TW201401752A - 具有一交流轉換器以產生單相交流電的電流供應裝置 - Google Patents

具有一交流轉換器以產生單相交流電的電流供應裝置 Download PDF

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Abstract

本發明涉及一種供電裝置，包括用於產生單相交流電的逆變器(3)和包括帶初級線圈(41)和第一和第二次級線圈(421、422)的變壓器(4)，各次級線圈(421、422)具有相同的匝數並且佈置使得所述各次級線圈在變壓器(4)的運行中被相同的磁通流過，從而在變壓器(4)的運行中在各次級線圈(421、422)上能分接出相同的電壓，其中，第一次級線圈(421)的一個端子與第二次級線圈(422)的一個端子在第一節點(K1)上相互連接，在第一節點(K1)、第一次級線圈(421)的另一個端子與第二次級線圈(422)的另一個端子之間產生兩相系統，所述兩相系統的各相以180°彼此偏移，其中，第一節點(K1)與供電裝置的輸出端的中性線端子(N)通過電容器相連接。

Description

具有一交流轉換器以產生單相交流電的電流供應裝置
本發明涉及一種供電裝置，包括用於產生單相交流電的逆變器和包括變壓器，所述變壓器包括初級線圈和第一次級線圈以及第二次級線圈，其中，各次級線圈具有相同的匝數並且這樣佈置，使得所述各次級線圈在變壓器的運行中被相同的磁通流過，從而在變壓器的運行中在各次級線圈上能分接出相同的電壓，其中，第一次級線圈的一個端子與第二次級線圈的一個端子在第一節點上相互連接，在第一節點、第一次級線圈的另一個端子與第二次級線圈的另一個端子之間產生兩相系統，所述兩相系統的各相以180°彼此偏移。
由文獻EP 2 346 150 A1已知這種供電裝置(參看那裡的圖1b)。由同樣的文獻已知，使用第一供電裝置為用於按照西門子法製造多晶矽的矽棒供電。在所述文獻EP 2 346 150 A1的圖1b中示出的供電裝置每個具有兩個輸出端，在所述兩個輸出端上，以180度彼此偏移的、即反相的電壓被提供。所述電壓驅使具有在1和100kHz之間的頻率的中頻電流到所述矽棒中。所述反相的電壓通過兩個變壓器產生，所述變壓器分別具有一個初級線圈和兩個次級線圈。
所述次級線圈在第一節點上彼此連接。各第一節點分別與供電裝置的輸出端的中性線端子連接。次級線圈的另外的端子與在輸出端中的外導體端子連接。
除了通過第一供電裝置供電外，所述矽棒在用第一供電裝置供電的同時可以由第二供電裝置供電，如在EP 2 346 150 A1中所述。矽棒串聯地連接在所述第二供電裝置上。所述供電以具有大約50Hz的頻率的電流進行。
在文獻EP 2 346 150 A1中公開了，第一供電裝置與第二供電裝置通過電容器彼此解耦。為此在輸出端的外導體端子與變壓器的次級線圈的所述另外的端子之間置入電容器。所述電容器與其他的結構元件共同構成高通濾波器，所述高通濾波器阻止由第二供電裝置驅使的電流流入第一供電裝置中並且損壞或破壞第一供電裝置。相反地，第二供電裝置由此與第一供電裝置解耦，因為在一個第一供電裝置的一個輸出端上的電壓通過在相同的第一供電裝置的另一個輸出端上的反相電壓抵消。
當在第一供電裝置的各輸出端上的負載不一樣大時，則在實際中當然可能出現問題。尤其是當一個負載的電感大於另一個負載的電感時，則可能產生在第一供電裝置的各輸出端上提供的電壓的數值的一定程度上相當顯著的差別。這導致，在第一供電裝置的各輸出端上的電壓的總和不再為0。代替地，達到多於100V的數值。所達到的電壓在此可與運行第一供電裝置的頻率有關。
所述對第一供電裝置的不均勻的載入和由此產生的在第一供電裝置的串聯連接的各輸出端上的電壓可導致，第二供電裝置被損壞或 破壞。
因此本發明的任務在於，這樣進一步構成第一供電裝置，使得在開頭所述的第一供電裝置的各輸出端上的電壓數值之間的差別盡可能被避免。
該任務通過本發明這樣解決，即與變壓器的初級線圈串聯地或在第一節點與供電裝置的輸出端的中性線端子之間佈置電容器。
所述將第一節點與中性線端子連接的電容器或者所述與初級線圈處於串聯的電容器在供電裝置的運行中直接地或間接地、即中間接入變壓器地既處在具有供電裝置第一次級線圈的電路中也處在第二次級線圈的電路中。由此所述電容器可以用於補償在供電裝置的各輸出端上的電壓的數值上的差別。所述電容器尤其是在其佈置在次級側時可以具有2至10μF的電容，尤其是4.5μF的電容。
當假想通過等效電路代替變壓器時，則電容器的一方面與變壓器的初級線圈串聯的佈置和另一方面在第一節點與中性線端子之間的佈置的等效性變得清楚。這樣本領域技術人員清楚知道，在初級側佈置的電容器也在兩個負載電路中作用。
優選第一次級線圈的所述另一個端子與第一外導體端子連接，並且第二次級線圈的所述另一個端子與第二外導體端子連接。通過本發明考慮，在各外導體端子之間的電壓相比于在現有技術中的狀態顯著減小。
例如可設想，各外導體端子直接與次級線圈的所述另外的端 子連接。於是可能的是，既使在對供電裝置的各輸出端的載入不相同時，尤其是在具有不同的載荷電感份額的電阻電感載荷時，在各外導體端子之間的電壓也為0V或接近0V。
但也可設想，外導體端子通過電容器與次級線圈的所述另外的端子連接。這時，在對供電裝置的輸出端的載入不同時，在各外部導體之間的電壓也能減小。但所述減小這時不如在取消在外導體端子上的電容器的情況下那麼明顯。
該任務根據本發明同樣可以這樣解決，即電壓能通過所述各次級線圈中的至少一個不連續地或連續地調節。通過各次級線圈中的至少一個具有多個抽頭，可以實現電壓的不連續的可調節性。如果通過各次級線圈中的至少一個，電壓是可調節的，則該電壓能這樣改變，使得在連接到根據本發明的供電裝置上的負載上的電壓在數值上是相等的。
另一種根據本發明的解決方案在於，在所述各次級線圈的所述另外的端子與輸出端的外導體端子之間設置電容器，所述電容器中至少一個具有能調節的電容。借助這樣的可調節的電容器也可能實現，在連接到根據本發明的供電裝置上負載上的電壓在數值上相等的。
逆變器可以是具有功率電晶體的H電橋。
所述供電裝置可以具有變頻器，並且逆變器可以是變頻器的部分。除了逆變器之外，所述變頻器可以具有整流器和直流中間電路。
可選地，變頻器也可以是直接交頻器(Direktumrichter)。逆變器在本發明的意義內則是直接交頻器的集成的組成部分。
根據本發明的供電裝置可以是用於按照西門子法製造多晶 矽的反應器的部分。根據本發明的供電裝置可以是為矽棒或矽薄棒提供用於感應加熱的交流電的第一供電裝置。所述矽棒或矽薄棒可以佈置在反應器容器中。在所述反應器容器中設置保持部，借助所述保持部保持所述矽棒或矽薄棒。所述保持部同時是電端子，借助所述電端子，矽棒或矽薄棒接入負載電路中。
所述反應器可以具有為矽棒或矽薄棒提供用於感應加熱的交流電的第二供電裝置。該第二供電裝置可以具有帶多個次級側的抽頭和在其上連接的功率調節器的變壓器，所述功率調節器在電壓順序控制器中運行並且與第二供電裝置的外導體端子連接，例如這也在文獻EP 2 346 150 A1中公開。能由第一供電裝置產生的交流電的頻率為1至1000kHz，並且能由第二供電裝置產生的交流電的頻率為10至100Hz。
(1)‧‧‧變頻器
(3)‧‧‧逆變器
(4)‧‧‧變壓器
(31)‧‧‧功率電晶體
(41)‧‧‧初級線圈
(421)‧‧‧第一次級線圈
(422)‧‧‧第二次級線圈
借助接著的優選實施例的說明參考附圖，本發明的其他特徵變得清楚。附圖如下：圖1根據現有技術的供電裝置的電路圖；圖2根據本發明的第一供電裝置的電路圖；圖3根據本發明的第二供電裝置的電路圖。
在圖1中示出的根據現在技術的供電裝置具有包括整流器1、直流中間電路2和逆變器3的變頻器。
整流器1連接到供電設施的外導體L1′和中性線導體N′上。電容器連接到整流器的輸出端上，所述電容器構成直流中間電路2。逆 變器2連接到直流中間電路2上。
逆變器3是由IGBT 31構成的H電橋，如所述H電橋在逆變器中被多方面推廣的一樣。代替IGBT也可以使用其他的可控開關。變壓器4的初級線圈41連接到H電橋的並聯電路上。在次級側，變壓器4具有兩個線圈421、422。所述兩個次級線圈佈置在一個鐵心上，並且被相同的磁通流過。所述次級線圈421、422具有相同的匝數，但是方向相反地纏繞。
所述一個次級線圈和所述另一個次級線圈的各一個端子在節點K1上匯合。由該節點建立與在供電裝置的輸出側上的中性線端子N的電連接。
每一個次級線圈421、422的另一個端子通過電容器C1、C2與在供電裝置的輸出側上的外導體端子L1、L2連接。
供電裝置在其輸出端L1、N和L2、N上提供兩個反相的電壓，所述電壓在空載運行時並且在對輸出端L1、N、L2、N的載入對稱時具有相同的數值。於是在外導體端子L1、L2之間的電壓為0V。
通過對輸出端的不對稱的載入可以造成，在兩個輸出端L1、N、L2、N上的數值不一樣大。於是在外導體端子L1、L2之間的電壓不為0V。所述偏離根據在輸出端上的交流電壓的頻率和根據載入的方式可處於一定的數量級中，所述數量級對於供電設備結合到較大設備中是有問題的。尤其是在不同的電感載荷中，在運行供電裝置時，所述交流電壓可以彼此分開。特別在是運行供電裝置以提供具有接近輸出電路的共振頻率的頻率的交流電時，可以導致在外導體端子L1、L2之間的高電壓，所述輸出電路包括次級線圈421、電容器C1、負載RL1、LL1或次級線圈422、電 容器C2、負載RL2、LL2。
當如同根據圖2的根據本發明的第一供電裝置，將電容器CN插入在節點K1與中性線端子N之間的連接時，則可以顯著減小這種電壓，所述第一供電裝置在其他方面對應於根據圖1的供電裝置。
通過所述電容器CN，產生輸出電路的耦合，這導致在外導體端子L1、L2之間的電壓的減小。在輸出端L1、N、L2、N上的電壓相比於借助圖1描述的不對稱載入的情況被補償。所述電壓可減小直至大約80%。
當通過導線連接代替在變壓器4的次級線圈421、422的另外的端子與外導體端子L1、L2之間的連接中的電容器C1、C2並且只有在第一節點K1與中性線端子之間的電容器CN時，可實現在對輸出端L1、N、L2、N不對稱地載入、尤其是不對稱地電阻電感載入的情況下在各外導體之間的電壓的接近100%的減小，如在圖3中對於根據本發明的第二電路佈置示出的一樣，所述第二電路佈置在其他方面對應於根據圖2的根據本發明的第一電路佈置。
(1)‧‧‧變頻器
(3)‧‧‧逆變器
(4)‧‧‧變壓器
(31)‧‧‧功率電晶體
(41)‧‧‧初級線圈
(421)‧‧‧第一次級線圈
(422)‧‧‧第二次級線圈

Claims (7)

  1. 一種供電裝置，包括用於產生單相交流電的逆變器(3)並且包括變壓器(4)，所述變壓器包括初級線圈(41)和第一次級線圈(421)以及第二次級線圈(422)，其中，各次級線圈(421、422)具有相同的匝數並且這樣佈置，使得所述各次級線圈在變壓器(4)的運行中被相同的磁通流過，從而在變壓器(4)的運行中在各次級線圈(421、422)上能分接出相同的電壓，其中，第一次級線圈(421)的一個端子與第二次級線圈(422)的一個端子在第一節點(K1)上相互連接，在第一節點(K1)、第一次級線圈(421)的另一個端子以及第二次級線圈(422)的另一個端子之間產生兩相系統，所述兩相系統的各相以180°彼此偏移，其特徵在於，第一節點(K1)與供電裝置的輸出端的中性線端子(N)通過電容器相連接；與變壓器的初級線圈串聯地佈置電容器；電壓能通過所述各次級線圈中的至少一個不連續地或連續地調節；和/或在所述各次級線圈的所述另外的端子與輸出端的外導體端子之間設置電容器，所述電容器中至少一個具有能調節的電容。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的供電裝置，其特徵在於，第一次級線圈(421)的所述另一個端子與第一外導體端子(L1)連接，並且第二次級線圈(422)的所述另一個端子與第二外導體端子(L2)連接。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的供電裝置，其特徵在於，在第一次級線圈(421)的所述另一個端子與第一外導體端子(L1)之間連接電容器(C1)，並且在第二次級線圈(422)的所述另一個端子與第二次級線圈(L2)之間連接電容器(C2)。
  4. 如申請專利範圍第1~3項中任一項所述的供電裝置，其特徵在於，逆變器(3)是具有功率電晶體(31)的H電橋。
  5. 如申請專利範圍第1~4項中任一項所述的供電裝置，其特徵在於，供電裝置具有變頻器(1、2、3)，並且逆變器(3)是變頻器(1、2、3)的部分。
  6. 一種用於按照西門子法製造多晶矽的反應器，包括為矽棒或矽薄棒提供用於感應加熱的交流電的第一供電裝置，所述矽棒或矽薄棒能佈置在反應容器中，其特徵在於，所述第一供電裝置是根據權利要求1至5中任一項所述的供電裝置。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的反應器，其特徵在於，所述反應器具有為矽棒或矽薄棒提供用於感應加熱的交流電的第二供電裝置，其中，能由第一供電裝置產生的交流電的頻率為10至1000kHz，並且能由第二供電裝置產生的交流電的頻率為10至100Hz。
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