端子からなる第1部分グループは、第2開閉手段グループ(60)の開閉手段を介して基準電位に接続できることを特徴とする請求項5に記載の給電システム。
  7. 第1給電装置は2*m+1個の出力端子(11,12,13,14,15)を有しており、またmは自然数であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1項に記載の給電システム。
  8. 第1出力端子(11)および第2出力端子(15)は、第1開閉手段グループの開閉手段を介して端子グループ(30)の第1端子(31)および第2端子(35)に接続できることを特徴とする請求項7に記載の給電システム。
  9. 第1出力端子(11)および第2出力端子(15)は第1給電装置の稼働中に第1電位に位置することを特徴とする請求項8に記載の給電システム。
  10. 2*m+1個の出力端子のうちの第1出力端子(11)と第2出力端子(15)を含むp+1個の出力端子からなる第1部分グループは、第1給電装置の稼働中に1つの電位ないし第1電位にあり、またpはm以下の自然数であることを特徴とする請求項7〜9のいずれか1項に記載の給電システム。
  11. 2*m+1個の出力端子のうちのp個の出力端子からなる第2部分グループは第2電位にあることを特徴とする請求項10に記載の給電システム。
  12. 第2給電装置(20)の出力端子において生起できる第2給電装置(20)の定格電圧は、第1部分グループの出力端子と第1給電装置(10)の第2部分グループの出力端子との間で生起できる第1給電装置(10)の定格電圧の少なくともm倍に相当することを特徴とする請求項11に記載の給電システム。
  13. 給電システムは二次側に複数のタップ(73,74,75,76,77,78,79)を備えた少なくとも1つの変圧器(70)を有しており、前記二次側タップ(73,74,75,76,77,78,79)の外側タップ(79)は少なくとも1つの端子グループ(30)の第2端子(35)に接続しており、またその他の二次側タップ(73,74,75,76,77,78)は第2給電装置(20)の入力端子に接続していることを特徴とする請求項3〜13のいずれか1項に記載の給電システム。
  14. 端子グループ(30)の端子(31,32,33,34,35)が端子グループ(30)に割り当てられる第1開閉手段グループ(50)の開閉手段(51,52,53,54,55)を介して順次に第1給電装置(10)の出力端子(11,12,13,14,15)に接続され、他方でその他の端子グループ(30)の端子(31,32,33,34,35)が第1給電装置(10)の出力端子(11,12,13,14,15)から分離されていることを特徴とする、請求項1〜13のいずれか1項に記載の給電システムの端子グループ(30)の端子(31,32,33,34,35)に接続できる負荷(41,42,43,44,45)を供給する方法。
  15. 端子グループ(30)の端子(31,32,33,34,35)が端子グループ(30)に割り当てられる第1開閉手段グループ(50)の開閉手段(51,52,53,54,55)を介して接続された後に、前記端子が端子グループ(30)に割り当てられる第2給電装置(20)によって電力を供給されることを特徴とする請求項14に記載の方法。
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