DE102015101153A1

DE102015101153A1 - System und Verfahren zum Betrieb eines Last-Stufenschalters

Info

Publication number: DE102015101153A1
Application number: DE102015101153.0A
Authority: DE
Inventors: Piniwan Thiwanka Bandara Wijekoon; Eva-Maria Baerthlein; Simon Schramm; Stefan Schroeder; Ara Panosyan; Rohit Kumar Gupta
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2014-01-27
Filing date: 2015-01-27
Publication date: 2015-07-30
Also published as: US9570252B2; AU2015200119A1; US20150213971A1

Abstract

Ein System zum Betreiben eines Laststufenschalters (OLTC) enthält eine Mehrzahl von Strängen, die mechanische Schalter enthalten. Zumindest ein Strang schaltet von einer ersten Anzapfung auf eine zweite Anzapfung des OLTC auf Empfang eines Stufenumschaltsignals um. Zumindest ein mechanischer Schalter ist aktiviert, um eine elektrische Verbindung zwischen der ersten oder der zweiten Anzapfung und einem Versorgungsanschluss des OLTC herzustellen. Außerdem enthält das System Halbleiterschalter, die parallel zu den mechanischen Schaltern geschaltet sind und im aktivierten Zustand die erste oder die zweite Anzapfung mit dem Versorgungsanschluss elektrisch verbinden. Das System enthält eine Verarbeitungseinheit, die die mechanischen Schalter und die Halbleiterschalter selektiv aktiviert und deaktiviert derart, dass die elektrische Verbindung zwischen zumindest einer der Anzapfungen und dem Versorgungsanschluss während des Übergangs von zumindest einem Strang von der ersten Anzapfung zu der zweiten Anzapfung aufrecht erhalten wird.

Description

Hintergrund
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Spannungsregelung und insbesondere Laststufenschalter die als Spannungsregelungseinrichtungen betrieben werden.
Üblicherweise wird Elektrizität in Kraftwerken großer Kapazität erzeugt, die an ein Übertragungsnetz angeschlossen sind. Elektrische Leistung wird über ein Übertragungssystem über große Entfernungen mit sehr hohen Spannungen übertragen. An Verteilungszwischenstationen wird die Spannung heruntergesetzt und die Leistung wird für unterschiedliche Lasten innerhalb des Verteilungsnetzwerkes bereitgestellt. Die Spannungsregelung in dem Verteilungsnetzwerk wird üblicherweise durch Spannungsregelungseinrichtungen wie etwa Laststufenschalttransformatoren oder Spannungsregler erreicht. Kondensatorbänke werden auch in vielen Anwendungen verbreitet verwendet, um die Spannungsregelung in Verteilungsnetzen zu unterstützen, wo Spannungsabweichungen hauptsächlich durch langsame Veränderungen von mit dem Verteilungssystem verbundenen Lasten verursacht sind. Mit der wachsenden Durchdringung von intermittierenden erneuerbaren Energiequellen, die mit der Verteilungsebene verbunden sind, werden Spannungsabweichungen in Verteilungsnetzen verschärft und treten häufiger auf. Diese Entwicklung erfordert eine höhere Flexibilität in der Netzwerkspannungsregelung, was zu einer erhöhten und extensiveren Verwendung von Spannungsregelungseinrichtungen in Verteilungsnetzen führt.
Spannungsregelungseinrichtungen, wie etwa Laststufenschalttransformatoren, werden verwendet, um eine geregelte Spannung an den Ausgangsanschlüssen bereitzustellen. Laststufenschalttransformatoren enthalten typischerweise wenigstens eine Primärwicklung und wenigstens eine Sekundärwicklung. Die Primärwicklung und Sekundärwicklung enthalten eine Mehrzahl von Windungen. Die Eingangsspannung ist an der Primärwicklung bereitgestellt. Die elektrische Last ist mit den Sekundärwicklungen verbunden. Die magnetische Interaktion zwischen den Primärwicklungen den Sekundärwicklungen bewirkt, dass Energie von der Primärwicklung an die Sekundärwicklung übertragen wird. Transformatoren wandeln die Eingangsspannung (V_ein) an der Primärwicklung in eine Ausgangsspannung (V_aus) an der Sekundärwicklung basierend auf einem Wicklungsverhältnis (T2/T1) der Sekundärwicklungswindungen (T2) gegenüber den Primärwicklungswindungen (T1) um. Die Ausgangsspannung wird basierend auf Gleichung 1 berechnet:
Ein Laststufenschalttransformator hat mehrere Anschlusspunkte, sogenannte „Anzapfungen“, entlang zumindest einer seiner Wicklungen. Mit jeder von diesen Anzapfungspositionen ist eine bestimmte Anzahl von Windungen ausgewählt. Weil die Ausgangsspannung des Laststufenschalttransformators durch das Windungsverhältnis der Primärwicklung gegenüber der Sekundärwicklung bestimmt ist, kann die Ausgangsspannung durch das Auswählen verschiedener Anzapfungen variiert werden. Laststufenschalter (OLTCs) werden verwendet, um die Anzapfungsposition eines Laststufenschalttransformators zu ändern, während dieser energetisiert ist, das heißt, unter Last.
Verschiedene Mechanismen wurden für OLTCs entwickelt, um das Windungsverhältnis der Primärwicklung gegenüber der Sekundärwicklung von Laststufen schaltenden Transformatoren zu ändern. Mehrere Arten von OLTCs, sowohl mechanische, als auch elektronische, sind auf dem Markt verfügbar. Mechanische OLTCs erlauben eine Betätigung während des Betriebes, aber haben anspruchsvolle mechanische Anforderungen. Jeder Stufenänderungsvorgang von mechanischen Laststufenschaltern führt zu einem bestimmten Maß an Lichtbogenbildung zwischen den Anzapfungskontakten und den sich bewegenden Fingerkontakten. Lichtbogenbildung führt zu einer langsamen Verschlechterung des Transformatoröls und beschleunigt den Verschleiß der mechanischen Kontakte. Die Lebensdauer von mechanischen Stufenschaltern ist daher durch die Anzahl von Stufenumschaltvorgängen begrenzt. Konventionelle OLTCs haben jedoch eine relativ lange Lebensdauer von 15 bis 20 Jahren. Dies liegt hauptsächlich in der vergleichsweise geringen Anzahl von Stufenumschaltvorgängen, die erforderlich sind, um langsame Spannungsabweichungen aufgrund von Lasten zu regulieren. Jedoch können heutzutage häufigere Spannungsabweichungen in Verteilungsnetzwerken beobachtet werden, die durch den ansteigenden Anteil von verteilter Erzeugung durch erneuerbare Energiequellen verursacht werden. Daher ist es nötig, dass die OLTCs häufiger als zuvor betätigt werden. Das führt zu viel höheren Instandhaltungsanforderungen und zu einer begrenzten Lebensdauer. Außerdem erfordern mechanische OLTCs Strombegrenzungsinduktivitäten oder Strombegrenzungswiderstände, um den Kurzschlussstrom zu begrenzen, der während eines Anzapfungsumschaltvorganges auftritt. Folglich kann sich ein Bedarf zur Kühlung der Strombegrenzungseinrichtungen aufgrund von häufigen Anzapfungsumschaltereignissen ergeben.
Der Hauptnachteil von mechanischen Laststufenschaltern ist die unvermeidbare Lichtbogenbildung zwischen den Anzapfungskontakten und den sich bewegenden Fingerkontakten, wenn eine Anzapfung umgeschaltet wird. Rein elektronische Laststufenschalter andererseits haben keinerlei sich bewegende mechanische Kontakte. Jeder Anzapfungskontakt ist mit der Last durch einen elektronischen Festkörperschalter verbunden. Die Anzapfungsposition ist durch das Einschalten des entsprechenden elektronischen Schalters (das heißt leitend) gewählt, während alle anderen Schalter ausgeschaltet sind (das heißt nicht leitend). Das Umschalten von einer Anzapfungsposition zu einer anderen ist durch Kommutierung von einem elektronischen Schalter zum nächsten ausgeführt. Die Stromkommutierung ist daher ohne Lichtbogenbildung aufgrund der typischerweise sehr schnellen Umschaltfähigkeiten von Festkörperschaltern erreicht. Obwohl elektronische OLTCs sehr flexibel sind und lichtbogenfrei arbeiten und daher die Instandhaltungsanforderungen verglichen mit mechanischen OLTCs wesentlich reduzieren würden, haben sie auch Nachteile. Der Hauptnachteil sind die hohen Kosten von elektronischen Schaltern. Da ein elektronischer Schalter für jede Anzapfungsposition erforderlich ist, sind die Kosten weiter erhöht, insbesondere wenn die Anzahl der Anzapfungen höher ist. Der zweite Nachteil sind die höheren Leitungsverluste von elektronischen Schaltern verglichen mit mechanischen Kontakten.
Daher besteht ein Bedarf für OLTC-Einrichtungen, die ökonomisch brauchbarer sind, eine geringere Instandhaltung benötigen, weniger Leitungsverluste verursachen und die Flexibilität bereitstellen, um die veränderten Regelungsanforderungen aufgrund des ansteigenden Anteils von intermittierenden erneuerbaren Energiequellen in dem Verteilungsnetz zu erfüllen.
Kurze Beschreibung
Entsprechend einem Ausführungsbeispiel wird ein System zum Betreiben eines Laststufenschalters bereitgestellt. Das System weist eine Mehrzahl von Strängen auf. Zumindest einer der Mehrzahl von Strängen ist auf den Empfang eines Stufenumschaltsignals veranlasst, von einer ersten Anzapfung zu einer zweiten Anzapfung des Laststufenschalters umzuschalten. Jeder Strang enthält einen mechanischen Schalter. Wenn zumindest ein mechanischer Schalter von zumindest einem der Mehrzahl von Strängen eingeschaltet ist, ist eine elektrische Verbindung zwischen der ersten Anzapfung oder der zweiten Anzapfung und einem Versorgungsanschluss des Laststufenschalters hergestellt. Außerdem enthält das System eine Mehrzahl von Halbleiterschaltern. Jeder Halbleiterschalter ist parallel zu den mechanischen Schaltern angeordnet und stellt im aktivierten Zustand eine elektrische Verbindung zwischen der ersten oder der zweiten Anzapfung und dem Versorgungsanschluss des Laststufenschalters bereit. Außerdem enthält das System eine Verarbeitungseinheit, die dazu eingerichtet ist, wahlweise die mechanischen Schalter und die Halbleiterschalter zu aktivieren und zu deaktivieren, derart, dass ein elektrischer Kontakt zwischen der wenigstens einen Anzapfung und dem Versorgungsanschluss aufrechterhalten ist, während der Überführung von zumindest einem Strang von der ersten Anzapfung zu der zweiten Anzapfung ohne einen Kurzschluss zwischen den beiden Anzapfungen zu verursachen.
Die Verarbeitungseinheit des Systems kann außerdem dazu eingerichtet sein: Erzeugen des Stufenumschaltsignals, um den zumindest einen Strang von der ersten Anzapfung zu der zweiten Anzapfung zu bewegen, wenn eine Bedingung zur Stufenumschaltung erfüllt ist; Erzeugen von Aktivierungssignalen für die Halbleiterschalter, wenn das Stufenumschaltsignal erzeugt wird; und Erzeugen einer Mehrzahl von Deaktivierungssignalen für die mechanischen Schalter von dem zumindest einen Strang, der mit der ersten Anzapfung verbunden ist, wenn eine Bedingung zur Stufenumschaltung erfüllt ist.
Das System von irgendeiner oben erwähnten Art kann außerdem ein Strangantriebssystem aufweisen, das dazu eingerichtet ist, das Stufenumschaltsignal von der Verarbeitungseinheit zu empfangen und den zumindest einen Strang zu veranlassen, sich in Richtung der zweiten Anzapfung zu bewegen.
Die Verarbeitungseinheit von irgendeinem oben erwähnten System kann außerdem dazu eingerichtet sein: Erzeugen eines ersten Deaktivierungssignals für die Halbleiterschalter die mit einem ersten Strang von der Mehrzahl der Stränge verbunden sind, der seine Position von der ersten Anzapfung zu der zweiten Anzapfung hin wechselt, bevor der erste Strang von der ersten Anzapfung entkoppelt ist; Erzeugen eines zweiten Deaktivierungssignals für einen oder mehrere der Mehrzahl von Halbleiterschaltern, die mit einem zweiten Strang verbunden sind, sobald der erste Strang mit der zweiten Anzapfung verbunden ist; Erzeugen eines ersten Aktivierungssignals für den mechanischen Schalter, der den ersten Strang mit dem Versorgungsanschluss verbindet, wenn der erste Strang mit der zweiten Anzapfung verbunden ist; Erzeugen eines zweiten Aktivierungssignals für die verbleibenden mechanischen Schalter, die die Mehrzahl von Strängen mit dem Versorgungsanschluss verbinden; und Erzeugen eines dritten Deaktivierungssignals für die Mehrzahl von Halbleiterschaltern.
Das System von irgendeiner oben erwähnten Art kann außerdem zumindest eine Dämpfungseinrichtung aufweisen, die parallel zu der Mehrzahl von Halbleiterschaltern geschaltet ist.
Die Halbleiterschalter von irgendeinem oben erwähnten System können einen bidirektionalen Schalter oder einen unidirektionalen Schalter aufweisen.
Die Halbleiterschalter von irgendeinem oben erwähnten System können einen MOSFET und/oder IGBT und/oder IGCT aufweisen.
Der Laststufenschalter von irgendeinem oben erwähnten System kann einen Rotationsanzapfungsauswahleinrichtung aufweisen.
Der Laststufenschalter von irgendeinem oben erwähnten System kann einen Linearanzapfungsauswahleinrichtung aufweisen.
Entsprechend einem anderen Ausführungsbeispiel ist ein Verfahren zum Betreiben des Laststufenschalters bereitgestellt. Das Verfahren enthält das Deaktivieren von einem oder mehreren mechanischen Schaltern, die mit zumindest einem von einer Mehrzahl von Strängen an einem Ende und einem Versorgungsanschluss an dem anderen Ende verbunden sind, wenn eine Bedingung zur Stufenumschaltung erfüllt ist. Der zumindest eine Strang ist elektronisch mit einer ersten Anzapfung einer Mehrzahl von Anzapfungen des Laststufenschalters verbunden. Außerdem enthält das Verfahren das Aktivieren einer Mehrzahl von Halbleiterschaltern, die parallel zu den mechanischen Schaltern angeordnet sind und mit dem zumindest einen Strang der Mehrzahl von Strängen und dem Versorgungsanschluss verbunden sind, wenn die Bedingung zur Stufenumschaltung erfüllt ist. Außerdem enthält das Verfahren das Bewegen des zumindest einen Stranges der Mehrzahl von Strängen von der ersten Anzapfung zur zweiten Anzapfung hin. Das Verfahren enthält auch das selektive Aktivieren und Deaktivieren der Mehrzahl von Halbleiterschaltern, sowie dass die Halbleiterschalter, die mit einem sich bewegenden Strang verbunden sind, der in elektrischer Verbindung mit zumindest einer Anzapfung steht, in einem aktivierten Zustand sind, und die Halbleiterschalter, die mit einem sich bewegenden Strang verbunden sind, der nicht in elektrischer Verbindung mit irgendeiner Anzapfung steht, in einem deaktivierten Zustand sind. Außerdem enthält das Verfahren auch das Aktivieren des einen oder der mehreren mechanischen Schalter, die mit dem zumindest einen Strang der Mehrzahl von Strängen verbunden sind, der in elektrischer Verbindung mit der zweiten Anzapfung steht.
Das Verfahren kann außerdem aufweisen: Erzeugen einer Mehrzahl von Aktivierungssignalen für die Mehrzahl von Halbleiterschaltern, wenn die Bedingung zur Stufenumschaltung erfüllt ist; und Erzeugen von Deaktivierungssignalen für die mechanischen Schalter, wenn die Bedingung zur Stufenumschaltung erfüllt ist.
Das Verfahren irgendeiner oben erwähnten Art kann enthalten, dass das selektive Aktivieren und Deaktivieren ferner aufweist: Erzeugen eines ersten Deaktivierungssignals für die Halbleiterschalter, die mit einem ersten Strang der Mehrzahl von Strängen verbunden sind, der seine Position von der ersten Anzapfung zu der zweiten Anzapfung hin ändert, bevor der erste Strang von der ersten Anzapfung entkoppelt ist; Erzeugen eines zweiten Deaktivierungssignals für einen oder mehrere der Mehrzahl von Halbleiterschaltern, die mit einem zweiten Strang verbunden sind, sobald der erste Strang mit der zweiten Anzapfung verbunden ist; Erzeugen eines ersten Aktivierungssignals für den mechanischen Schalter, der den ersten Strang mit dem Versorgungsanschluss verbindet, wenn der erste Strang mit der zweiten Anzapfung verbunden ist; Erzeugen eines zweiten Aktivierungssignals für die verbleibenden mechanischen Schalter, die die Mehrzahl von Strängen mit dem Versorgungsanschluss verbinden; und Erzeugen eines dritten Deaktivierungssignals für die Mehrzahl von Halbleiterschaltern.
Das Verfahren von irgendeiner oben erwähnten Art kann enthalten, dass das das selektive Aktivieren und Deaktivieren ferner aufweist: Erzeugen eines ersten Aktivierungssignals für einen oder mehrere der Mehrzahl von Halbleiterschaltern, die mit einem ersten Strang der Mehrzahl von Strängen verbunden sind, wenn der erste Strang mit der zweiten Anzapfung verbunden ist; Erzeugen eines ersten Deaktivierungssignals für einen oder mehrere der Mehrzahl von Halbleiterschaltern, die mit einem zweiten Strang verbunden sind, sobald der erste Strang mit der zweiten Anzapfung verbunden ist, wobei der zweite Strang mit der ersten Anzapfung verbunden ist; und Erzeugen eines zweiten Aktivierungssignals für den mechanischen Schalter, der den ersten Strang mit dem Versorgungsanschluss verbindet.
Das Verfahren von irgendeiner oben erwähnten Art kann außerdem das Erzeugen eines zweiten Deaktivierungssignals für die Mehrzahl von Halbleiterschaltern aufweisen.
Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden durch die nachfolgende detailliertere Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen offenbar, die beispielhaft die Prinzipien von bestimmten Aspekten der Offenbarung illustrieren.
Zeichnungen:
1 veranschaulicht eine typische Spannungsregelungseinrichtung mit einem Auswahlschalter nach Art eines mechanischen Laststufenschalters (OLTC);
2 veranschaulicht einen Rotations-OLTC, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3 veranschaulicht eine Umschaltsequenz von mechanischen Schaltern und Halbleiterschaltern eines OLTCs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
4 veranschaulicht einen Linear-OLTC gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
5a und 5b veranschaulichen eine Umschaltsequenz von mechanischen Schaltern und Halbleiterschaltern eines Linear-OLTCs gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
6 veranschaulicht ein Verfahren zum Betreiben eines OLTC gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung
Es wird nachfolgend im Detail Bezug genommen auf beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, von denen Beispiele in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht sind. Wo immer es möglich ist, beziehen sich die durchgängig durch die Zeichnungen verwendeten Bezugszeichen auf dieselben oder gleichartige Teile.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung stellen ein System und ein Verfahren zum Betreiben eines Laststufenschalters bereit, wie er zur Spannungsregelung durch Umschalten der Verbindungen von einer Anzapfung zu einer anderen in Spannungsregeleinrichtungen, wie etwa Laststufenschalttransformatoren oder Spannungsreglern verwendet wird. Die folgende Beschreibung ist auf die Verwendung von Laststufenschaltern in Transformatoren fokussiert. Jedoch können diese Laststufenschalter auch in irgendeiner anderen Spannungsregeleinrichtung mit Anzapfungen verwendet werden. Allgemein werden Stufentransformatoren in Übertragungs- und Verteilungssystemen verwendet, um Netzwerke mit unterschiedlichen Spannungsniveaus zu verbinden. Sie enthalten eine Mehrzahl von Primärwindungen und eine Mehrzahl von Sekundärwindungen und eine Stufenumschalteinrichtung. Die Stufenumschalteinrichtung erlaubt eine selektive Verbindung mit verschiedenen Transformatoranzapfungen und ermöglicht daher das Windungsverhältnis (T₂/T₁) zu variieren und dabei die Ausgangsspannung (V_aus) zu regeln. Die Stufenumschalteinrichtung enthält eine Mehrzahl von elektrisch leitenden Strängen, die eine elektrische Verbindung zwischen einer ausgewählten Anzapfung und dem Lastanschluss des Last-Stufentransformators herstellen. Wenn eine Veränderung in der Systemlast auftritt und die Systemspannung außerhalb eines zulässigen Spannungsbandes liegt, löst eine Steuerung einen Stufenumschaltvorgang aus und die elektrisch leitenden Stränge werden von einer Anzapfung zu einer anderen bewegt. Das System und das Verfahren zum Betreiben von Laststufenschaltern (OLTCs), gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung, unterstützt das Eliminieren der Lichtbogenbildung während des Übergangs der Stränge von einer Anzapfung zu einer anderen. Die vorliegende Erfindung stellt ein System bereit, das eine Mehrzahl von mechanischen Schaltern und eine Mehrzahl von Halbleiterschaltern aufweist. Wenn die Stränge mit einer Anzapfung verbunden sind, werden die mechanischen Schalter, die mit den Strängen verbunden sind, aktiviert, um einen Strompfad von der Anzapfung zu dem Versorgungsanschluss herzustellen. Auf den Empfang eines Stufenumschaltsignals werden die Halbleiterschalter aktiviert. In einem aktivierten Zustand, stellen die Halbleiterschalter einen Strompfad zwischen den Anzapfungen und dem Versorgungsanschluss der Spannungsregeleinrichtung her. Bevor die Stränge beginnen, sich von einer ersten Anzapfung zu einer zweiten Anzapfung zu bewegen, werden die mechanischen Schalter wie auch die Halbleiterschalter in dem Strang, der die Verbindung zuerst unterbricht, deaktiviert. Die Halbleiterschalter sind dazu eingerichtet, den Strom von der ersten Anzapfung zu der zweiten Anzapfung ohne Lichtbogenbildung zu kommutieren. Außerdem werden die mechanischen Schalter aktiviert und die Halbleiterschalter werden deaktiviert, wenn die Stränge mit der zweiten Anzapfung verbunden sind. Das System und das Verfahren kann bei Spannungsregeleinrichtungen realisiert werden, die Anzapfungen und Stränge zum Wechsel zwischen den Anzapfungen aufweisen. Einrichtungen zum Übergang zwischen Anzapfungen können Rotationseinrichtungen wie auch Lineareinrichtungen aufweisen. Das System zum Betreiben von OLTCs gemäß den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung wurde in Bezug auf Linearumschalteinrichtungen wie auch Rotationsumschalteinrichtungen beschrieben. Jedoch kann das Betriebssystem auch mit anderen bekannten Stufenumschalteinrichtungen gekoppelt werden.
1 zeigt eine Spannungsregeleinrichtung mit einem OLTC 100 nach dem Stand der Technik. Die Einrichtung 100 enthält zumindest eine Primärwicklung 102 und zumindest eine Sekundärwicklung 104. Eine Eingangsquelle, wie etwa ein elektrisches Netz oder eine Batterie, kann mit zumindest einer der Primärwicklungen 102 oder der Sekundärwicklungen 104 verbunden sein. Eine elektrische Last 106 ist mit der Sekundärwicklung 104 verbunden, wenn die Eingangsquelle mit der Primärwicklung 102 verbunden ist. Die Einrichtung 100 kann auch eine Mehrzahl von Anzapfungen 108 und 110 aufweisen. Die Anzapfungen 108 und 110 sind dazu eingerichtet, eine elektrische Verbindung zwischen einer der Sekundärwicklungen 104 und der elektrischen Last 106 herzustellen. Die Anzapfungen 108 und 110 sind mit der elektrischen Last über eine Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Strängen (A, B und C) 112 verbunden. Nach einem Ausführungsbeispiel können die Stränge A und C als Überbrückungsstränge und der Strang B als stationär kontinuierlich leitender Strang arbeiten. Außerdem kann die Einrichtung 100 auch eine Mehrzahl von Überbrückungselementen 114 und 116 aufweisen. Die Überbrückungselemente 114 und 116 sind mit den Strängen 112, z.B. mit den Strängen A und C verbunden, und sind parallel zu dem stationär kontinuierlich leitenden Strang B angeordnet und in Reihe zwischen den Anzapfungen 108 und 110 und der elektrischen Last 106 angeordnet. Die Überbrückungselemente 114 und 116 können Widerstandselemente oder Drosselelemente oder eine Kombination von beidem aufweisen. Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel sind Widerstandselemente als Überbrückungselemente 114 und 116 vorhanden.
Die Stränge 112 können von einer Anzapfung 108 zu einer anderen Anzapfung 110 mit Hilfe von manuellen wie auch von automatischen Übergangseinrichtungen übergehen. Automatische Übergangseinrichtungen können Rotations- wie auch Linearübergangseinrichtungen enthalten. Rotationsübergangseinrichtungen umfassen das Auswählen von Anzapfungen, die in kreisförmiger Art angeordnet sind, durch das Bewegen von Strängen 112 mit Hilfe von elektrischen Motoren und einer Antriebsgetriebeanordnung. Lineare Übergangseinrichtungen enthalten Stränge 112, die mit Schleifkontakten verbunden sind, die mit den Anzapfungen 108 und 110 gekoppelt sind. Die Schleifkontakte werden mit Hilfe von elektrischen Motoren und Antriebsgetrieben bewegt, um die Stränge mit unterschiedlichen Anzapfungen 108 und 110 zu verbinden.
Die Überbrückungsstränge A und C enthalten Strombegrenzungselemente und im stationären Zustand werden vernachlässigbare oder keine Ströme durch sie geleitet, während der Strang B den überwiegenden stationären Strom leitet. Während des Betriebes, wenn ein Stufenumschaltsignal empfangen wird, werden der Strang B und die Überbrückungsstränge A und C in Richtung der nächsten ausgewählten Anzapfung 110 bewegt. Bevor der leitende Strang B von der ersten Anzapfung 108 getrennt wird, wird der Strang A mit der ersten Anzapfung 108 verbunden. Dann unterbricht der Strang B die Verbindung mit der ersten Anzapfung, was zu einer Lichtbogenbildung führt. Während der Strang A immer noch in Verbindung mit der Anzapfung 108 steht, stellt der Strang C eine Verbindung mit der Anzapfung 110 her. In diesem Zustand ist eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Anzapfungen 108 und 110 hergestellt. Jedoch wird der Kurzschlussstrom durch die Überbrückungselemente 114 und 116, die mit den Strängen A und C verbunden sind, begrenzt. Eventuell stellt der leitende Strang B eine Verbindung mit der Anzapfung 110 her und die Stränge mit den beiden Überbrückungselementen 114 und 116 werden in den Leerlauf gebracht, wodurch der Stufenumschaltvorgang abgeschlossen wird. Der Stufenumschaltvorgang führt zu signifikanten Energieverlusten in den Überbrückungselementen 114 und 116 und zur Wärmeerzeugung. Die Lichtbogenbildung führt zu einer Verschlechterung der elektrischen Kontakte und zu Instandhaltungsproblemen.
2 veranschaulicht einen Rotationstyp-OLTC 200 nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Rotationstyp-OLTC nach 2 ist mit einem Transformator verbunden. Der Transformator, wie in 1 veranschaulicht, enthält auch zumindest eine Primärwicklung (nicht dargestellt), zumindest eine Sekundärwicklung 234 und eine Mehrzahl von Anzapfungen 202, 204 und 206. Die Anzapfungen 202, 204 und 206 sind mit einer Wicklung des Transformators verbunden. Das System 200 enthält außerdem eine Mehrzahl von leitenden Strängen 208 und 210. Die Stränge 208 und 210 sind parallel zueinander angeordnet und mit einem Versorgungsanschluss 212 an einem Ende verbunden und dazu eingerichtet, mit einer der Anzapfungen 202, 204 und 206 an dem anderen Ende verbunden zu werden. Die Stränge 208 und 210 können aus elektrisch leitendem Material wie etwa aus Metallen hergestellt sein.
Das System 200 weist außerdem eine Mehrzahl von mechanischen Nulllastschaltern 214 und 216 auf. Die mechanischen Nulllastschalter 214 und 216 sind jeweils mit den Strängen 208 bzw. 210 verbunden. Außerdem verbinden die mechanischen Schalter 214 und 216 auch die Stränge 208 und 210 mit dem Versorgungsanschluss 212. Die mechanischen Schalter 214 und 216 sind so angeordnet, dass sie parallel zueinander geschaltet sind und einen gemeinsamen Verbindungspunkt 218 aufweisen, der mit dem Versorgungsanschluss 212 verbunden ist. Die mechanischen Schalter 214 und 216 stellen in einem leitenden/aktivierten Zustand einen Strompfad zwischen der Anzapfung 202 oder 204 oder 206 und dem Versorgungsanschluss 212 her. Wenn die Stränge 208 und 210 mit einer der Anzapfungen 202 oder 204 oder 206 verbunden sind und die Schalter 214 und 216 aktiviert sind, wird der von der verbundenen Anzapfung fließende Strom durch die Stränge 208 und 210 über zwei parallele Strompfade geleitet, die durch die Schalter 214 und 216 gebildet sind und wird dem Versorgungsanschluss über den gemeinsamen Verbindungspunkt 218 zugeführt.
Das System enthält auch eine Mehrzahl von Halbleiterschaltern 220, 222, 224 und 226. Entsprechend Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung bilden Halbleiterschalterpaare 220, 222 und 224, 226 bidirektionale steuerbare Halbleiterschalter. Beispiele von vollständig steuerbaren Halbleiterschaltern 220, 222, 224 und 226 enthalten, sind aber nicht beschränkt auf z.B., Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (IGBTs), Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) oder andere Feldeffekttransistoren (FETs), GTO-Thyristoren, Thyristoren mit isolierter Gate-Kommutierung (IGCTs) oder Transistoren mit injektionsverbessertem Gate (IEGTs) oder Kombinationen davon. Die Materialien von solchen Schaltern können z.B. Silizium, Siliziumkarbid, Galliumnitrid, Galliumarsenid oder Kombinationen davon aufweisen. Die Halbleiterschalter 220, 222, 224 und 226 sind so angeordnet, um eine Mehrzahl von Zweigen 236 und 238 zu bilden. Jeder Zweig 236 und 238 der Halbleiterschalter kann eine gleiche Anzahl von Halbleiterschaltern aufweisen und ist parallel zu den anderen Zweigen der Halbleiterschalter und zu den mechanischen Schaltern 214 und 216 geschaltet. Die Halbleiterschalter 220, 222, 224 und 226 sind dazu eingerichtet, sich in einem leitenden Zustand zu befinden, wenn sie mit Gate-Signalen angemessener Höhe aktiviert werden. Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel sind die Halbleiterschalter 220, 222, 224 und 226 in zwei Zweige unterteilt, die parallel zueinander geschaltet sind. Jeder Zweig ist mit einem der Stränge 208 und 210 an einem Ende verbunden und ist mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt 218 mit dem anderen Ende verbunden. Die Halbleiterschalter 220, 222, 224 und 226 sind somit parallel zu den mechanischen Schaltern 214 und 216 angeordnet.
Das System enthält eine Verarbeitungseinheit 228. Die Verarbeitungseinheit 228 ist mit den mechanischen Schaltern 214 und 218 sowie den Halbleiterschaltern 220, 222, 224 und 226 verbunden und ist dazu eingerichtet, Aktivierungs- und Deaktivierungssignale für die Schalter 214, 216, 220, 222, 224 und 226 bereitzustellen. Die Verarbeitungseinheit 228 kann auch dazu eingerichtet sein, ein Stufenumschaltsignal zu erzeugen, wenn die geregelte Spannung bei 212 außerhalb einer zulässigen Bandbreite liegt. Die Verarbeitungseinheit 228 ist dazu eingerichtet, das Stufenumschaltsignal an ein Strangantriebssystem 232 zu übermitteln, das mit der Mehrzahl von Strängen 208 und 210 verbunden ist. Das Strangantriebssystem 232, gemäß anderen Ausführungsbeispielen, kann Schalter enthalten, die mit elektrischen Motoren und Getriebeanordnungen verbunden sind. Das Stufenumschaltsignal, das von der Verarbeitungseinheit 228 erzeugt wird, wird dem Strangantriebssystem 232 zur Verfügung gestellt. Dann wird elektrische Energie für die elektrischen Motoren bereitgestellt, die anfangen, die Getriebeanordnung anzutreiben. Die Getriebeanordnung kann mit der Mehrzahl von Strängen 208 und 210 verbunden sein. Aufgrund der Bewegung der Getriebeanordnung beginnen sich die Mehrzahl der Stränge 208 und 210 in einer vorgegebenen Richtung zu bewegen, um sich mit einer anderen Anzapfung der Spannungsregeleinrichtung zu verbinden.
Die Verarbeitungseinheit 228 ist dazu eingerichtet, die Halbleiterschalter 220, 222, 224 und 226 während des Übergangs der Stränge 208 und 210 von einer Anzapfung zu einer anderen, z.B. von der ersten Anzapfung zu der zweiten Anzapfung 204, wahlweise zu aktivieren und zu deaktivieren. Die Verarbeitungseinheit 228 aktiviert zumindest einen Halbleiterschalter 220, 222, 224 und 226 des Zweiges 236 oder des Zweiges 238, der mit irgendeiner der Anzapfungen 202 oder 204 verbunden ist. Die Verarbeitungseinheit 228 ist außerdem dazu eingerichtet, die verbleibenden Halbleiterschalter deaktiviert zu halten. Das Schaltmuster der Halbleiterschalter 220, 222, 224 und 226 ist durch die Verarbeitungseinheit 228 bestimmt, um eine Lichtbogenbildung während des Übergangs der Stränge 208 und 210 zu vermeiden. Die Verarbeitungseinheit 228 ist dazu eingerichtet, das Stufenumschaltsignal zu unterbrechen und die mechanischen Schalter 214 und 216 werden zur Herstellung der definierten Strompfade aktiviert, wenn der Übergang der Stränge 208 und 210 von einer Anzapfung zu einer anderen abgeschlossen ist und die Mehrzahl der Stränge 208 und 210 nur mit einer der Anzapfungen 202 oder 204 oder 206 verbunden ist.
Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel sind die Stränge 208 und 210 mit der ersten Anzapfung 202 verbunden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel sind bei stationären Betriebsarten des OLTC die mechanischen Schalter 214 und 216 in einem aktivierten Zustand und die Halbleiterschalter 220, 222, 224 und 226 in einem deaktivierten Zustand. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel von stationären Betriebsarten können die Schalter 214 und 216 und die Halbleiterschalter 220, 222, 224 und 226 in einem aktivierten Zustand sein. Die mechanischen Schalter stellen einen Strompfad von der ersten Anzapfung 202 zu dem Versorgungsanschluss 212 bereit. Die Spannung am Versorgungsanschluss 212 ist proportional zum Verhältnis der Primärwicklungswindungen und der Anzahl von Sekundärwicklungswindungen, die durch die erste Anzapfung 202 ausgewählt wurden. Entsprechend bestimmten Ausführungsbeispielen kann die durch die Spannungsregeleinrichtung abgegebene Leistung dazu verwendet werden, eine elektrische Last mit Energie zu versorgen, die mit dem Versorgungsanschluss 212 verbunden ist. Wenn sich die Spannungsanforderung der elektrischen Last ändert oder die erforderliche Spannung außerhalb einer zulässigen Bandbreite liegt, ist die Verarbeitungseinheit 228 dazu eingerichtet, ein Stufenumschaltsignal zu erzeugen. Auf den Empfang des Stufenumschaltsignales werden die mechanischen Schalter 214 und 216 deaktiviert und die Halbleiterschalter 220, 222, 224 und 226 werden aktiviert. Nachdem der Zweig 238 mit den Halbleiterschaltern 224 und 226 deaktiviert wurde, beginnen sich die Stränge 208 und 210 in Richtung zu der zweiten Anzapfung, z.B. zu der Anzapfung 204, hin zu bewegen. Während des Übergangs der Stränge 208 und 210 von der ersten Anzapfung 202 zu der zweiten Anzapfung 204, werden die Halbleiterschalter 220, 222, 224 und 226 wahlweise aktiviert und deaktiviert, so dass zumindest die erste Anzapfung 202 oder die zweite Anzapfung 204 elektrisch mit dem Versorgungsanschluss 212 verbunden und eine Lichtbogenbildung vermieden ist. Das selektive Aktivieren und Deaktivieren der Halbleiterschalter 220, 222, 224 und 226 wird detaillierter in Verbindung mit 3 erläutert.
Die Verarbeitungseinheit 228 kann ferner dazu eingerichtet sein, zu detektieren, wenn beide Stränge 208 und 210 die zweite Anzapfung 204 erreicht haben. Die Verarbeitungseinheit 228 kann auch dazu eingerichtet sein, die mechanischen Schalter 214 und 216 zu aktivieren und die Halbleiterschalter 220, 222, 224 und 226 zu deaktivieren, wenn die Stränge 208 und 210 in Verbindung mit der zweiten Anzapfung 204 gelangen. Somit stellen die mechanischen Schalter 214 und 216 den Strompfad von der Anzapfung 204 zu dem Versorgungsanschluss 212 bereit.
Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel kann das System zum Betrieb auch eine Dämpfungseinrichtung 230 aufweisen. Die Dämpfungseinrichtung 230 ist dazu eingerichtet, die Halbleiterschalter 220, 222, 224 und 226 und die mechanischen Schalter 214 und 216 vor Überspannungen aufgrund von Stromunterbrechungen durch die Streuinduktivität der Anzapfung während eines Stufenwechsels zu schützen. Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist die Dämpfungseinrichtung 230 ein kapazitives Element. Andere Beispiele für Dämpfungseinrichtungen 230 enthalten, sind aber nicht beschränkt auf, RC-Dämpfer und Metall-Oxid-Varistoren. Das kapazitive Element ist dazu eingerichtet, Energiestöße, die während des Übergangs der Stränge von der Anzapfung zum Versorgungsanschluss 212 fließen, zu speichern, und die gespeicherte Energie abzugeben, wenn die Stränge 208 und 210 von der ersten Anzapfung 202 zu der zweiten Anzapfung 204 übergegangen sind. Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist die Dämpfungseinrichtung 230 parallel zu den Strangabschnitten 236 und 238 geschaltet. Bei anderen Ausführungsbeispielen können eine Mehrzahl von Dämpfungseinrichtungen zum Schutz der Halbleiterschalter 220, 222, 224 und 226 verwendet werden. Z.B. kann eine Dämpfungseinrichtung parallel zu jedem der Zweige 236 und 238 geschaltet sein. Außerdem können bei anderen Ausführungsbeispielen eine oder mehrere Dämpfungseinrichtungen parallel zu jedem Halbleiterschalter 220, 222, 224 und 226 geschaltet sein.
3 veranschaulicht eine Schaltsequenz für die mechanischen Schalter 214 und 216 und die Halbleiterschalter 220, 222, 224 und 226 in dem System nach 2 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Verarbeitungseinheit, wie etwa die Verarbeitungseinheit 228, ist dazu eingerichtet, die Halbleiterschalter 220, 222, 224 und 226 selektiv zu aktivieren und zu deaktivieren, wenn sich die Stränge 208 und 210 von einer Anzapfung zu einer anderen bewegen. Bei 302, wenn die Stränge 208 und 210 mit der ersten Anzapfung 202 verbunden sind, sind die mechanischen Schalter 214 und 216 in einem aktivierten Zustand und die Halbleiterschalter 220, 222, 224 und 226 sind deaktiviert. Die Strompfade 328 und 330, die durch die mechanischen Schalter 214 und 216 gebildet sind, verbinden die Anzapfung 202 mit dem Versorgungsanschluss 212. Wenn eine Bedingung zur Stufenumschaltung durch die Verarbeitungseinheit detektiert wurde, bei 304, werden die Halbleiterschalter 220, 222, 224 und 226 aktiviert. Die Halbleiterschalter 220, 222, 224 und 226 werden durch das Bereitstellen von Gate-Signalen für jeden Halbleiterschalter 220, 222, 224 und 226 aktiviert. Das Aktivieren der Halbleiterschalter 220, 222, 224 und 226 führt zur Erzeugung von zwei zusätzlichen Strompfaden 332 und 334. Bei 306 werden die mechanischen Schalter 214 und 216 deaktiviert und die Strompfade 332 und 334 werden verwendet, um die Anzapfung 202 mit dem Versorgungsanschluss 212 zu verbinden. Bei 308 wird ein Zweig der Halbleiterschalter 224 und 226 deaktiviert, der mit dem in Bewegungsrichtung angeordneten Strang verbunden ist, das heißt mit dem Strang, der als erster von der aktuellen Anzapfung 202 getrennt wird.
Die Verarbeitungseinheit ist außerdem dazu eingerichtet, ein Stufenumschaltsignal zu erzeugen als Antwort auf den Zustand zum Stufenwechsel. Das Stufenumschaltsignal wird dem Strangantriebssystem der Stränge 208 und 210 bereitgestellt. Das Stufenumschaltsignal veranlasst die Stränge 208 und 210 einen Übergang von der ersten Anzapfung 202 zu der zweiten Anzapfung zu starten, wie es bei 308 veranschaulicht ist, wo die Stränge 208 und 210 ihren Übergang in die durch den Pfeil 336 dargestellte Richtung zu beginnen. Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel beginnen die Stränge 208 und 210 sich von der ersten Anzapfung 202 zu der zweiten Anzapfung 204 zu bewegen. Bei dem Ausführungsbeispiel ist die resultierende Spannung am Versorgungsanschluss 212 höher, wenn die Stränge mit der zweiten Anzapfung 204 verbunden sind, als wenn die Stränge mit der ersten Anzapfung 202 verbunden sind. Bei 310 wird der Strang 210 von der ersten Anzapfung 202 getrennt. Der von der ersten Anzapfung 202 fließende Strom wird dem Versorgungsanschluss über den Strompfad 332 bereitgestellt, der durch den Strang 208 und die aktivierten Halbleiterschalter 220 und 222 gebildet ist. Bei 312 gelangt der Strang 210 in Kontakt mit der zweiten Anzapfung 204. Bei 314, nachdem der Strang 210 mit der zweiten Anzapfung 204 verbunden wurde, aktiviert die Verarbeitungseinheit zumindest einen Halbleiterschalter, der mit dem Strang 210 verbunden ist. Bei einem Ausführungsbeispiel aktiviert die Verarbeitungseinheit zumindest einen der Halbleiterschalter 224 und 226 unmittelbar nachdem der Strang 210 in Kontakt mit der Anzapfung 204 gelangt ist. Bei anderen Ausführungsbeispielen aktiviert die Verarbeitungseinheit einen der Halbleiterschalter 224 und 226 nach einem Zeitintervall nachdem der Strang 210 und die Anzapfung 204 in Kontakt gelangt sind. Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel aktiviert die Verarbeitungseinheit den Halbleiterschalter 226, der mit dem Strang 210 verbunden ist. Bei 316, wenn der Strang 208 immer noch mit der ersten Anzapfung 202 verbunden ist, wird zumindest ein Halbleiterschalter, der mit dem Strang 208 verbunden ist, deaktiviert. Wie in 3 veranschaulicht ist, wird der Halbleiterschalter 222 deaktiviert. Bei 316 ist der Strang 208 mit der ersten Anzapfung 202 verbunden, der Strang 210 ist mit der zweiten Anzapfung 204 verbunden und die Halbleiterschalter 220 und 226 sind in ihrem aktivierten Zustand.
Bei 318 aktiviert die Verarbeitungseinheit den Halbleiterschalter 224. Bei 320 deaktiviert die Verarbeitungseinheit den Halbleiterschalter 220, so dass der Strompfad durch den Strang 208 unterbrochen ist. Beide Halbleiterschalter 220 und 222, die mit dem Strang 208 verbunden sind, sind deaktiviert, wenn der Strang 208 von der ersten Anzapfung 202 getrennt wird. Zur gleichen Zeit werden beide Halbleiterschalter 224 und 226 aktiviert und der Laststrom ist umgelenkt, um durch den Strompfad 334 zu fließen. Bei 322 gelangt der Strang 208 in Kontakt mit der zweiten Anzapfung 204 und der mechanische Schalter 216 wird aktiviert. Bei 324, wenn beide Stränge 208 und 210 mit der zweiten Anzapfung 204 verbunden sind, stoppt die Verarbeitungseinheit das Stufenumschaltsignal. Das Unterbrechen des Stufenumschaltsignals deaktiviert das Strangantriebssystem, was wiederum Stränge 208 und 210 von einer Bewegung abhält. In diesem Moment werden die Halbleiterschalter 220 und 222 und der mechanische Schalter 214 aktiviert. An dieser Stelle sind die Halbleiterschalter 220, 222, 224 und 226 sowie die mechanischen Schalter 214 und 216 in einem aktivierten Zustand und der Laststrom ist auf die Strompfade 328, 330, 332 und 334 verteilt. Bei 326 werden die Halbleiterschalter 220, 222, 224 und 226 deaktiviert und die zweite Anzapfung 204 und der Versorgungsanschluss 212 sind über die Strompfade 328 und 330, die durch die mechanischen Schalter 214 und 216 gebildet sind, verbunden.
Die veranschaulichte Schaltsequenz zur Kommutierung des Stroms vom Strompfad 332 auf 334 wird als 4-Schritt-Stromkommutierung bezeichnet. Der 4-Schritt-Stromkommutierungsvorgang enthält Sequenzschritte 312 bis 320 in welchen die Halbleiterschalter 220, 222, 224 und 226 selektiv aktiviert und deaktiviert werden, um den Strompfad von der ersten Anzapfung 202 zu der zweiten Anzapfung 204 zu ändern. Die 4-Schritt-Stromkommutierung kann auf dem Vergleich von Spannungswerten zwischen den Spannungen an den beiden Anzapfungen oder auf der Richtung des Stroms durch den Versorgungsanschluss 212 basieren. Die veranschaulichte Sequenz basiert auf einem Vergleich zwischen dem Spannungswert an der ersten Anzapfung 202 und dem Spannungswert an der zweiten Anzapfung 204.
Gemäß anderen Ausführungsbeispielen kann die Schaltsequenz für die Halbleiterschalter 220, 222, 224 und 226 einen 2-Schritt-Stromkommutierungsvorgang aufweisen, um den Strom von der ersten Anzapfung 202 zu der zweiten Anzapfung 204 zu kommutieren. Der 2-Schritt-Stromkommutierungsvorgang basiert auf der Kenntnis sowohl von der Spannungsdifferenz zwischen der ersten Anzapfung 202 und der zweiten Anzapfung 204, als auch auf der Stromrichtung am Versorgungsanschluss 212. Während in den vorstehenden Absätzen zwei Verfahren beschrieben sind, kann es für den Fachmann ersichtlich sein, dass andere Abwandlungen der Schaltsequenz auch umgesetzt werden können, um die Halbleiterschalter selektiv zu aktivieren und zu deaktivieren, um eine lichtbogenfreie, kurzschlussfreie und unun-terbrochene Stromkommutierung vom Strang 208 zu dem Strang 210 zu erreichen.
4 veranschaulicht einen linear-OLTC 400, der dazu eingerichtet ist, eine Spannungsregeleinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zu betätigen. Der Stufenschalter 400 enthält eine Mehrzahl von Anzapfungen, wie etwa Anzapfungen 402 und 404, eine Mehrzahl von Strängen 406 und 408, eine Mehrzahl von mechanischen Schaltern 410 und 412, einen Versorgungsanschluss 414, eine Mehrzahl von Halbleiterschaltern 416, 418, 420 und 422, einen gemeinsamen Verbindungspunkt 424, eine Verarbeitungseinheit 426 und eine Dämpfungseinrichtung 428. Die Mehrzahl von Anzapfungen 402 und 404 stellen ein gewünschtes Windungsverhältnis zwischen der Primärwicklung und der Sekundärwicklung des Transformators (nicht dargestellt) bereit, wenn sie mit dem Versorgungsanschluss 414 verbunden sind. Die Mehrzahl von Strängen 406 und 408 ist dazu eingerichtet, mit einem der Mehrzahl von Anzapfungen 402 und 404 verbunden zu werden. Die mechanischen Schalter 410 und 412 sind mit den betreffenden Strängen 406 und 408 verbunden. Die Stränge mit den mechanischen Schaltern 410 und 412 sind mit einem gemeinsamen Verbindungspunkt 424 verbunden, der außerdem mit dem Versorgungsanschluss 414 verbunden ist. Die Verarbeitungseinheit 426 ist dazu eingerichtet, den Bedarf auf einen Stufenumschaltvorgang zu detektieren, wenn die geregelte Spannung außerhalb eines erlaubten Spannungsbandes liegt. Basierend auf dem aktuellen Wert der geregelten Spannung aktiviert die Verarbeitungseinheit 426 entweder den Schalter 410 oder den Schalter 420, um eine der Anzapfungen 402 oder 404 mit dem Versorgungsanschluss 414 zu verbinden. Z.B. ist beim veranschaulichten Ausführungsbeispiel die erste Anzapfung 402 der Einrichtung 400 ausgewählt. In einem solchen Fall ist der Schalter 410, der mit dem Strang 406 verbunden ist, der mit der Anzapfung 402 verbunden ist, aktiviert.
Wenn die geregelte Spannung außerhalb eines erlaubten Spannungsbandes liegt, wird durch die Verarbeitungseinheit 426 ein Stufenumschaltsignal erzeugt, das dazu eingerichtet ist, die Stränge 406 und 408 zu bewegen, um eine geeignete Anzapfung mit den Versorgungsanschluss 414 zu verbinden. Die Verarbeitungseinheit 426 ist dazu eingerichtet, das Stufenumschaltsignal an ein Strangantriebssystem 430 zu übertragen. Das Strangantriebssystem 430 ist mechanisch mit den Strängen 406 und 408 verbunden. Wenn das Strangantriebssystem 430 das Stufenumschaltsignal empfängt, veranlassen elektrische Einrichtungen eine Getriebeanordnung des Antriebssystems 430, sich zu bewegen. Die Getriebeanordnung wiederum veranlasst die Stränge 406 und 408, sich in einer bestimmten Richtung zu bewegen. Z.B. kann das Stufenumschaltsignal angeben, die zweite Anzapfung 404 mit dem Versorgungsanschluss 414 zu verbinden. Bei einem solchen Ausführungsbeispiel leitet der Strang 408 zu der zweiten Anzapfung 404 während der mechanische Schalter 412 noch deaktiviert ist und der Strom fließt durch den mechanischen Schalter 410. Nach dem Herstellen einer Verbindung zwischen dem Strang 408 und der Anzapfung 404 wird der mechanische Schalter 412 aktiviert, der mit dem Strang 408 verbunden ist. Außerdem wird der Schalter 410, der mit dem Strang 406 verbunden ist, deaktiviert. Die Verarbeitungseinheit 426 ist dazu eingerichtet, die Halbleiterschalter 416, 418, 420 und 422 selektiv zu aktivieren und zu deaktivieren, während des Übergangs der Stränge von der Anzapfung 402 zu der Anzapfung 404, um den Strom von einer Anzapfung zu einer anderen ohne Lichtbogenbildung und ohne Unterbrechung des Laststromes zu kommutieren.
5a und 5b veranschaulichen eine Schaltsequenz der mechanischen Schalter 410 und 412 und der Halbleiterschalter 416, 418, 420 und 422 in dem System nach 4 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Verar-beitungseinheit, wie etwa die Verarbeitungseinheit 426, ist dazu eingerichtet, die Halbleiterschalter 416, 418, 420 und 422 während des Übergangs der Stränge 406 und 408 von einer Anzapfung zu einer anderen selektiv zu aktivieren und zu deaktivieren. Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist der mechanische Schalter 410, der mit dem Strang 406 verbunden ist, bei 502 aktiviert. Der Strang 406 ist mit der ersten Anzapfung 402 verbunden und der Strompfad zu dem Versorgungsanschluss 414 ist durch die Anzapfung 402, den Strang 406 und den mechanischen Schalter 410 gegeben. Wenn ein Stufenumschaltsignal bei 504 empfangen wurde, beginnt sich der Strang 408 zur zweiten Anzapfung 404 in der Richtung zu bewegen, die durch den Pfeil 522 angegeben ist. Bei 506 werden die Halbleiterschalter 416 und 418, die mit dem Strang 406 verbunden sind, aktiviert. Ein zusätzlicher Strompfad 524 ist zwischen der ersten Anzapfung 402 und dem Versorgungsanschluss 414 über die Halbleiterschalter 416 und 418 hergestellt. Bei 508 deaktiviert die Verarbeitungseinheit den mechanischen Schalter 410, der mit dem Strang 406 verbunden ist. Außerdem aktiviert die Verarbeitungseinheit bei 510 zumindest einen der Halbleiterschalter, wie etwa den Halbleiterschalter 422, der mit dem Strang 408 verbunden ist, der jetzt mit der zweiten Anzapfung 404 verbunden ist. Außerdem deaktiviert die Verarbeitungseinheit bei 512 zumindest einen der Halbleiterschalter, der mit dem Strang 408 verbunden ist (z.B. den Halbleiterschalter 418). Bei 514 aktiviert die Verarbeitungseinheit den zweiten Halbleiterschalter (z.B. 420), der mit dem Strang 408 verbunden ist. Bei 516 wird der aktivierte Halbleiterschalter 416, der mit dem Strang 406 verbunden ist, ausgeschaltet. An diesem Punkt wurde der Strom, der aus der Spannungsregeleinrichtung fließt, auf die Anzapfung 404 kommutiert und ist durch einen Strompfad 526 geleitet, der die zweite Anzapfung 404 über die aktivierten Halbleiterschalter 420 und 422 mit dem Versorgungsanschluss 414 verbindet. Bei 518 ist der mechanische Schalter 412, der mit dem Strang 408 verbunden ist, aktiviert. Der Strom, der aus der Spannungsregeleinrichtung fließt, wird im Versorgungsanschluss 414 über den Strompfad 526 und den Strompfad 528 bereitgestellt, der durch den mechanischen Schalter 412 gebildet ist. Bei 520 werden die Halbleiterschalter 420 und 422 deaktiviert, wenn das Stufenumschaltsignal unterbrochen ist. Der Laststrom fließt jetzt nur durch den Strompfad 528 und der Stufenumschaltvorgang ist abgeschlossen.
6 veranschaulicht ein Verfahren zum Betreiben von Spannungsregeleinrichtungen, gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. Das Betriebsverfahren wird verwendet, um eine Spannung zu regeln, die für eine elektrische Last bereitgestellt wird, ohne eine Lichtbogenbildung in der Laststufenschalteinrichtung zu verursachen. Wenn die gemessene geregelte Spannung außerhalb einer zulässigen Bandbreite ist, wird das Windungsverhältnis der Spannungsregeleinrichtung verändert, um die erforderliche Spannung für die Last bereitzustellen. Die Stufenschalteinrichtung, wie in den 2 und 4 veranschaulicht, enthält eine Mehrzahl von Anzapfungen, eine Mehrzahl von Strängen, eine Mehrzahl von mechanischen Schaltern, eine Mehrzahl von Halbleiterschaltern und eine Verarbeitungseinheit. Das Verfahren enthält das selektive Aktivieren und deaktivieren der mechanischen Schalter und der Halbleiterschalter während des Übergangs der Mehrzahl von Strängen von einer Anzapfung zu einer anderen, so dass keine Lichtbogenbildung auftritt und dass der Laststrom nicht unterbrochen ist.
Bei 602 weist das Verfahren das Aktivieren einer Mehrzahl von Halbleiterschaltern auf, die mit zumindest einem von einer Mehrzahl von Strängen an einem Ende und dem Versorgungsanschluss am anderen Ende verbunden sind, wenn eine Bedingung zur Stufenumschaltung erfüllt ist. Bei 406 enthält das Verfahren das Deaktivieren eines oder mehrere mechanischer Schalter, die parallel zu den Halbleiterschaltern geschaltet sind und die mit zumindest einem Strang der Mehrzahl von Strängen an einem Ende und dem Versorgungsanschluss am anderen Ende verbunden sind, wenn eine Bedingung zur Stufenumschaltung erfüllt ist. Die mechanischen Schalter, die mit einem ersten Strang verbunden sind, der mit einer ersten Anzapfung der Spannungsregeleinrichtung verbunden ist, werden deaktiviert. Bei 606, nachdem der Strompfad durch den ersten Strang durch das Deaktivieren der Halbleiterschalter, die mit dem ersten Strang verbunden sind, unterbrochen wurde, wird zumindest einer der Mehrzahl von Strängen als Reaktion auf ein Stufenumschaltsignal zu einer zweiten Anzapfung der Spannungsregeleinrichtung hin bewegt. Das Stufenumschaltsignal wird als Antwort darauf erzeugt, dass eine Bedingung zur Stufenumschaltung erfüllt wurde. Eine beispielhafte Bedingung zur Stufenumschaltung enthält eine Veränderung in der Erzeugung oder in der Last im Netzwerk, das mit dem Versorgungsanschluss verbunden ist, wodurch ein Verlassen einer zulässigen Spannungsbandbreite der geregelten Spannung verursacht wird. Das Stufenumschaltsignal wird nach einem Ausführungsbeispiel durch eine Verarbeitungseinheit erzeugt. Die Verarbeitungseinheit überträgt das Stufenumschaltsignal zu einem Strangantriebssystem, der die Bewegung der Stränge initiiert.
Während der Bewegung der Stränge von einer Anzapfung zu einer anderen enthält das Verfahren bei 608 das selektive Aktivieren und Deaktivieren der Mehrzahl von Halbleiterschaltern. Die Halbleiterschalter werden derart aktiviert und deaktiviert, dass zumindest einer der Halbleiterschalter, der in Verbindung mit einem Strang ist, der in elektrischer Verbindung mit irgendeiner Anzapfung der Spannungsregeleinrichtung steht, aktiviert gehalten wird, und dass die Halbleiterschalter, die mit irgendeinem Strang verbunden sind, der nicht in Kontakt mit irgendeiner Anzapfung steht, deaktiviert werden. Dieses Aktivieren und Deaktivieren von Schaltern stellt sicher, dass der Laststrom nicht unterbrochen wird. Außerdem werden die Halbleiterschalter aktiviert und deaktiviert, so dass keine Lichtbogenbildung auftritt. Bei 610, wenn zumindest einer der Stränge in Verbindung mit der zweiten Anzapfung steht, werden die mechanischen Schalter, die mit den Strängen verbunden sind, die in Kontakt mit der zweiten Anzapfung stehen, aktiviert, um einen stationären Strompfad für den von der Spannungsregeleinrichtung zu dem Versorgungsanschluss fließenden Strom zu erzeugen.
Bei einem Ausführungsbeispiel wird der mechanische Schalter, der mit dem ersten Strang verbunden ist, vor der Bewegung des Strangs deaktiviert, bevor die Stränge beginnen sich von der ersten Anzapfung zu der zweiten Anzapfung zu bewegen. Außerdem werden die Halbleiterschalter in dem zweiten Strang aktiviert, wenn der erste Strang die zweite Anzapfung erreicht. Nach der Aktivierung der Halbleiterschalter, wird der mechanische Schalter, der mit dem zweiten Strang verbunden ist, deaktiviert. Sobald die Halbleiterschalter in dem zweiten Strang den Laststrom vollständig übernommen haben, kann die 4-Schritt-Stromkommutierung zwischen den Halbleiterschaltern in beiden Strängen ausgeführt werden, um eine sanfte Stromkommutierung von der ersten Anzapfung zu der zweiten Anzapfung zu erhalten. Anschließend kann der mechanische Schalter in dem ersten Strang aktiviert werden und die parallelen Halbleiterschalter können deaktiviert werden.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel werden die Halbleiterschalter aktiviert, bevor die mechanischen Schalter, die mit jedem Strang verbunden sind, deaktiviert werden, bevor die Stränge beginnen, sich von der ersten Anzapfung zu der zweiten Anzapfung zu bewegen. Außerdem weist das Verfahren das Deaktivieren der Halbleiterschalter auf, die mit dem ersten Strang verbunden sind, der sich von der ersten Anzapfung weg zu der zweiten Anzapfung hin bewegt. Auf diese Weise sind die Halbleiterschalter, die mit dem ersten Strang verbunden sind, ausgeschaltet, wenn der erste Strang von der ersten Anzapfung getrennt wird, und kein aktiver Strompfad wird unterbrochen. Das Verfahren enthält auch ein Kommutierungsverfahren, wie etwa eine 4-Schritt-Kommutierung, wie sie in den 3 und 5 veranschaulicht ist, die ausgeführt wird, um den Strom von der ersten Anzapfung von der zweiten Anzapfung zu kommutieren. Nachdem beide Stränge die zweite Anzapfung erreicht haben, wird der mechanische Schalter, der mit dem ersten Strang verbunden ist, aktiviert, um einen zusätzlichen Strompfad für den Laststrom herzustellen. Außerdem werden die Halbleiterschalter aktiviert, die mit den übrigen Strängen verbunden sind, wie auch der mechanische Schalter, der mit dem zweiten Strang verbunden ist. In diesem Moment sind alle mechanischen Schalter sowie alle Halbleiterschalter aktiviert. Um den Stufenumschaltvorgang abzuschließen, werden die Halbleiterschalter ausgeschaltet, während die mechanischen Schalter aktiviert gelassen werden, um einen Strompfad für den Laststrom im stationären Zustand bereitzustellen.
Das Verfahren und das System zum Betreiben von OLTCs, das in den vorstehenden Absätzen beschrieben ist, eliminiert die Lichtbogenbildung zwischen den Anzapfungskontakten und den Strängen, wenn eine Anzapfung gewechselt wird. Dies reduziert den Verschleiß der mechanischen Kontakte und die Verschlechterung des Regeleinrichtungsöls. Daher sind die Instandhaltungskosten des Systems reduziert und die Lebensdauer der Laststufenschalteinrichtung ist erhöht. Außerdem können kleinere mechanische Schalter verwendet werden, was die Größe des Betriebssystems verringert. Überdies ist der Bedarf zur Kühlung dieser Elemente vermieden, da keine Notwendigkeit für Strombegrenzungseinrichtungen besteht.
Es sollte verstanden werden, dass die vorstehende Beschreibung dazu bestimmt ist, veranschaulichend und nicht beschränkend zu sein. Z.B. können die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele (und/oder Aspekte davon) in Kombination miteinander verwendet werden. Zusätzlich können viele Modifikationen gemacht werden, um eine bestimmte Situation oder Material an die Lehre der Erfindung anzupassen, ohne von deren Schutzbereich abzuweichen. Während Dimensionen und Arten von hierin beschriebenem Material dazu bestimmt sind, die Parameter der Erfindung zu definieren, sind sie keinesfalls beschränkend und sind beispielhafte Ausführungsformen. Viele andere Ausführungsbeispiele werden den Durchschnittsfachleuten beim Durchlesen der vorstehenden Beschreibung offenbar. Der Schutzbereich der Erfindung soll daher unter Bezugnahme auf die beigefügten Ansprüche in Verbindung mit dem vollen Umfang von Äquivalenten bestimmt werden, zu denen solche Ansprüche berechtigen. In den beigefügten Ansprüchen werden die Begriffe „enthalten“ und „bei dem“ als englische Äquivalente der betreffenden Ausdrücke „aufweisend“ und „wobei“ verwendet. Außerdem werden die Ausdrücke „erste“, „zweite“, usw. in den nachfolgenden Ansprüchen nur als Kennzeichnung verwendet und sind nicht dazu bestimmt, ihren Objekten numerische Anforderungen oder Positionsanforderungen aufzuerlegen. Außerdem sind die Konkretisierungen der nachfolgenden Ansprüche nicht im Format Mittel plus Funktionsangabe geschrieben und sind nicht dazu beabsichtigt gemäß 35 U.S.C. § 112, Abs. 6 interpretiert zu werden, sofern und bis eine derartige Anspruchsbeschränkung ausdrücklich die Phrase „Mittel zum“ gefolgt von einer Funktionsangabe ohne weitere Struktur verwendet.
Die schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele um mehrere Ausführungsformen der Erfindung, einschließlich der bevorzugten Ausführungsform zu offenbaren und auch jeden Durchschnittsfachmann in die Lage zu versetzen, die Ausführungsbeispiele der Erfindung auszuführen, einschließlich der Herstellung und der Verwendung von irgendwelchen Einrichtungen oder Systemen und des Ausführens irgendeines beinhalteten Verfahrens. Der patentierbare Schutzbereich der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann andere Beispiele aufweisen, die den Durchschnittsfachleuten offenbar werden. Solche anderen Beispiele sind dazu bestimmt, innerhalb des Schutzbereiches der Ansprüche zu liegen, wenn sie strukturelle Elemente haben, die sich nicht von dem Wortsinngehalt der Ansprüche unterscheiden oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit nicht substantiellen Unterschieden gegenüber dem Wortsinngehalt der Ansprüche enthalten.
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Ausdruck „Verarbeitungseinheit“ auf Software, Hardware oder Firmware oder irgendeine Kombination davon oder irgendein System, einen Vorgang oder eine Funktionalität, die die hierin beschriebenen Verfahren ausführt oder ermöglicht.
Wie hierin verwendet, sollte ein Element oder ein Schritt, der im Singular angegeben und dem das Wort „ein“ oder „eine“ vorangestellt ist, nicht als die Mehrzahl solcher Elemente oder Schritte ausschließend verstanden werden, so lange ein solcher Ausschluss nicht explizit angegeben ist. Ferner sind Bezugnahmen auf „ein Ausführungsbeispiel“ der vorliegenden Erfindung nicht dazu bestimmt, so interpretiert zu werden, dass das Vorhandensein von zusätzlichen Ausführungsbeispielen, die auch die angegebenen Merkmale aufweisen, ausgeschlossen ist. Außerdem, solange das Gegenteil nicht ausdrücklich angegeben ist, können Ausführungsbeispiele „aufweisend“, „enthaltend“ oder „mit“ einem Element oder einer Mehrzahl von Elementen, das bzw. die eine bestimmte Eigenschaft hat bzw. haben, zusätzliche solcher Elemente enthalten, die nicht diese Eigenschaft haben.
Da bestimmte Veränderungen in dem oben beschriebenen System und Verfahren zum Betrieb von Laststufenschaltern gemacht werden können, ohne vom Gedanken und vom Schutzbereich der hierin enthaltenen Erfindung abzuweichen, ist es beabsichtigt, dass der in der vorstehenden Beschreibung oder in den beigefügten Zeichnungen gezeigte gesamte Gegenstand nur als Beispiele interpretiert werden soll, die das erfinderische Konzept hierin veranschaulichen und soll nicht als die Erfindung beschränkend ausgelegt werden.
Ein System zum Betreiben eines Laststufenschalters (OLTC) enthält eine Mehrzahl von Strängen, die mechanische Schalter enthalten. Zumindest ein Strang schaltet von einer ersten Anzapfung auf eine zweite Anzapfung des OLTC auf Empfang eines Stufenumschaltsignals um. Zumindest ein mechanischer Schalter ist aktiviert, um eine elektrische Verbindung zwischen der ersten oder der zweiten Anzapfung und einem Versorgungsanschluss des OLTC herzustellen. Außerdem enthält das System Halbleiterschalter, die parallel zu den mechanischen Schaltern geschaltet sind und im aktivierten Zustand die erste oder die zweite Anzapfung mit dem Versorgungsanschluss elektrisch verbinden. Das System enthält eine Verarbeitungseinheit, die die mechanischen Schalter und die Halbleiterschalter selektiv aktiviert und deaktiviert derart, dass die elektrische Verbindung zwischen zumindest einer der Anzapfungen und dem Versorgungsanschluss während des Übergangs von zumindest einem Strang von der ersten Anzapfung zu der zweiten Anzapfung aufrecht erhalten wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

35 U.S.C. § 112, Abs. 6 [0056]

Claims

System zum Betreiben eines Laststufenschalters, wobei das System aufweist: Eine Mehrzahl von Strängen, von denen zumindest einer auf Empfang eines Stufenumschaltsignals veranlasst wird, von einer ersten Anzapfung zu einer zweiten Anzapfung des Laststufenschalters umzuschalten, wobei jeder Strang zumindest einen mechanischen Schalter aufweist und wobei eine elektrische Verbindung zwischen der ersten Anzapfung oder der zweiten Anzapfung und einem Versorgungsanschluss des Laststufenschalters hergestellt ist, wenn zumindest ein mechanischer Schalter von zumindest einem der Mehrzahl von Strängen eingeschaltet ist; und eine Mehrzahl von Halbleiterschaltern, wobei jeder Halbleiterschalter parallel zu den mechanischen Schaltern angeordnet ist und im aktivierten Zustand eine elektrische Verbindung zwischen der ersten Anzapfung oder der zweiten Anzapfung und einem Versorgungsanschluss des Laststufenschalters bereitstellt; und eine Verarbeitungseinheit, die dazu eingerichtet ist, die mechanischen Schalter und die Halbleiterschalter selektiv zu aktivieren und zu deaktivieren, derart, dass die elektrische Verbindung zwischen der wenigstens einen Anzapfung und dem Versorgungsanschluss während des Übergangs von dem zumindest einen Strang von der ersten Anzapfung auf die zweite Anzapfung aufrechterhalten ist, ohne einen Kurzschluss zwischen den beiden Anzapfungen zu verursachen.
System nach Anspruch 1, bei dem die Verarbeitungseinheit außerdem dazu eingerichtet ist: Erzeugen des Stufenumschaltsignals zur Bewegung des wenigstens einen Strangs von der ersten Anzapfung zu der zweiten Anzapfung, wenn eine Bedingung zur Stufenumschaltung erfüllt ist; Erzeugen von Aktivierungssignalen für die Halbleiterschalter, wenn das Stufenumschaltsignal erzeugt wird; und Erzeugen einer Mehrzahl von Deaktivierungssignalen für die mechanischen Schalter von dem zumindest einen Strang, der mit der ersten Anzapfung verbunden ist, wenn eine Bedingung zur Stufenumschaltung erfüllt ist.
System nach Anspruch 2, ferner aufweisend ein Strangantriebssystem, das dazu eingerichtet ist, das Stufenumschaltsignal von der Verarbeitungseinheit zu empfangen und den wenigstens einen Strang zu veranlassen, sich in Richtung der zweiten Anzapfung zu bewegen.
System nach Anspruch 2, bei dem die Verarbeitungseinheit ferner dazu eingerichtet ist: Erzeugen eines ersten Deaktivierungssignals für die Halbleiterschalter, die mit einem ersten Strang der Mehrzahl von Strängen verbunden sind, der die Position von der ersten Anzapfung zu der zweiten Anzapfung ändert, bevor der erste Strang von der ersten Anzapfung getrennt ist; Erzeugen eines zweiten Deaktivierungssignals für einen oder mehrere der Mehrzahl von Halbleiterschaltern, die mit dem zweiten Strang verbunden sind, sobald der erste Strang mit der zweiten Anzapfung verbunden ist; Erzeugen eines ersten Aktivierungssignals für den mechanischen Schalter, der den ersten Strang mit dem Versorgungsanschluss verbindet, wenn der erste Strang mit der zweiten Anzapfung verbunden ist; Erzeugen eines zweiten Aktivierungssignals für die übrigen mechanischen Schalter, die die Mehrzahl von Strängen mit dem Versorgungsanschluss verbinden; und Erzeugen eines dritten Deaktivierungssignals für die Mehrzahl von Halbleiterschaltern.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend zumindest eine Dämpfungseinrichtung, die parallel zu der Mehrzahl von Halbleiterschaltern geschaltet ist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Halbleiterschalter einen bidirektionalen Schalter oder einen unidirektionalen Schalter aufweisen.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Halbleiterschalter einen MOSFET und/oder einen IGBT und/oder einen IGCT aufweisen.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Laststufenschalter eine Rotationsanzapfungsauswahleinrichtung aufweist.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Laststufenschalter eine Linearanzapfungsauswahleinrichtung aufweist.
Verfahren zum Betreiben eines Laststufenschalters, wobei das Verfahren aufweist: Aktivieren einer Mehrzahl von Halbleiterschaltern, die mit zumindest einem von einer Mehrzahl von Strängen an einem Ende und einem Versorgungsanschluss am anderen Ende verbunden sind, wenn eine Bedingung zur Stufenumschaltung erfüllt ist, wobei der zumindest eine Strang elektrisch mit einer ersten Anzapfung von einer Mehrzahl von Anzapfungen des Laststufenschalters verbunden ist; Deaktivieren eines oder mehrerer mechanischer Schalter, die parallel zu der Mehrzahl von Halbleiterschaltern geschaltet sind und die mit dem zumindest einen der Mehrzahl von Strängen an einem Ende und mit dem Versorgungsanschluss am anderen Ende verbunden sind; Bewegen des zumindest einen der Mehrzahl von Strängen von einer ersten Anzapfung zu einer zweiten Anzapfung hin; selektives Aktivieren und Deaktivieren der Mehrzahl von Halbleiterschaltern, derart, dass die Halbleiterschalter, die mit einem sich bewegenden Strang verbunden sind, der in elektrischer Verbindung mit zumindest einer Anzapfung steht, in einem aktivierten Zustand sind und die Halbleiterschalter, die mit einem sich bewegenden Strang verbunden sind, der nicht in elektrischer Verbindung mit irgendeiner Anzapfung steht, in einem deaktivierten Zustand sind; und Aktivieren des einen oder der mehreren mechanischen Schalter, die mit dem zumindest einen der Mehrzahl von Strängen verbunden ist, der in elektrischer Verbindung mit der zweiten Anzapfung steht.