DE10103691A1 - Elektrische Energieversorgung für eine elektrische Heizung - Google Patents
Elektrische Energieversorgung für eine elektrische HeizungInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine elektrische Energieversorgung für eine elektrische Heizung, die einen Tiegel aufheizt, aus dem Kristalle nach dem Czochralski-Verfahren gezogen werden. Diese Energieversorgung weist einen zwölfpulsigen Gleichrichter auf, dessen Welligkeit reduziert ist und der deshalb stark verringerte negative Einflüsse auf den Czochralski-Prozess aussübt.
Description
Die Erfindung betrifft eine elektrische Energieversorgung nach dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1.
Kristallziehanlagen für den so genannten Czochralski-Prozess benötigen für das
Schmelzen des Materials, aus dem Kristalle gezogen werden sollen, einen Schmelz
tiegel, der in der Regel elektrisch aufgeheizt wird. Die Aufheizung erfolgt dabei oft
über Graphitplatten oder -stäbe, die entweder mit Wechselstrom oder mit Gleich
strom betrieben werden. Um einwandfreie Kristalle zu erhalten, muss das im
Schmelztiegel befindliche Schmelzgut, beispielsweise Silizium, während des ganzen
Kristallziehprozesses auf einer bestimmten Temperatur gehalten werden. Dieser Kri
stallziehprozess kann sich über mehrere Tage hinziehen. Während dieser Zeit muss
jedoch nicht nur die Temperatur der Schmelze konstant gehalten werden, sondern es
darf auch keine Beeinflussung durch äußere Störungen erfolgen. Mögliche Störungen
sind beispielsweise mechanische Erschütterungen und Vibrationen, welche die Kon
vektion der Schmelze in dem Schmelztiegel negativ beeinflussen.
Neben diesen Erschütterungen und Vibrationen, die oft rein mechanische Ursachen
haben, treten auch Vibrationen auf, die ihre Ursache in der elektrischen Energiever
sorgung haben. Handelt es sich bei dieser Energieversorgung um eine Wechselspan
nungsquelle, so werden durch die Frequenz des Wechselstroms aufgrund induktiver
Ankopplung Vibrationen erzeugt, die sich auf die Schmelze übertragen können.
Wegen dieses Nachteils einer Wechselstromversorgung bei der Aufheizung der
Schmelze im Czochralski-Prozess werden in neuen Anlagen, mit denen der Czoch
ralski-Prozess realisiert wird, bevorzugt Gleichstromversorgungssysteme eingesetzt.
Da es jedoch keine industriellen Gleichstromnetze gibt, von denen Gleichspannungen
in beliebiger Höhe und bei beliebiger Leistung abgegriffen werden können, müssen
auch für die Aufheizung der Schmelze im Czochralski-Prozess Netzwechselspannun
gen verwendet werden, die erst durch Gleichrichtung zu einem Gleichstrom umge
formt werden.
Nachteilig ist bei Gleichspannungen, die durch Gleichrichtung von Wechselspannun
gen gewonnen werden, dass sie eine bestimmte Restwelligkeit besitzen. Diese Rest
welligkeit verursacht aber ebenfalls Vibrationen, die das Kristallwachstum beim
Czochralski-Prozess negativ beeinflussen.
Um diese Restwelligkeit zu vermindern, werden Glättungsdrosseln und/oder Glät
tungskondensatoren bzw. Glättungsnetzwerke oder Saugkreise eingesetzt (K. Heu
mann: Grundlage der Leistungselektronik, 1975, S. 125). Derartige Glättungsmittel
sind jedoch dann, wenn sie auf hohe Leistungen ausgelegt sein müssen, sehr teuer.
Bei heute installierten Kristallzüchtungs-Anlagen werden Heizleistungen von mehre
ren Hundert Kilowatt benötigt, sodass bei der Glättung der Restwelligkeit von in der
Regel 6-pulsigen Gleichrichter-Spannungen ein relativ hoher Aufwand betrieben
werden muss.
Ein weiteres Mittel zur Reduzierung der Restwelligkeit besteht in der Erhöhung der
Pulszahl eines Gleichrichters. Die Pulszahl gibt die Anzahl der Ventilzweige an, die
während einer Periode der Netzspannung nacheinander zünden.
Für die elektrische Aufheizung von Tiegeln beim Czochralski-Prozess werden im
Allgemeinen primärgesteuerte Transformatoren mit nachgeschalteten 6-Puls-Dreh
strombrückenschaltungen für die Versorgung von Heizungen im Czochralski-Prozess
eingesetzt. Aber auch bei diesen 6-Puls-Drehstrombrückenschaltungen ist der Auf
wand für die Beseitigung der Restwelligkeit mittels Glättungsmitteln sehr hoch, weil
die Welligkeit immer noch bei 0,0420 oder 4,2% liegt (Franz Zach: Leistungselek
tronik, 2. Auflage, 1988, Tafel 6.1 auf Seite 559).
Um die Welligkeit und damit die Netzstromharmonisation zu reduzieren, sind zwölf
pulsige Schaltungen bekannt (Franz Zach, a. a. O., S. 502/503). Hierbei werden z. B.
zwei für sich allein sechspulsige Gleichrichter über eine Saugdrossel parallel geschal
tet, wodurch sich ein zwölfpulsiger Betrieb ergibt. Hierzu sind die beiden sekundären
Phasenspannungen um 30° versetzt, was durch Stern oder Dreieck primär erreicht
wird. Ein zwölfpulsiges Verhalten kann aber auch durch die Serienschaltung zweier
Brücken erzielt werden (Franz Zach, a. a. O., S. 496, Abb. 6.20). Um einen Zwölf
puls-Gleichrichter zu erhalten, können somit zwei Sechspuls-Gleichrichter in Reihe
oder parallel geschaltet werden (H.-D. Junge und G. Möller: Elektrotechnik, 1994, S.
260). Beide Zwölfpuls-Gleichrichterschaltungen weisen eine Welligkeit von 0,011
oder 1,1% auf (Eugen Philippow: Taschenbuch Elektrotechnik, Band 5, Elemente
und Baugruppen der Elektroenergietechnik, 1981, S. 906, Spalte 5 der Tafel 5.5).
Durch die Verwendung einer Zwölfpuls-Schaltung anstelle einer Sechspuls-Schal
tung kann somit die Welligkeit um das 3,8-fache reduziert werden.
Die verringerte Restwelligkeit ergibt sich dadurch, dass sich bei zwei Sechspuls-
Brückenschaltungen, deren ventilseitige Spannungen gleich groß, aber um 30° gegen
einander verdreht sind, in dem Fall, dass sie parallel oder in Reihe zusammengeschal
tet werden, die Oberschwingungen der 6., 12., 18. usw. Ordnung und der 5., 7., 17.,
19. usw. Ordnung der netzseitigen Ströme gegenseitig aufheben. Es verbleiben somit
nur noch netzseitige Oberschwingungen der 11., 13., 23., 25. usw. Ordnung, wodurch
schädliche Netzrückwirkungen erheblich verringert werden. Als gleichspannungssei
tige Oberschwingungen verbleiben die 12., 24., 36. usw. Oberwelle, was zu einer
Verringerung der negativen Einwirkungen auf die Last führt (vgl. Eugen Philipow,
a. a. O.).
Es ist bereits eine Schaltungsanordnung zum Verringern von Oberschwingungen im
Wechselstrom bei Gleichstromverbrauchern bekannt, bei der die Zwölfpulsigkeit mit
nur einem Transformator realisiert wird, in dem m Sternsysteme und n Dreiecksyste
me auf der Sekundärseite betrieben werden (DE 198 35 030 A1). Mit dieser Schal
tungsanordnung sollen mehrere kleinere Verbraucher aus einem Netz mit einer
Zwölfpulsigkeit versorgt werden, und es soll eine gleichmäßige Stromaufteilung in
den Gleichrichtern realisiert werden. Für einen einzigen Großverbraucher ist diese
Schaltungsanordnung indessen weniger geeignet.
Um bei einem bekannten Verfahren zur Steuerung eines 12-pulsigen Stromrichters,
dessen beide Teilstromrichter jeweils mit einer Sekundärwicklung eines Transformators
verknüpft sind, dessen Primärwicklung mit einem Drehstromnetz verbunden ist,
Harmonische, die durch ein Spannungs-Gegensystem in Verbindung mit einer äqui
distanten Ventilzündung hervorgerufen werden, zu korrigieren, wurde bereits vorge
schlagen, in Abhängigkeit von gemessenen Netzphasenspannungen und eines gemes
senen Gleichstroms oder alternativ dazu gemessenen Strangstroms Zündwinkel zu er
mitteln, die einem vorbestimmten Zündwinkel paarweise überlagert werden (DE 198 47 680 A1).
Bei diesem Verfahren muss allerdings ein hoher Aufwand an exakten
Strom- und Spannungsmessungen getrieben werden, um geeignete Zündwinkelver
schiebungen berechnen zu können.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gleichstrom-Stromversorgung für
die elektrische Heizung des Inhalts eines Schmelztiegels mit vernachlässigbar kleiner
Restwelligkeit zu schaffen.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung betrifft somit eine elektrische Energieversorgung für eine elektrische
Heizung, die einen Tiegel aufheizt, aus dem Kristalle nach dem Czochralski-Verfah
ren gezogen werden. Diese Energieversorgung weist einen zwölfpulsigen Gleichrich
ter auf, dessen Welligkeit reduziert ist und der deshalb stark verringerte negative Ein
flüsse auf den Czochralski-Prozess ausübt.
Der mit der Erfindung erzielte Vorteil besteht insbesondere darin, dass die Kristall
züchtung nach dem Czochralski-Verfahren nicht durch Vibrationen negativ beein
flusst wird. Der Gleichstrom mit geringer Restwelligkeit kann außerdem auch für die
Stromversorgung von Magneten verwendet werden, die zur Unterstützung von
Czochralski-Prozessen dienen, beispielsweise um einen magnetofluiden Effekt in der
Rohmaterialschmelze zu erzielen (vgl. DE 37 32 250 C2).
Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass negative Rückwirkungen durch
Oberwellen auf Signal- und Datenleitungen verhindert oder minimiert werden. Ferner
entfallen Störungen des Versorgungsnetzes durch Oberwellen weitgehend.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden
im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Stromversorgung für die elektrische Heizung eines Schmelztiegels,
mit einem zwölfpulsigen Gleichrichter, der zwei in Reihe geschaltete
Sechspuls-Gleichrichter aufweist;
Fig. 2 eine Stromversorgung für die elektrische Heizung eines Schmelztiegels
mit einem zwölfpulsigen Gleichrichter, der zwei parallel geschaltete
Sechspuls-Gleichrichter mit Saugdrossel aufweist;
Fig. 3 eine Stromversorgung für die elektrische Heizung eines Schmelztiegels
mit einem zwölfpulsigen Gleichrichter, der zwei parallel geschaltete
Sechspuls-Gleichrichter ohne Saugdrossel aufweist.
In der Fig. 1 ist eine Vakuumkammer 1 im Schnitt dargestellt, in der sich ein
Schmelztiegel 2 befindet, der über eine elektrische Heizung 3, 4, die beispielsweise
aus Graphit besteht, aufgeheizt wird. In dem Schmelztiegel 2 befindet sich eine
Schmelze 5, aus der nach dem Czochralski-Verfahren ein Kristall 6 gezogen wird.
Dieser Kristall 6 ist z. B. an einem Seil 7 aufgehängt, das durch einen ersten Motor 8
gehoben und gesenkt und durch einen zweiten Motor 9 gedreht werden kann.
Der Schmelztiegel 2 kann durch einen weiteren Motor 10 nach oben und nach unten
bewegt und durch einen vierten Motor 11 gedreht werden.
Die Heizung 3, 4 liegt an einer Gleichspannung UdH, die von einem zwölfpulsigen
Gleichrichter 12 geliefert wird. Dieser Gleichrichter 12 enthält zwei in Reihe geschal
tete sechspulsige Gleichrichter, die jeweils aus einer Brückenschaltung 13, 14 mit je
weils sechs Thyristoren 15 bis 20 bzw. 21 bis 26 bestehen. Diese Brückenschaltun
gen 13, 14 sind mit jeweils einer dreiphasigen Sekundärwicklung 27, 28 eines Trans
formators verbunden, dessen Primärwicklung 29 an ein dreiphasiges Wechselstrom
netz R, S, T angeschlossen ist. Da der Gleichrichter 12 von der Netzspannung geführt
wird, handelt es sich um einen so genannten fremdgeführten Gleichrichter. Von
Fremdführung spricht man dann, wenn die Kommutierungs- oder Löschspannung
von außen kommt. Werden in den Schaltungen selbst Vorkehrungen getroffen, um
die Kommutierungs- oder Löschspannung zu erzeugen, spricht man von selbstgeführ
ten Schaltungen. Solche Schaltungen arbeiten mit Kondensatorentladungen oder in
duktiven Kreisen.
Die beiden in Reihe geschalteten Brückenschaltungen 13, 14 bewirken neben einer
Verbesserung des cosϕ auch eine Reduktion der netzseitigen Stromoberschwingun
gen, da ein zwölfpulsiges Verhalten entsteht. Die beiden Lastspannungen Ud1, Ud2
sind, wie man durch Berechnungen zeigen kann, um 30° gegeneinander verschoben.
Die 6. Harmonischen sind daher in Gegenphase und heben sich in der Lastspannung
Ud = Ud1 + Ud2 auf. Die Schaltung wird somit zwölfphasig, weshalb die ersten
Netzstromharmonischen mit von Null verschiedener Amplitude die Ordnungszahlen
11 und 13 haben.
Die Sekundärwicklung 27 ist bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 im Stern ge
schaltet, während die Sekundärwicklung 28 im Dreieck geschaltet ist.
Um die auch noch in der Spannung Ud enthaltene Restwelligkeit zu eliminieren, ist
eine Drossel 30 vorgesehen. An der Heizung 3, 4 liegt somit eine weitestgehend ge
glättete Gleichspannung UdH. Diese Spannung UdH wird von einem Spannungs
messgerät 31 erfasst und an einen Istwert-Erfasser 32 in analoger oder digitaler Form
weitergegeben. Über einen Shunt-Widerstand 33 wird mittels eines Strommessgeräts
34 auch der Strom erfasst, der durch die Heizung 3, 4 fließt. Dieser Stromwert wird
in analoger oder digitaler Form an die Istwert-Erfassung 32 gegeben, die auch eine
Information über die in der Heizung 3, 4 umgesetzte Leistung aus einem Leistungs
messgerät 35 erhält, das die gemessenen Ströme und Spannungen auswertet.
Die in die Istwert-Erfassung 32 eingegebenen Werte werden einem Regler 36 zuge
führt, der außerdem aus einem Sollwert-Geber 37 die Soll-Werte von Spannung US'
Strom IS und Leistung PS erhält. Dieser Regler 36 beaufschlagt einen Pulsgenerator
38 in der Weise, dass die Thyristoren 15 bis 20, 21 bis 26 so angesteuert werden, dass
sich die gemessenen Werte von Strom, Spannung und Leistung den Sollwerten dieser
Größen annähern.
Bei dem in der Fig. 1 dargestellten 12-pulsigen Gleichrichter handelt es sich also um
einen vollgesteuerten Gleichrichter, da er ausschließlich steuerbare Ventile in Form
von Thyristoren enthält. Durch die Verwendung steuerbarer Ventile kann der Strom
führungsbeginn verzögert werden, sodass der Mittelwert der Gleichspannung verklei
nert, zu Null gemacht oder auf negative Werte gebracht werden kann. Im letztge
nannten Fall liegt allerdings Wechselrichterbetrieb vor, der hier ausgeschlossen wird.
Wird auf eine Änderung des Mittelwerts der Gleichspannung verzichtet, können an
stelle von Thyristoren auch Leistungsdioden verwendet werden, sodass der 12-pulsi
ge Gleichrichter ungesteuert ist. Auch eine halbgesteuerte Schaltung unter Verwen
dung von Thyristoren und Leistungsdioden ist möglich. Allerdings treten bei halbge
steuerten Stromrichtern zusätzliche Spannungsoberschwingungen der 3., 9. usw. Ord
nung auf. In dreiphasigen Systemen ist deshalb der vollgesteuerten Schaltung der
Vorzug zu geben.
Je größer die Pulszahl eines Stromrichters ist, desto geringer ist die Amplitude des
Wechselspannungsanteils seiner Gleichspannung bei kleinen Zündwinkeln und desto
höher ist die Frequenz der ersten auftretenden Oberschwingungen, d. h. desto wirt
schaftlicher sind diese Oberschwingungen auszufiltern. Aus wirtschaftlichen Ge
sichtspunkten erscheint es bisweilen nicht sinnvoll, für einen Stromrichter hoher Lei
stung die Pulszahl über sechs zu erhöhen, da der zugehörige Stromrichter-Transfor
mator zu teuer würde. Serienmäßig erhältlich oder aus Serien-Einphasen-Transforma
toren zusammenschaltbar sind jedoch Dreiphasen-Transformatoren der Schaltgruppe
Dd, Dy, Ud und Yy. Durch gasdichte Schaltung kann man mit diesen Transformato
ren einen Zwölfpuls-Stromrichter realisieren, indem man zwei Sechspuls-Stromrich
ter auf der Gleichspannungsseite in Reihe und auf der Drehstromseite parallel schal
tet, wobei jedoch der eine Stromrichter-Transformator in Yy und der andere in Yd
geschaltet ist oder der eine in Dd und der andere in Dy. Man erreicht so eine Ver
schiebung der sekundärseitigen Transformatorenspannung um 30° gegeneinander.
Die Addition der gleichgerichteten Spannungen der beiden Sechspuls-Stromrichter
ergibt die gleiche Spannung wie die eines echten Zwölfpuls-Stromrichters. Anstelle
von zwei Einzeltransformatoren kann auch ein Drei-Wicklungs-Transformator mit
zwei Sekundärwicklungen verwendet werden, von denen die eine im Stern und die
andere im Dreieck geschaltet ist.
Bei dieser Schaltung ist die Frequenz der Welligkeit gleich der zwölffachen Netzfre
quenz und die Amplitude des Wechselspannungsanteils bei α = 0° oder bei α = 180°
theoretisch
Uα = 0,180 = √2 U (1 - sin 75°) = 0,0590 U
Die Gleichspannung eines Sechspuls-Stromrichters beträgt beim Zündwinkel α = 0
Ud (6p) = 3/π √2 U = 1,35 U
Durch die gleichspannungsmäßige Reihenschaltung zweier Sechspuls-Stromrichter
zum Zwölfpuls-Stromrichter verdoppelt sich diese Gleichspannung bei gleicher Netz
spannung zu
Ud(12p) = 2,7 U
Die Amplitude des Wechselspannungsanteils der ungeglätteten Gleichspannung eines
Zwölfpuls-Stromrichters mit dem Zündwinkel a = 0 beträgt somit 0,0178 Ud(12p).
Die Vorteile dieser Schaltung liegen in der geringen Amplitude und der hohen Fre
quenz der Welligkeit der ersten auftretenden Oberschwingungen bei Verwendung se
rienmäßiger Transformatoren. Es darf jedoch nicht übersehen werden, dass es sich -
selbst bei Verwendung eines Dreiwicklungs-Transformators - nicht um einen "ech
ten" Zwölfpuls-Stromrichter handelt, sondern um eine Zusammenschaltung zweier
Sechspuls-Stromrichter (vgl. H. D. Schymrock: Hochspannungs-Gleichstrom-Über
tragung, Stuttgart 1985, S. 41-43).
Über ein Bedienungsfeld 39, einen Digital/Analog- bzw. Analog/Digital-Wandler 40
sowie überein Datenbussystem 41, 42 können neben den Sollwerten wie IS, PS und
US weitere Befehle auf den Sollwert-Geber 37 und über diesen zum Regler 36 gege
ben werden, der bewirkt, dass die Thyristoren 15 bis 20, 21 bis 26 entsprechend die
ser Befehle angesteuert werden. Umgekehrt können auch Informationen aus der Ist
wert-Erfassung 32 über das Datenbus-System 42, 41 auf dem Bedienungsfeld 39 an
gezeigt werden. Dies ist in der Fig. 1 dadurch angedeutet, dass der Datenbus 42 ein
erseits Daten, z. B. die Sollwerte von Strom, Spannung und Leistung auf den Soll
wert-Geber 37 gibt, während er andererseits Daten, z. B. die Ist-Werte Ia, Pa und Ua,
vom Istwert-Geber 32 abgreift und dem Digital-Analog-Wandler 40 zuführt, der die
analogen Daten über den Datenbus 41 auf das Bedienungsfeld 39 gibt.
In der Fig. 2 ist eine Anordnung dargestellt, die sich von derjenigen der Fig. 1 im
Wesentlichen dadurch unterscheidet, dass der zwölfpulsige Gleichrichter 12' nicht
aus zwei in Reihe geschalteten Brücken 13, 14, sondern aus zwei parallel geschalteten
Brücken 13', 14' besteht.
Wesentlich ist bei dieser Schaltung die Saugdrossel 50, deren Mittenanzapfung an
dem einen Anschluss der Heizung 3, 4 angeschlossen ist, während der andere An
schluss dieser Heizung 3, 4 mit den Kathoden der Dioden 15' bis 26' verbunden ist.
Die Dioden 21' bis 26' der Brückenschaltung 14' sind hierbei anders ausgerichtet als
in der Gleichrichterschaltung gemäß Fig. 1. Bei einer Saugdrosselschaltung ist eine
Drosselspule zwischen den Mittelpunkten der phasenversetzten ventilseitigen Wick
lungssysteme der Stromrichter-Transformatoren angeordnet. Die Saugdrossel er
zwingt eine gleiche Belastung und nimmt die Differenzspannung der beiden Teil
stromrichter auf.
Die Gleichrichterschaltung 12' gemäß Fig. 2 ist eine für sehr hohe Ströme geeignete
Schaltung. Bei ihr sind zwei für sich allein sechspulsige Schaltungen über eine Saug
drossel 50 parallel geschaltet, wodurch sich ein zwölfpulsiger Betrieb ergibt. Hierzu
sind die beiden sekundären Phasenspannungen um 30° versetzt, was durch Stern bzw.
Dreieck primär erreicht wird. Bei der Schaltung nach Fig. 1 liegen bei einem Durch
schaltepfad jeweils vier Thyristoren in Serie, sodass bei niedrigen Spannungen und
hohen Strömen dem dadurch bei der Schaltung nach Fig. 1 auftretenden Ventilspan
nungsabfall die Schaltung nach Fig. 2 vorzuziehen ist.
Die Fig. 3 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Änderung, die weitgehend den An
ordnungen gemäß den Fig. 1 und 2 entspricht, aber eine zwölfpulsige Gleichrichter
schaltung 12" aufweist, die aus zwei parallel geschalteten sechspulsigen Gleichrich
terschaltungen 13", 14" besteht.
Auf der Gleichstromseite befindet sich außer der Drossel 30 noch eine weitere Dros
sel 50, die zwischen die Kathoden der Thyristoren 21"-23" und die Verbindung zwi
schen der Drossel 30 und dem Shunt 33 geschaltet ist. Die Anode der Thyristoren 18"
bis 20" sind dabei direkt mit den Anoden der Thyristoren 24" bis 26" verbunden.
Die Gleichrichterschaltung 13" liegt an der Sekundärseite 27" eines eigenen Trans
formators 51, dessen Primärwicklung 53 über Schalter 60 mit einem Drehstromnetz
R, S, T verbunden ist. Die Primärwicklung 53 dieses Transformators 51 ist im
Dreieck geschaltet, während seine Sekundärwicklung 27" im Stern geschaltet ist.
Die Gleichrichterschaltung 14" liegt an der Sekundärseite 28" eines anderen Trans
formators 52, dessen Primärseite 54 über die Schalter 60 mit dem Drehstromnetz R,
S, T verbunden ist. Die Primärwicklung 54 dieses Transformators 52 ist - ebenso wie
seine Sekundärwicklung 28" - im Stern geschaltet.
Für die Steuerung der Thyristoren 15" bis 23" wird eine Einrichtung 36, 38 verwen
det, bei welcher der Gleichrichter zwölf individuell geregelte Zeit-Strom-Integrale
der gewünschten Spannungsform hinzuaddiert. Jeder Abschnitt beginnt und endet bei
einem Strom Null, wodurch die problematischen Spitzen bei der Kurzschluss-
Kommutierung vermieden wird, die bei herkömmlichen Thyristor-Reglern auftritt.
Ein weicher Flankenanstieg begrenzt die Ordnung und die Größe der Harmonischen
und hält die Ausgangsspannung in guter Form. Die Stromverzerrungen auf der Lei
tung sind sehr klein und ähnlich einem ungeregelten Zwölf-Puls-Vollbrückengleich
richter. Der Leistungsfaktor kann für eine volle Ausgangsbedingung (cos ϕ = 1) opti
miert werden. Eine Einrichtung der vorbeschriebenen Art ist z. B. die Regeleinheit
SEM 12 der Fa. Bruken, die bei 140 V/320 A für 44 kW ausgelegt ist.
Claims (16)
1. Elektrische Energieversorgung für eine elektrische Heizung, die einen Tiegel auf
heizt, aus dem Kristalle nach dem Czochralski-Verfahren gezogen werden, dadurch
gekennzeichnet, dass diese Energieversorgung einen 12-pulsigen Gleichrichter (12,
12', 12") enthält.
2. Elektrische Energieversorgung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
der 12-pulsige Gleichrichter (12) aus zwei in Reihe geschalteten 6-pulsigen Gleich
richtern (13, 14) besteht.
3. Elektrische Energieversorgung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
der 12-pulsige Gleichrichter (12', 12") aus zwei parallel geschalteten 6-pulsigen
Gleichrichtern (13', 14'; 13", 14") besteht.
4. Elektrische Energieversorgung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen den beiden parallel geschalteten 6-pulsigen Gleichrichtern (13', 14') eine
Saugdrossel (50) geschaltet ist.
5. Elektrische Energieversorgung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass
an einem Ausgangsanschluss jedes der 6-pulsigen Gleichrichter (13", 14") jeweils ein
Oberwellenfilter (30, 50) vorgesehen ist.
6. Elektrische Energieversorgung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, dass jedem der 6-pulsigen Gleichrichter (13, 14; 13', 14'; 13", 14") ein eige
ner Transformator (51, 52) zugeordnet ist.
7. Elektrische Energieversorgung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass
in dem Stromkreis, der den Gleichrichter (12) mit der elektrischen Heizung (3, 4)
verbindet, ein Oberwellenfilter (30) vorgesehen ist.
8. Elektrische Energieversorgung nach den Ansprüchen 5 oder 7, dadurch gekenn
zeichnet, dass das Oberwellenfilter eine Drossel (30) ist.
9. Elektrische Energieversorgung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die Heizung Graphitplatten (3, 4) enthält.
10. Elektrische Energieversorgung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
der 12-pulsige Gleichrichter (12, 12', 12") zwölf steuerbare Thyristoren (15 bis 26;
15' bis 26'; 15" bis 26") enthält, deren Steuerung über eine Einrichtung (38) erfolgt,
die mit einem Regler (36) in Verbindung steht.
11. Elektrische Energieversorgung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
dass der Regler (36) mit einer Istwert-Einrichtung (32) verbunden ist, welche über
ein Strommessgerät (34), ein Spannungsmessgerät (31) und ein Leistungsmessgerät
(35) Informationen über die tatsächlich an der Heizung (3, 4) anliegende Spannung,
den durch diese Heizung (3, 4) fließenden Strom und die in der Heizung (3, 4) ver
brauchte Leistung erhält.
12. Elektrische Energieversorgung nach den Ansprüchen 10 oder 11, dadurch ge
kennzeichnet, dass der Regler (36) aus einer Sollwert-Einrichtung (37) Informatio
nen über die Sollwerte von Strom, Spannung und Leistung der Heizung (3, 4) erhält.
13. Elektrische Energieversorgung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,
dass die Sollwert-Einrichtung (37) über einen Datenbus (42) mit Signalen aus einem
Bedienpult (39) beaufschlagt wird.
14. Elektrische Energieversorgung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
dass die Istwert-Einrichtung (32) Signale über einen Datenbus (42) an das Bedienpult
(39) gibt.
15. Elektrische Energieversorgung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
dass der Datenbus (42) eine störunanfällige Zweidraht-Leitung aufweist.
16. Elektrische Energieversorgung nach Anspruch 2 oder Anspruch 3, dadurch
gekennzeichnet, dass jeder der 6-pulsigen Gleichrichter (13, 14; 13', 14') an einer
Sekundärseite (27, 28; 27', 28'; 27", 28") eines dreiphasigen Transformators liegt,
dessen Primärseite (29, 29', 29") an eine dreiphasige Netzwechselspannungsquelle
(R, S, T) angeschlossen ist.
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DE2001103691 DE10103691A1 (de) | 2001-01-26 | 2001-01-26 | Elektrische Energieversorgung für eine elektrische Heizung |
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DE2001103691 DE10103691A1 (de) | 2001-01-26 | 2001-01-26 | Elektrische Energieversorgung für eine elektrische Heizung |
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