(57)【要約】  本発明は、半導体スイッチ素子（６１，６２，７１，７２）により電圧を調整する負荷時タップ切換装置（１）並びに電圧調整器（２）のために電圧を調整する方法に関する。負荷時タップ切換装置（１）は、第一の負荷分岐部（６）と、これに並列に配置された第二の負荷分岐部（７）とを備えている。第一及び第二の負荷分岐部（６，７）の間には、部分巻線（８）が配置されている。第一の負荷分岐部（６）には、部分巻線（８）の前側に第一の半導体スイッチ素子（６１）が設けられているとともに、部分巻線（８）の後側に第二の半導体スイッチ素子（６２）が設けられている。第二の負荷分岐部（７）には、部分巻線（８）の前側に第一の半導体スイッチ素子（７１）が設けられているとともに、部分巻線（８）の後側に第二の半導体スイッチ素子（７２）が設けられている。負荷時タップ切換装置（１）は、当該負荷時タップ切換装置の第一の負荷分岐部（６）と第二の負荷分岐部（７）とを含む少なくとも一つの切換モジュール（５）からなる。半導体スイッチ素子内のスイッチを適宜に周期駆動するとともに、それぞれの切換モジュール（５）内の電流経路を決定することにより、スイッチングロスと、それに伴う熱発生が低減されることになる。
2016507907.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
調整巻線（３）を有する電圧調整器（２）において半導体スイッチ素子（６１，６２，７１，７２）を有して電圧を調整する負荷時タップ切換装置（１）であって、
前記調整巻線（３）の、調整が行われない固定的な部分と、負荷導出部（４）との間に配置され、
第一の負荷分岐部（６）と、これに並列に配置された第二の負荷分岐部（７）とを備え、
前記第一及び第二の負荷分岐部（６，７）の間には、部分巻線（８）が配置されており、
前記第一の負荷分岐部（６）は、前記部分巻線（８）の前側に第一の半導体スイッチ素子（６１）を備えるとともに、前記部分巻線（８）の後側に第二の半導体スイッチ素子（６２）を備え、
前記第二の負荷分岐部（７）は、前記部分巻線（８）の前側に第一の半導体スイッチ素子（７１）を備えるとともに、前記部分巻線（８）の後側に第二の半導体スイッチ素子（７２）を備えている負荷時タップ切換装置（１）において、
前記負荷時タップ切換装置の前記第一の負荷分岐部（６）と前記第二の負荷分岐部（７）とを含む少なくとも一つの切換モジュール（５）からなることを特徴とする負荷時タップ切換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の負荷時タップ切換装置（１）において、
各半導体スイッチ素子（６１，６２，７１，７２）は、それぞれ、互いに逆向きに直列に接続されている第一のＩＧＢＴ（１１）と第二のＩＧＢＴ（１２）とからなり、
前記第一のＩＧＢＴ（１１）と前記第二のＩＧＢＴ（１２）には、それぞれ反転配置ダイオード（１４）が設けられ、前記第一のＩＧＢＴ（１１）及び前記第二のＩＧＢＴ（１２）の、エミッタ接続部（Ｅ）に反転配置ダイオード（１４）のアノードが接続され、コレクタ接続部（Ｃ）に前記反転配置ダイオード（１４）のカソードが接続されるようになっており、
前記第一の負荷分岐部（６）及び前記第二の負荷分岐部（７）の前記半導体スイッチ素子（６１，６２，７１，７２）が選択的にスイッチオフ可能とされていることを特徴とする負荷時タップ切換装置。
【請求項３】
請求項１又は２のいずれかに記載の負荷時タップ切換装置（１）において、
第一の切換モジュール（５１）と、第二の切換モジュール（５２）と、第三の切換モジュール（５３）とからなり、各切換モジュール（５１，５２，５３）の前記部分巻線（８）が互いに別の巻数比を有していることを特徴とする負荷時タップ切換装置。
【請求項４】
請求項３に記載の負荷時タップ切換装置（１）において、
前記部分巻線（８）の前記巻数比が９：３：１であることを特徴とする負荷時タップ切換装置。
【請求項５】
負荷時タップ切換装置（１）を動作させる方法において、
切換モジュール（５）の部分巻線（８）の切り換えるべき複数の設定を決定するステップと、
切換モジュール（５）の活性動作側と静的動作側とを決定するステップと、
前記部分巻線（８）における電流（Ｉ）の方向と電圧（Ｕ）の向きを決定するステップと、
前記切換モジュール（５）の半導体スイッチ素子（６１，６２，７１，７２）のスイッチ状態を決定するステップとを有することを特徴とする方法。
【請求項６】
請求項５に記載の方法において、
減法的設定（２０）においては、前記部分巻線（８）の巻数が調整巻線（３）から差し引かれ、
加法的設定（２１）においては、前記部分巻線（８）の巻数が調整巻線（３）に足し合わされ、
定格設定（２２）においては、前記部分巻線（８）は完全に切り離されることを特徴とする方法。
【請求項７】
請求項５又は６のいずれかに記載の方法において、
前記切換モジュール（５）の活性動作側では、前記半導体スイッチ素子（６１，７１）又は前記半導体スイッチ素子（６２，７２）が操作され、
前記切換モジュール（５）の前記静的動作側では、前記半導体スイッチ素子（６１，７１）又は前記半導体スイッチ素子（６２，７２）が定められたスイッチ状態を維持することを特徴とする方法。
【請求項８】
請求項５乃至７のいずれか一項に記載の方法において、
交互に電流を通す複数の反転配置ダイオード（１４）であってその都度の活性動作側における反転配置ダイオード（１４）に接続された、前記第一の半導体スイッチ素子（６１，７１）又は第二の半導体スイッチ素子（６２，７２）のＩＧＢＴ（１１，１２）は、常に電流を通さない状態であり、
前記活性動作側における交互に電流を通す前記二つのＩＧＢＴ（１１，１２）のうち、一つは常に電流を通す状態であり、そのＩＧＢＴ（１１，１２）とは、当該ＩＧＢＴ（１１，１２）のコレクタ接続部（Ｃ）が前記部分巻線（８）の負極（−）に接続されているとともに、当該ＩＧＢＴ（１１，１２）のエミッタ接続部（Ｅ）が前記部分巻線（８）の正極（＋）に接続されているものであり、
前記活性動作側における交互に電流を通す前記二つのＩＧＢＴ（１１，１２）のうち、一つは周期駆動され、そのＩＧＢＴ（１１，１２）とは、当該ＩＧＢＴ（１１，１２）のコレクタ接続部（Ｃ）が前記部分巻線（８）の前記正極（＋）に接続されているとともに、当該ＩＧＢＴ（１１，１２）のエミッタ接続部（Ｅ）が前記部分巻線（８）の前記負極（−）に接続されているものであり、
静的動作側では、一方の半導体スイッチ素子（６１，６２，７１，７２）が、常に電流を通さない状態であり、他方の半導体スイッチ素子（６１，６２，７１，７２）は、常に電流を通す状態であることを特徴とする方法。
【請求項９】
請求項５乃至８のいずれか一項に記載の方法において、
前記部分巻線（８）における前記電流（Ｉ）の流れの方向と前記正極（＋）及び前記負極（−）の向きを変更する際には、前記活性動作側における前記半導体スイッチ素子（６１，６２，７１，７２）のどのＩＧＢＴ（１１，１２）が周期駆動され又は電流を通す状態に切り換えられるかが特定されることを特徴とする方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の方法において、
前記部分巻線（８）における前記電流（Ｉ）の流れの方向と前記正極（＋）及び前記負極（−）の向きを変更する際には、
前記静的動作側における前記半導体スイッチ素子（６１，６２，７１，７２）のどのＩＧＢＴ（１１，１２）が電流を通す状態又は電流が流れない状態に切り換えられるかが特定されることを特徴とする方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の方法において、
前記部分巻線（８）における前記電流（Ｉ）の流れの方向と前記正極（＋）及び前記負極（−）の向きを変更する際には、前記活性動作側及び前記静的動作側とが決定されることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体スイッチ素子を有した負荷時タップ切換装置に関する。とりわけ、負荷時タップ切換装置は、複数の切換モジュールからなり、調整巻線に接続されている。
【０００２】
さらに、本発明は、負荷時タップ切換装置を動作させる方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
特許文献１より、半導体製切換ユニットを備えた、電圧を調整するタップ切換装置が公知である。タップ切換装置は、二つの並列な負荷分岐部を有し、これら二つの負荷分岐部において、半導体製切換ユニットが直列に接続されている。ここで、第一の負荷分岐部の半導体製切換ユニットと、第二の負荷分岐部の半導体製切換ユニットとは、それぞれ対になって対向するように位置している。これらの対になった半導体製切換ユニット間の各々には、部分巻線とブリッジとが交互に一つずつ二つの負荷分岐部の間に並列に接続されている。部分巻線は、異なる巻線数を有している。半導体製切換ユニットは、サイリスタ対又はＩＧＢＴ対として形成することができる。半導体製切換ユニットを巧みに切り換えることで、巻線を繋げたり切り離したりすることができる。これにより、変圧器の変圧比を調整でき、したがって二次電圧を調整することができる。ＩＧＢＴを用いれば、パルス幅変調によって部分巻線の接続と分離を交互に行うことが実現でき、これにより細かいステップでの電圧調整を実行できる。半導体製切換ユニットを常時オン・オフすることでスイッチングロスが発生し、半導体製切換ユニットが熱を帯びて、これが冷却装置に高い要求を突き付けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２０１１０１２０８０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、スイッチングロスがより少なく、より小型の冷却装置でも十分で、その結果、低コストかつ安全確実な、半導体スイッチ素子により電圧を調整する負荷時タップ切換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は、請求項１に記載の本発明による電圧を調整する負荷時タップ切換装置により解決される。さらに、下位請求項は、本発明の他の有利な態様に関する。
【０００７】
本発明の課題は、さらに、半導体スイッチ装置を有する負荷時タップ切換装置を動作させる方法を提供し、この方法で生じるスイッチングロスをより少なくし、熱の発生を低減し、安全性・確実性を高めることにある。
【０００８】
この課題は、請求項５に記載の本発明による、電圧を調整する負荷時タップ切換装置を動作させるための方法により解決される。さらに、下位請求項は、本発明の方法の有利な他の態様に関する。
【０００９】
本発明の普遍的な思想は、半導体スイッチ素子として、反転配置ダイオードを有して逆向き（電流が流れる向きが互いに逆向き）に直列に接続された二つのＩＧＢＴを用い、パルス幅変調に際して部分巻線における電流の方向と電圧の向き（Ａｕｓｒｉｃｈｔｕｎｇ）を考慮し、これにより、負荷分岐部の一部のスイッチ動作をしないことでスイッチングロスを防ぐという点にある。
【００１０】
本発明の好ましい実施形態によれば、電圧を調整するタップ切換装置は、半導体スイッチ素子を備え、調整巻線を有する電圧調整器（Ｒｅｇｅｌｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｏｒ）に配置されている。本装置は、調整巻線における調整が行われない固定的な部分と、負荷導出部（負荷シャントともいう。）（Ｌａｓｔａｂｌｅｉｔｕｎｇ）との間に配置されている。さらに、負荷時タップ切換装置は、第一の負荷分岐部と、これに並列に配置された第二の負荷分岐部とを備え、これらの負荷分岐部の間には、部分巻線が配置されている。第一の負荷分岐部は、部分巻線の前側に第一の半導体スイッチ素子を有しかつ部分巻線の後側に第二の半導体スイッチ素子を有している。第二の負荷分岐部は、同じように、部分巻線の前側に第一の半導体スイッチ素子を有しかつ部分巻線の後側に第二の半導体スイッチ素子を有している。負荷時タップ切換装置は、第一の負荷分岐部と第二の負荷分岐部とを備えた少なくとも一つの切換モジュールを備えている。
【００１１】
本発明の他の実施形態によれば、各半導体スイッチ素子は、それぞれ第一のＩＧＢＴ及び第二のＩＧＢＴからなり、これらのＩＧＢＴは、互いに逆向き（電流が流れる向きが互いに逆向き）に直列に接続されている。これらのＩＧＢＴには、反転配置ダイオードの一つがそれぞれ次のように設けられている。すなわち、第一のＩＧＢＴの、そして第二のＩＧＢＴの、エミッタ接続部には、反転配置ダイオードのアノードが接続され、かつ、コレクタ接続部には、反転配置ダイオードのカソードが接続されるようになっている。ここで、第一の負荷分岐部と第二の負荷分岐部の半導体スイッチ素子は、選択的にスイッチオフ可能（ａｂｓｃｈａｌｔｂａｒ）とされている。
【００１２】
他の実施形態によれば、負荷時タップ切換装置は、第一の切換モジュール、第二の切換モジュール及び第三の切換モジュールからなる。このとき、各切換モジュールの部分巻線は、互いにそれぞれが異なる巻数比、例えば９：３：１を有している。
【００１３】
負荷時タップ切換装置を動作させる本発明による方法においては、切換モジュールの部分巻線のいかなる設定間の切換えが行われなければならないかが先ず決定される。減法的設定では、部分巻線の巻数が調整巻線から差し引かれ、加法的設定では、部分巻線の巻数が調整巻線に足し合わされ、定格設定では、部分巻線が完全に外される。
【００１４】
本発明の方法によるさらなるステップは、切換モジュールの活性動作側（積極側）と静的動作側（消極側）とを定めることに関する。切換モジュールの活性動作側では、半導体スイッチ素子が作動させられ、他方、向かい合う側では、半導体スイッチ素子は、固定されたスイッチ状態に移行させられる。
【００１５】
部分巻線での電流の方向と電圧の向きを決定したら、切換モジュールの半導体スイッチ素子のスイッチ状態が定められる。このとき、各活性動作側の、電流を通したり通さなかったりを交互に繰り返す複数の反転配置ダイオードに接続された、第一の半導体スイッチ素子又は第二の半導体スイッチ素子のＩＧＢＴは、常に電流を通さない状態とされている。活性動作側の、交互に電流を通す二つのＩＧＢＴのうち、一つは常に電流を通す状態とされている。そのＩＧＢＴというのは、そのコレクタ接続部が部分巻線の負極に接続されているとともにそのエミッタ接続部が部分巻線の正極に接続されているものである。活性動作側の、交互に電流を通す二つのＩＧＢＴのうち、一つは周期的に駆動させられる。そのＩＧＢＴというのは、そのコレクタ接続部が部分巻線の正極に接続されているとともにそのエミッタ接続部が部分巻線の負極に接続されているものである。静的動作側では、一つの半導体スイッチ素子は常に電流を通さない状態とされ、他の半導体スイッチ素子は常に電流を通す状態とされている。
【００１６】
電流の流れる方向と部分巻線における正極と負極の向きを変更する際には、半導体スイッチ素子のいずれのＩＧＢＴが活性動作側において周期的に作動させられ、あるいは電流を通す状態にスイッチが入れられ、静的動作側において電流を通す状態あるいは電流が通らない状態にスイッチが入れられ、全体としてはどちらの側が活性動作状態ないし静的動作状態になるかが特定される。
【００１７】
本明細書において開示された実施形態の上記並びに他の特徴及び長所は、以下の記載及び図面に基づいてより理解しやすいものになる。その場合、同一の部材には全て同じ符号を付す。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】変圧器に接続されたタップ切換装置の概略図である。
【図２】半導体スイッチ素子を有するタップ切換装置の概略図である。
【図３】半導体スイッチ素子の電気的な構成を示す図である。
【図４ａ】負荷時タップ切換装置の異なる接続設定を示す図である。
【図４ｂ】負荷時タップ切換装置の異なる接続設定を示す図である。
【図４ｃ】負荷時タップ切換装置の異なる接続設定を示す図である。
【図４ｄ】負荷時タップ切換装置の異なる接続設定を示す図である。
【図５】或る切換状態（接続状態）が設定された半導体スイッチ素子を示す図である。
【図６】半導体スイッチ素子の切換の設定（接続の設定）を示す他の図である。
【図７】三つの切換モジュールの接続を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の同じ又は同じ機能を奏する構成要素には、同じ符号が用いられる。図示された実施例は、本発明によるスイッチ素子がどのように構成され得るかの一つの可能性を示すに過ぎない。
【００２０】
図１には、電圧調整器２における、調整巻線３の電圧調整用負荷時タップ切換装置１が示されている。負荷時タップ切換装置１は、調整巻線３の調整されない固定的な部分と、負荷導出部４との間に配置されている。
【００２１】
図２に示されているように、負荷時タップ切換装置１は、少なくとも一つの切換モジュール５からなる。切換モジュール５は、第一の負荷分岐部６と、これに並列に配置された第二の負荷分岐部７とを備えている。切換モジュール５の第一及び第二の負荷分岐部６，７は、部分巻線８を介して電流を通す状態で互いに接続されている。第一の負荷分岐部６は、調整巻線３と部分巻線８との間に第一の半導体スイッチ素子６１を備えているとともに、部分巻線８の後側、つまり導出部４の方に、第二の半導体スイッチ素子６２を備えている。第二の負荷分岐部７は、同じように部分巻線８の前側に第一の半導体スイッチ素子７１を備えているとともに、部分巻線８の後側に第二の半導体スイッチ素子７２を備えている。
【００２２】
図３には、各半導体スイッチ素子６１，６２，７１，７２が第一の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）（ＩＧＢＴ）１１及び第二のＧＢＴ１２からなり、これらが逆向きに直列に接続されている（ａｎｔｉｓｅｒｉｅｌｌ  ｖｅｒｓｃｈａｌｔｅｔ）ことが示されている。第一のＩＧＢＴ１１及び第二のＩＧＢＴ１２には、順方向が互いに逆向きになるように配置された反転配置ダイオード１４がそれぞれ設けられている。ＩＧＢＴ１１及びＩＧＢＴ１２のそれぞれは、コレクタ接続部Ｃ、エミッタ接続部Ｅ及びゲート接続部Ｇを有している。反転配置ダイオード１４のそれぞれは、自身のアノードがＩＧＢＴ１１ないしＩＧＢＴ１２のそれぞれのエミッタ接続部Ｅに、カソードがコレクタ接続部Ｃにそれぞれ繋がっている。
【００２３】
次に、図４ａ〜４ｄに示されているように、部分巻線８が複数設定のうちいずれを取るかが特定される。減法的設定２０（図４ａ）では、部分巻線８の巻数が調整巻線３の固定的な部分から差し引かれる。この場合、電流Ｉは、方向に関係なく、第一の負荷分岐部６における第一の半導体スイッチ素子６１、部分巻線８、そして第二の負荷分岐部７における第二の半導体スイッチ素子７２を通って流れる。
【００２４】
加法的設定２１（図４ｂ）においては、部分巻線８の巻数が調整巻線３の固定的な部分に足し合わされる。この場合、電流Ｉは、方向に関係なく、第二の負荷分岐部７における第一の半導体スイッチ素子７１、部分巻線８、そして第一の負荷分岐部６における第二の半導体スイッチ素子６２を通るように流れる。
【００２５】
定格設定２２（図４ｃ及び図４ｄ）においては、電流Ｉは、あえて部分巻線８を素通りするように第一又は第二の負荷分岐部６，７に亘って導かれる。この設定では、部分巻線８の巻数は、調整巻線３に何の影響も持たない。
【００２６】
細かいステップでの調整を実現しかつステップの合間を作り出せるように、パルス幅変調を用いて、上述の三つの設定のうち二つの設定間で周期的に切り換えられる。減法的設定２０ないし加法的設定２１と定格設定２２との間で切り換えられる場合は、切換モジュール５の静的動作側及び活性動作側が定められなければならない。これが、調整する場合である。それぞれの側には、常に半導体スイッチ素子６１，７１又は半導体スイッチ素子６２，７２が属しており、これらは、同じ側、つまり部分巻線８の前側ないし部分巻線８の後側に位置している。したがって、第一の負荷分岐部６の第一の半導体スイッチ素子６１と第二の負荷分岐部７の第一の半導体スイッチ素子７１が活性動作状態にされかつ第一の負荷分岐部６の第二の半導体スイッチ素子６２と第二の負荷分岐部７の第二の半導体スイッチ素子７２が静的動作状態にされるか又はその逆とされるかどうかについて定められなければならない。この決定内容に応じて、半導体スイッチ素子６１，６２，７１，７２のＩＧＢＴ１１，１２が様々にスイッチングされなければならない。定められた静的動作側における半導体スイッチ素子は、方法を実施する間、常に電流を通す状態もしくは電流を通さない状態に維持されるが、このとき一方の半導体スイッチ素子は電流を通す状態に、他方は電流が流れない状態とされている。活性動作側では、半導体スイッチ素子は、パルス幅変調が実行されることによって活性動作状態に切り換えられ、つまりは半導体スイッチ素子が異なる複数の設定状態を取る。減法的設定２０と加法的設定２１との間の切り換えの際には、両側が活性動作状態にされる。
【００２７】
図５の実施例において、図示された切換モジュール５の活性動作側は、第一の負荷分岐部６の第一の半導体スイッチ素子６１と第二の負荷分岐部７の第一の半導体スイッチ素子７１とからなる。したがって、図５における静的動作側は、第一の負荷分岐部６の第二の半導体スイッチ素子６２と第二の負荷分岐部７の第二の半導体スイッチ素子７２とからなる。
【００２８】
静的動作側では、第二の負荷分岐部７の第二の半導体スイッチ素子７２は、常に電流を通す状態とされている。逆に、第一の負荷分岐部６の第二の半導体スイッチ素子６２は、常に電流を通さない状態とされている。したがって、電流Ｉは、第一のＩＧＢＴ１１と、第二のＩＧＢＴ１２に接続されている反転配置ダイオード１４とを通って流れるか、あるいは、逆方向に、第二のＩＧＢＴ１２と、第一のＩＧＢＴ１１に接続されている反転配置ダイオード１４とを通って流れる。第一の負荷分岐部６における第二の半導体スイッチ素子６２の第一及び第二のＩＧＢＴ１１，１２は、これに対して常に電流を通さない状態とされているため、ここには何らの電流Ｉも流れない。
【００２９】
活性動作側では、第一の半導体スイッチ素子６１，７１の第一のＩＧＢＴ１１又は第二のＩＧＢＴ１２のどちらかは、その順方向が電流の流れる方向に一致しない方が電流を通さない状態とされる。電流Ｉは、このとき、それらに並列に接続された反転配置ダイオード１４を介して流れる。第一の半導体スイッチ素子６１，７１の残りの二つのＩＧＢＴ１１又はＩＧＢＴ１２のうち、一つは、常に電流を通す状態とされ、その一つとはつまり、そのコレクタ接続部Ｃが部分巻線８の負極「−」に接続されるとともに、そのエミッタ接続部Ｅが部分巻線８の正極「＋」と接続（場合によっては他のＩＧＢＴないし反転配置ダイオードを介して接続）されている。最後に、活性動作側の四番目のＩＧＢＴは、目標としている中間段階に合わせて所定の通電率（Ｔａｓｔｖｅｒｈaｌｔｎｉｓ）で周期的に駆動される。このＩＧＢＴのコレクタ接続部Ｃは、その結果、正極「＋」側にあり、エミッタ接続部Ｅにおいて負極「−」側にある。
【００３０】
電流値がゼロ値を横切る直前に、各半導体スイッチ素子における、周期駆動されたＩＧＢＴに対して逆向きに直列配置されたＩＧＢＴのスイッチが入れられることで、電流方向の転換に際して確実な電流経路が保証される。
【００３１】
図５の実施例において、電圧Ｕの向きは、部分巻線８の上側に正極「＋」、下側に負極「−」が来るようになっている。電流Ｉは左から右に流れているので、このときには、第一の半導体スイッチ素子６１，７１の第一のＩＧＢＴ１１と、第一の半導体スイッチ素子６１，７１の第二のＩＧＢＴ１２に並列に接続されている反転配置ダイオード１４とが使用される。第一の半導体スイッチ素子６１，７１の第一のＩＧＢＴ１１に着目すると、第二の負荷分岐部７における第一の半導体スイッチ素子７１の第一のＩＧＢＴ１１のコレクタ接続部Ｃ側に、部分巻線８の正極「＋」があり、エミッタ接続部Ｅ側に、部分巻線８の負極「−」がある。したがって、このＩＧＢＴが周期駆動され、その一方で第一の負荷分岐部６における第一の半導体スイッチ素子６１の第一のＩＧＢＴ１１は電流を通し続ける状態にある。第二の負荷分岐部７における第一の半導体スイッチ素子７１の第二のＩＧＢＴ１２は、電流値がゼロ値を横切る直前、つまり、電流Ｉの方向が転換する前に電流を通す状態に切り換えられる。
【００３２】
電圧の向きないし電流の方向が転換した後、毎回、どのＩＧＢＴが電流を通す状態とされ、どれが電流を通さない状態とされ、どれが周期駆動されるかが改めて決められる。このとき、活性動作側と静的動作側を入れ替えることが、損失を均等に振り分けるのに寄与し、その結果、構成要素の寿命を延ばすことにつながり得る。
【００３３】
負荷時タップ切換装置１の純粋なオーム抵抗による負荷では、電流Ｉの方向と電圧Ｕの向きとは、部分巻線８において同時に変化する。誘導性及び容量性の負荷では、電圧Ｕの向きは、電流Ｉの方向の変化に対してずれて変化する。
【００３４】
図６に、図５の切換モジュール５が示されている。半導体スイッチ素子６１，７１を有した切換モジュール５の左側は、前に決定したとおり、依然として活性動作状態にあり、半導体スイッチ素子６２，７２を有した切換モジュール５の右側は静的動作状態にある。この図では、電流Ｉの方向が変化したために、電流は、切換モジュール５の右側から左側に向かって流れる。オーム抵抗による負荷であることから、部分巻線８における電圧Ｕの向きも同じく逆転する。部分巻線８の上端部には、かくして負極「−」が、部分巻線８の下端部には、正極「＋」がある。
【００３５】
静的動作側では、電流Ｉは、第二の負荷分岐部７における第二の半導体スイッチ素子７２を介して、それも特に、第二の半導体スイッチ素子７２の第二のＩＧＢＴ１２と、第二の半導体スイッチ素子７２の第一のＩＧＢＴ１１に並列に接続されている反転配置ダイオード１４とを介して導かれる。第一の負荷分岐部における第二の半導体スイッチ素子６２は、ここでは常に電流が流れない状態とされている。切換モジュール５の活性動作側では、電流Ｉは、第一及び第二の半導体スイッチ素子６１，７１の第一のＩＧＢＴ１１に並列に接続されている反転配置ダイオード１４及び第一及び第二の半導体スイッチ素子６１，７１の第二のＩＧＢＴ１２を介してのみ流れることができる。このとき、第二の負荷分岐部７における第一の半導体スイッチ素子７１の第二のＩＧＢＴ１２のコレクタ接続部Ｃには、正極「＋」があり、したがって、こちらが周期駆動される。第二の負荷分岐部７における第一の半導体スイッチ素子７１の第二のＩＧＢＴ１２が周期駆動されるので、第一の負荷分岐部６における第一の半導体スイッチ素子６１の第二のＩＧＢＴ１２は、したがって、電流を通し続ける状態に切り換えられている。
【００３６】
一連の動作の間、活性動作側にある半導体スイッチ素子６１，６２，７１，７２のいずれかは、常に電流を通し続ける状態にある、つまりオーム抵抗が小さいことから、従来技術における高抵抗設定から低抵抗設定に移行する際に生じるスイッチングロスは、明らかに低減される。これにより、切換モジュール５における熱の発生が減り、その結果、冷却により取り去られなければならない熱エネルギーはより少なくなる。総じて、この方法を用いれば、スペース的により小さな、したがって、低コストな冷却装置を使用することが可能となる。
【００３７】
図７には、第一の切換モジュール５１、第二の切換モジュール５２及び第三の切換モジュール５３が直列に接続されている負荷時タップ切換装置１が図示されている。これらの切換モジュール５１，５２，５３の部分巻線８は、異なる巻数比を有している。特に有利には、巻数比の配分は、９：３：１である。本発明に係る方法を用いることによって、切換モジュール５１，５２，５３の少なくともいずれか一つにおいて、そこで作られたより細かな中間段階と、他の切換モジュール５１，５２，５３の段階とを組み合わせることが可能となる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図４ｄ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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