用于坩堝加熱裝置的供電裝置和使其運行的方法制造方法及圖紙

本發明專利技術涉及一種用于坩堝加熱裝置（28）的供電裝置（10，54），包括至少一個加熱電流回路（26，30）和用于控制供電模塊（12，14，16，18，20）的過程控制裝置（36），其中加熱電流回路（26，30）相應地包括至少兩個供電模塊（12，14，16，18，20），其中在這個或者每個加熱電流回路（26，30）中，至少兩個供電模塊（12，14，16，18，20）的輸出端（24，29）并聯，本發明專利技術還涉及一種使其運行的方法。選擇地可以設置加熱控制裝置（32）來代替過程控制裝置（36），用于控制供電模塊（12，14，16，18，20）。

【技術實現步驟摘要】
用于坩堝加熱裝置的供電裝置和使其運行的方法
本專利技術涉及一種用于坩堝加熱裝置的供電裝置。本專利技術也涉及一種使供電單元運行的方法。
技術介紹
為了例如在采用柴氏(Czochralski)方法時融化坩堝加熱裝置中的、尤其是拉晶設備中的稱量物料(Einwaage)，通常采用低歐姆的石墨加熱器。在已知的供電裝置中借助于按照相位截止控制原理工作的執行機構(晶閘管調節器)提供這里所需的加熱功率。這種供電裝置具有一個電網輸入端和一個或者若干個直流輸出端。通過運行這種已知供電裝置至少產生以下所列的缺點。由供電裝置產生的高次波、所謂的高次諧波導致電網損耗增大。工業用戶因而被其供電方敦促，采取適合的措施來減小由它們引起的對電網的反作用。因為接收的無功功率在低于由供電方為功率因數規定的最小值時被特別地加以考慮，因此無功功率損失被特別的技術措施限制。例如為此采用被動的或者主動的濾波回路。備選地也已知有一種以下形式的供電方法，通過線性的粗執行機構(可調變壓器)和快速的精細執行機構共同作用，大大減小由于供電而引起的在輸入側的干擾。為了改善供電的功率因數而采用補償設備。已知的用于坩堝加熱的供電裝置大部分在部分載荷范圍中工作。按照相位截止控制原理工作的、例如像晶閘管調節器那樣的供電裝置典型地在部分載荷范圍中具有相對較低的效率，這一般被承認。由已知的供電系統在次級側產生的疊加交流電、也稱為波紋電流，會對坩堝加熱裝置的溫度調節過程產生負面影響，這是因為在溫度調節器的感應器輸入端上出現減小的信號干擾間距。此外這種波紋電流在石墨加熱器上導致不被期望的副作用。例如可能導致石墨加熱器的機械振動。此外通過波紋電流而發生的電磁交變場可能在坩堝中產生不可預見的磁場，并因此對拉晶過程產生負面影響，相反的是，按規定產生和疊加的磁場有正面的作用，例如在DE102009027436A1中可見的那樣。在輸出側的干擾電壓通過主動和被動的濾波器而被衰減。在能源供給企業的供電網中也或者家用電網中可能出現的電網故障，例如像顫動、出現尖峰或者電壓驟降，在已知的供電系統中，受相位截止控制或者也可能波包控制原理的限制而導致次級側的干擾發射，并因此導致在溫度調節器的感應器輸入端上的信號干擾間距減小。這又可能導致過程中的、也就是加熱功率的調節過程中的質量干擾，直至導致過程損耗。如果在供電中出現故障，那么可能使過程中斷。一般采用主動的和被動的電網濾波器，以便克服短時間的電網故障對拉晶過程的影響。供電系統的對系統至關重要部件的失效一般導致過程中斷。
技術實現思路
本專利技術的一個目的在于，避免或者減小已知供電裝置的上述缺點，尤其是降低運行時產生的對電網的反作用，減小在輸出側的波紋電流，并且提高效率。本專利技術的另外一個目的在于，提高供電系統的可用性，并因此提高拉晶過程的穩定性。該目的根據本專利技術來實現。由此設置用于坩堝加熱裝置的供電裝置，坩堝加熱裝置包括至少一個加熱電流回路和用于控制供電模塊的過程控制裝置，該加熱電流回路相應地包括至少兩個供電模塊，其中在這個或者每個加熱電流回路中，至少兩個供電模塊的輸出端并聯。由此提出一種用于使坩堝加熱裝置的供電裝置運行的方法，供電裝置包括有至少一個加熱電流回路，這回路分別包括有至少兩個供電模塊，還有一個過程控制模塊用于控制供電模塊，其中在這或者每個加熱電流回路中并聯了至少兩個供電模塊的輸出，而且其中被分開用于每個加熱電流回路的供電模塊取決于工藝流程和/或在單個的供電模塊中出現故障時進行激活或者去除激活。本專利技術基于以下認識，即為了使尤其是在拉晶設備中的坩堝加熱裝置運行而需要例如在200至500KW范圍內的高功率，其中流過的電流達幾千個安培。必須精確地設置功率，并且同時由于電流較大而必須在安全性方面進行逐一。這種認識這樣被轉化，從而將開關柜中同樣的供電模塊連接在一起。本專利技術的優點在于減小了對電網的反作用。因此一般無需單獨采取措施用于電網濾波。取決于各自當前的負荷需要，可以接通或者斷開單個的供電模塊，以便使主動的供電模塊在一個盡可能最佳的工作點中運行，并因此實現功率因數的改善。特別是在一個部分負荷范圍中可以實現效率的改善。因此不需要單獨采取措施，例如在補償設備上進行供電。按此方式也可以節省成本。在輸出側可以注意到的是，在根據本專利技術的供電裝置中，初級側的電網故障，如顫動、出現尖峰或者電壓驟降，遠少于在已知的供電裝置中的電網故障。因此避免了在坩堝加熱裝置方向上發出暫時的電磁干擾場，并因此提高了過程穩定性，尤其是拉晶過程的穩定性。在一種實施形式中，供電裝置包括連接在過程控制裝置和供電模塊之間的加熱控制裝置，用于控制和監測供電模塊。通過過程控制裝置來引導加熱控制裝置，過程控制裝置獲取各種過程監測部件的狀態-和故障信號，過程監測部件例如是溫度監測器、冷水監測器、壓力監測器。如果在供電裝置中每個供電模塊在輸入側都三相連接，那么可以避免不對稱的電網負荷。在一種實施形式中，每個供電模塊包括三個相同的子模塊，它們可以通過內部的系統總線相互連接。每個子模塊可以選擇地包括整流器單元。每個子模塊可以選擇地包括功率因數校正級。功率因數校正級也稱為PFC-級，與已知的用于坩堝加熱的供電裝置相比，它可以顯著減小對電網的反作用。在功率因數校正級之后可以選擇地連接有時鐘輸出級(getakteteLeistungsstufen)。由此與已知的供電裝置相比可以明顯改善輸出電壓的質量，這是因為波紋電流被減小。當波紋電流減小時，在加熱電流回路中，例如在石墨加熱器上只出現較小的感應產生的橫向力。因此減小了石墨加熱器的機械振動，并且延長了它的使用壽命。在一種實施形式中，每個供電模塊可以包括通信接口，以便可以用過程控制裝置或者加熱控制裝置來交換狀態-和控制信息。狀態-和故障信號可以例如經過在其中布置有供電裝置的開關柜上的HMI(人-機-接口，Human-Machine-Interface)并且經過通信接口，由例如直接布置在供電模塊或者子模塊端面上的LED(發光二極管LightEmittingDiode)顯示器來顯示。在這方法中選擇地規定，在供電模塊中的任一個出現故障時，將信號經過通信接口，從損壞的供電模塊傳輸給連接在過程控制裝置和供電模塊之間的加熱控制裝置，并且加熱控制裝置使損壞的供電模塊去除激活。為此加熱控制裝置發出一個相應的信號，用于使損壞的供電模塊去除激活?？商娲乜梢蕴岢觯诠╇娔K中的任一個出現故障時，將信號經過通信接口，從損壞的供電模塊傳輸給過程控制裝置，并且過程控制裝置接著使損壞的供電模塊去除激活。對此，將一個相應的信號從過程控制裝置發送給供電模塊。按此方式阻止的是，損壞的供電模塊在繼續運行時對輸出電壓產生負面影響，或者引起對電網的反作用。在一種實施形式中，如果在附屬的加熱電流回路中所需要的功率小于或者等于激活的供電模塊的最大功率、即還在相應的加熱電流回路中可用的那些供電模塊的最大功率之和的話，可以使去除激活的供電模塊的功率附加地按比例分配給那個或那些在附屬加熱電流回路中繼續激活的供電模塊。這可以使供電裝置實現更高的可用度。當供電模塊停止運行時，供電系統的重新建立時間大大短于例如在已知的供電裝置中那樣。因此可以使坩堝設備更快地重新投入運行。在一個實施形式中，可以使一個并不需要的供電模塊去除本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于坩堝加熱裝置（28）的供電裝置（10），包括至少一個加熱電流回路（26，30）和用于控制供電模塊（12，14，16，18，20）的過程控制裝置（36），所述加熱電流回路相應地包括至少兩個供電模塊（12，14，16，18，20），其中在所述這個或者每個加熱電流回路（26，30）中，所述至少兩個供電模塊（12，14，16，18，20）的輸出端（24，29）并聯。

【技術特征摘要】
2011.08.01 EP 11176125.01.一種用于坩堝加熱裝置(28)的供電裝置(10)，包括至少一個加熱電流回路(26，30)和用于控制供電模塊(12，14，16，18，20)的過程控制裝置(36)，所述加熱電流回路相應地包括至少兩個供電模塊(12，14，16，18，20)，其中在這個或者每個所述加熱電流回路(26，30)中，至少兩個所述供電模塊(12，14，16，18，20)的輸出端(24，29)并聯，每個供電模塊(12，14，16，18，20)包括三個相同的子模塊，這些所述子模塊通過內部的系統總線相互連接，每個子模塊包括整流器單元、功率因數校正級和在所述功率因數校正級之后連接的時鐘輸出級，用于過程監測的溫度監測器(42)連接在所述加熱電流回路和所述過程控制裝置(36)之間。2.根據權利要求1所述的供電裝置(10)，具有連接在所述過程控制裝置(36)和所述供電模塊(12，14，16，18，20)之間的加熱控制裝置(32)，用于控制和監測所述供電模塊(12，14，16，18，20)。3.根據權利要求1或者2所述的供電裝置(10)，其中每個供電模塊(12，14，16，18，20)在輸入側三相連接。4.根據權利要求1或者2所述的供電裝置(10)，其中每個供電模塊(12，14，16，18，20)包括通信接口。5.根據權利要求3所述的供電裝置(10)，其中每個供電模塊(12，14，16，18，20)包括通信接口。6.一種運行用于坩堝加熱裝置(28)的根據權利要求1-5中任一項所述的供電裝置(10)的方法，所述供電裝置包括至少一個加熱電流回路(26，30)和用于控制供電模塊(12，14，16，18，20)的過程控制裝置(36)，所述加熱電流回路相應地包括有至少兩個供電模塊(12，14，16，18，20)，其中在所述這個或者每個加熱電流回路(26，30)中，所述至少兩個供電模塊(12，14，16，18，20)的輸出端(24，29)并聯，而且其中被分開用于每個加熱電流回路(26，30)的所述供電模塊(12，14，16，18，20)取決于工藝流程和/或在單個的供電模塊(12，14，16，18，20)中出現故障時激活或者去除激活。7.根據權利要求6所述的方法，其中在所述供電模塊(12，14，16，18，20)中的任一個出現故障時，將信號(56)經過通信接口，從損壞的所述供電模...

【專利技術屬性】
技術研發人員：烏韋·鮑姆巴赫，邁克·魯道夫，
申請(專利權)人：西門子公司，
類型：發明
國別省市：