JP2544907B2 - 加熱電源装置 - Google Patents

加熱電源装置

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JP2544907B2 JP60138893A JP13889385A JP2544907B2 JP 2544907 B2 JP2544907 B2 JP 2544907B2 JP 60138893 A JP60138893 A JP 60138893A JP 13889385 A JP13889385 A JP 13889385A JP 2544907 B2 JP2544907 B2 JP 2544907B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は多結晶半導体素子などの負性抵抗負荷を加
熱するための加熱電源装置に関する。
〔従来の技術〕
第5図は例えば特開昭58-146435号公報に示された従
来の加熱電源装置を示す回路図であり、図において、1
はタツプ付変圧器、2,3,4,5は変圧器1の2次コイルの
各タツプに接続した逆並列サイリスタユニツト、14,15,
16,17は負性抵抗負荷である多結晶半導体負荷(以下負
荷という)、18は電磁接触器、19,20,21,22は2次コイ
ルに上記負荷14〜17をそれぞれ接続した高電圧平衡変圧
器である。また、23,24,25,26は逆並列サイリスタユニ
ツト3〜5と負荷14〜17との間に入れた平衡変圧器であ
る。
次に動作について説明する。
多結晶半導体負荷としての負荷14〜17は加熱による成
長過程で抵抗値が徐々に低下する負性抵抗特性を持つ。
このため、加熱初期には抵抗値が高く、高電圧かつ小電
流の電力を必要とする。従つて、電磁接触器18および逆
並列サイリスタユニツト2を先ずオンにし、高電圧平衡
変圧器19〜22に電圧を印加し、これにより負荷14〜17に
高電圧,小電流の電源を供給する。
こうすると、負荷14〜17は徐々に加熱されて結晶が成
長し、これらの抵抗値が徐々に低下していく。そして、
この抵抗値の低下に従つて、サイリスタユニツト2をス
イツチ制御することにより、成長度合に応じた大きさの
電流を負荷14〜17に供給していく。このため、負荷電圧
が徐々に低下し、力率が悪化してしまうことになる。
そこで、この力率の低下を改善するため、電磁接触器
18および逆並列サイリスタユニツト2をオフにし、逆並
列サイリスタユニツト3〜5を順次オフからオンに切換
えていく。これにより、平衡変圧器23〜26を介して負荷
14〜17に電流バランスをとりながら低電圧が供給され、
力率が改善される。このようにして、負荷が加熱成長さ
れるにしたがい力率が悪化していくのを、逆並列サイリ
スタユニツト2〜5を低電圧側に順次切換えていくこと
によつて改善し、最終的に負荷14〜17に大電流が流れる
まで結晶を成長させる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
従来の加熱電源装置は以上の様に構成されているの
で、高圧タツプでは小電流でよいが、低圧タツプになる
と大電流が必要となるため、タツプ付変圧器は特殊なも
のとなること、高電圧平衡変圧器19〜22や平衡変圧器23
〜26などの変圧器が負荷14〜17の数に応じて必要とな
り、大形で重量が重くなるほか、運搬,設置などが行い
にくいこと、交流により通電するため線路と負荷のイン
ダクタンスおよびキヤパシタンスの影響により通電条件
が変わり、負荷の加熱制御が高精度に行えないことなど
の問題点があつた。
この発明は上記のような問題点を解消する為になされ
たもので、タツプ付変圧器1,高電圧平衡変圧器19〜22,
平衡変圧器23〜26などを使用せず、小形,軽量な負荷切
替スイツチを使用することによつて、力率を改善でき、
しかも直流通電ができる加熱電源装置を得ることを目的
とする。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明に係る加熱電源装置は、サイリスタ整流器と
負性抵抗負荷とを結ぶ各々の回路中に第1から第4の半
導体スイッチを接続し、負性抵抗負荷の通電加熱による
抵抗値の低下に応じて、それら第1から第4の半導体ス
イッチを切換え、サイリスタ整流器に対する負性抵抗負
荷の直列接続数を増加させるものである。
〔作用〕
この発明における加熱電源装置は、負性抵抗負荷の通
電加熱による抵抗値の低下に応じて、第1から第4の半
導体スイッチの切換えにより、サイリスタ整流器に対す
る負性抵抗負荷の直列接続数を増加させ、出力電圧を上
昇させることにより力率を改善する。このように、力率
改善しながら高圧小電流から低圧高電流までの電力を負
性抵抗負荷に効率よく供給するように作用する。
〔実施例〕
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第
1図において、1は4巻線変圧器、2,3,4,5は4巻線変
圧器1の2次コイルに接続したサイリスタ整流器、14,1
5,16,17はサイリスタ整流器2〜5のそれぞれに接続し
た負性抵抗負荷であり、直列接続の負性抵抗負荷14,15
は2個のサイリスタ整流器2,3に対応して設けられ、ま
た、直列接続の負性抵抗負荷16,17は2個のサイリスタ
整流器4,5に対応して設けられている。また、7〜13は
サイリスタ整流器2〜5と負性抵抗負荷14〜17とを結ぶ
回路中に接続されたサイリスタスイッチであり、7,12は
第1の半導体スイッチ、8,13は第2の半導体スイッチ、
9は第3の半導体スイッチ、10は第4の半導体スイッチ
である。
次に動作を第2図,第3図および第4図について説明
する。なお、同図において、破線は電流方向を示し、サ
イリスタのうち黒塗りしたものは通電状態を、白く抜い
たものは非通電状態を示す。
また、負荷14〜17は負性抵抗特性をもつため、通電初
期には高圧小電流が必要となり、最終通電時には低圧大
電流が必要となる。
よつて、通電初期時は負荷を並列に、最終時には直列
に接続すれば、変圧器1より見た負荷はほぼ一定とな
る。まず、通電初期時においてはサイリスタスイツチ7,
11,12をオンにすると、サイリスタ整流器2、3,4,5が直
流電流を出力し、第2図の破線が示す通電ループで、負
荷14〜17に高電圧小電流を通電する。このとき負荷14〜
17はサイリスタスイツチ7,11,12を介して各サイリスタ
整流器2〜5にそれぞれ独自に接続されている。負荷14
〜17の結晶が成長し、抵抗が下がるに従い、サイリスタ
整流器2〜5が図示しない電流制御回路により電流を調
整し、負荷に見合つた電流を通電してゆくが、直流電圧
が下がるため力率が悪化していく。そこで力率がある値
になつたところで中期通電に移る。中期通電では、サイ
リスタスイツチ8,11,13をオンにする。するとサイリス
タ整流器2,4が直流電流を出力し、第3図の破線が示す
通電ループで、負荷14〜17に電流を通電する。このと
き、負荷14,15と負荷16,17が各1のサイリスタ整流器2
と4にそれぞれ直列に接続され、これらの2つの直列接
続負荷が並列に接続されるのでサイリスタ整流器2,4の
直流出力電圧が初期通電終了時の2倍となり、力率が改
善される。こうして、さらに負荷14〜17の結晶が成長す
るに従い、初期通電の場合と同様にサイリスタ整流器2,
4が図示しない電流制御回路により電流を調整し、直流
電圧が下がるため力率が悪化していく。そこで力率があ
る値になつたところで最終通電に移る。最終通電では、
サイリスタスイツチ6,9,10,13をオンにする。するとサ
イリスタ整流器2,4が直流電流を出力し、第4図の破線
が示す通電ループで、負荷14〜17に電流を通電する。こ
のとき、負荷14〜17はすべて直列に接続されるのでサイ
リスタ整流器2,4の直流出力電圧が中期通電終了時の2
倍となり、力率が改善される。また、サイリスタ整流器
2と4が並列運転されるので、中期通電時の2倍の電流
が出力できる。
この様に、3段階の通電パターンを作り、力率を改善
しながら高電圧小電流より低電圧大電流を発生し、多結
晶半導体を加熱成長させることができる。また、通電パ
ターンの切換えは、サイリスタスイツチ6〜13とサイリ
スタ整流器2〜5の選択的切換動作によつて行なわれる
ので、切換えスピードが早く、この切換えに時間が長く
かかり負荷が冷えてしまうなどということがないほか、
電圧および電流調整にサイリスタを使用しているため、
小形,軽量,メンテナンスフリーである。4巻線変圧器
1を使用しているので省スペースの効果が大である。
なお、上記実施例では、4巻線変圧器を使用する場合
について説明したが、二巻線変圧器を3台使用したり、
三巻線変圧器1台と二巻線変圧器を1台使用したりして
もよく、上記実施例と同様の効果を奏する。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明によれば、サイリスタ整流器
と負性抵抗負荷とを結ぶ回路中に第1から第4の半導体
スイッチを接続し、負性抵抗負荷の通電加熱による抵抗
値の低下に応じて、それら第1から第4の半導体スイッ
チを切換え、サイリスタ整流器に対する負性抵抗負荷の
直列接続数を増加させるように構成したので、上記負荷
の加熱に伴つて簡単な構成にて直流電圧を高く設定で
き、力率改善ができるほか、特殊なタツプ付変圧器重量
の平衡変圧器を用いることなく、小形,軽量,および占
有空間が小さい加熱電源装置を安価に得ることができ
る。また、負荷に直流電力を供給でき、線路や負荷のイ
ンダクタンスやキヤパシタンスによる影響を受けずに、
高精度制御可能な加熱電源装置を得ることができる効果
がある。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例による加熱電源装置の回路
図、第2図は第1図において初期通電時の通電ループを
示す回路図、第3図は同じく中期通電時の通電ループを
示す回路図、第4図は同じく最終通電時の通電ループを
示す回路図、第5図は従来の加熱電源装置の回路図であ
る。 1は電源変圧器、2,3,4,5はサイリスタ整流器、6,7,8,
9,10,11,12,13は半導体スイツチ、14,15,16,17は負性抵
抗負荷。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電源変圧器に接続された複数のサイリスタ
    整流器と、これら隣り合う2個のサイリスタ整流器に対
    応して設けられ、且つ両端がそれぞれのサイリスタ整流
    器の同一極性に接続された直列接続の負性抵抗負荷と、
    上記2組のサイリスタ整流器のもう一方の同一極性同士
    と上記直列接続の負性抵抗負荷の中線とを結ぶ線路中に
    接続された第1の半導体スイッチと、この第1の半導体
    スイッチの上記サイリスタ整流器側の一端と上記直列接
    続の負性抵抗負荷の一端とを結ぶ線路中に接続された第
    2の半導体スイッチと、隣り合う上記直列接続の負性抵
    抗負荷の一端同士を結ぶ線路中に接続された第3の半導
    体スイッチと、隣り合う上記直列接続の負性抵抗負荷の
    うちいずれか一方の他端ともう一方の直列接続の負性抵
    抗負荷側に設けられた上記第1の半導体スイッチの上記
    サイリスタ整流器側の一端とを結ぶ線路中に接続された
    第4の半導体スイッチとを備え、上記負性抵抗負荷の通
    電加熱による抵抗値の低下に応じて、上記第1から第4
    の半導体スイッチを切換え、上記サイリスタ整流器に対
    する上記負性抵抗負荷の直列接続数を増加させることを
    特徴とする加熱電源装置。
  2. 【請求項2】第1から第4の半導体スイッチをサイリス
    タスイッチとしたことを特徴とする特許請求の範囲第1
    項記載の加熱電源装置。
  3. 【請求項3】電源変圧器を4巻線変圧器としたことを特
    徴とする特許請求の範囲第1項記載の加熱電源装置。
  4. 【請求項4】負性抵抗負荷を多結晶半導体としたことを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載の加熱電源装置。
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