用于控制基于晶闸管开关元件的开关模块的方法与流程

本发明涉及一种用于控制基于晶闸管半导体开关元件的开关模块的方法。特别是本发明涉及一种用于控制至少一个开关模块的方法，其中，所述开关模块包括第一换向单元和第二换向单元，所述第一换向单元和第二换向单元分别通过第一端子和第二端子配置给调节变压器的调节绕组。每个开关模块设有馈入线和导出线。

背景技术：

在ieeeenergyconversioncongressundexposition(raleigh,nc,usa,sept.2012)范畴中公开的文献“controlofthyristor-basedcommutationcells”描述一种用于控制换向单元的方法。所描述的系统设备包括变压器，所述变压器包括由主干绕组和调节绕组组成的初级侧和带有次级绕组的次级侧。初级侧的调节绕组可以借助于由四个半导体开关元件组成的布置结构通过三种不同方式与主干绕组连接。在第一开关模式下，调节绕组可以与主干绕组串联连接。在第二开关模式下，调节绕组可以反向于主干绕组连接。在第三开关模式下，调节绕组可以从电路连接出来，亦即没有电流流经调节绕组。相应地，四个半导体开关元件和调节绕组共同形成一个开关模块。开关模块包括两个换向单元。每个换向单元包括上和下电流路径。两个电流路径可以分别通过反并联连接的晶闸管对连接成“导通”或“关断”状态。根据晶闸管对位于在何种状态，要么上路径要么下路径持久地电流流经。

所述文献描述两种可能的换向策略用以将电流由最初导通的路径换向到最初关断的路径中。按照第一换向策略，只要对于换向存在适宜的条件，则等待之前限定的换向时刻。如果达到该换向时刻，那么停用之前导通的晶闸管对并且等待延迟时间，所述延迟时间确保晶闸管不出现不希望的反向点火。在经过延迟时间之后，激活之前关断的晶闸管对，实现电流由之前导通的路径到之前关断的路径的换向，并且结束换向。如果不满足对于换向适宜的条件，那么按照第二换向策略开始换向，也称为强制换向或通过短路的换向。

us3,619,765描述一种用于对在电气网络之内变压器的绕组抽头接线的调节设备以及方法。变压器连接交流电压源与负载。变压器的每个绕组抽头配置有半导体开关元件，所述半导体开关元件由分别两个反并联设置的晶闸管组成。

按照该方法，如果显示出交流电压源到负载的功率流，那么仅仅允许提高负载电压的切换动作。如果显示出由负载到交流电压源的功率流，那么仅仅允许降低负载电压的切换动作。附加地，在负载电流与交流电压的交零附近抑制切换动作。通过这种方式防止在由第一绕组抽头转换到第二绕组抽头时各绕组抽头的短路。

在现有技术中已知的用于控制换向单元的方法在此不考虑歪曲的、特别是快速变化的负载电流。歪曲的负载电流可能在已知的方法中基于不希望的流向变化导致要接通的绕组部分的不希望的短路。

晶闸管众所周知是功率半导体，其在功率电子技术中设计为用于切换大电流和电压。在下文中结合晶闸管应用如下术语：

》主电压《是在晶闸管的阳极与阴极之间的电压；

》主电流《是流经晶闸管的阴极的电流；

》控制电压《是在晶闸管的门极与阴极之间的电压，如果门极相比于阴极具有更高的电位，那么控制电压是正的；

》控制电流《是通过晶闸管的门极的电流；

》点火电流《是流入到门极中的控制电流，于是晶闸管的控制电流是正的；

》前向方向《是由阳极到阴极的方向；

》前向电压《是沿前向方向极化的主电压，于是主电压是正的；

》前向电流《是沿前向方向流动的主电流，于是主电流是正的；

》反向方向《是由阴极到阳极的方向；

》反向电压《是沿反向方向极化的主电压，于是主电压是负的；

》关断状态《和》导通状态《是当前向电流流经时晶闸管可以占据的两个稳定的运行状态，；

》闭锁电流《、》保持电流《和》释放时间《是相应的晶闸管的特征性的特性参量且大多在其参数页中说明。

晶闸管众所周知可以置于导通状态中，这也称为点火或接通，其方式为施加前向电压，并且至少短时地、典型地大约10μs地施加正的控制电压且产生点火电流，直至前向电流超过闭锁电流。现在晶闸管即使在如下情况下也保持在导通状态，即如果控制电流消失或甚至转换极性，不过仅仅只要前向电流不低于保持电流且存在前向电压。不过一旦主电压转换极性，从而由前向电压变为反向电压，或者前向电流低于保持电流，晶闸管过渡到关断状态，这也称为熄灭或关断。此外，在下文中“停用”表示，停用门极操控，用以阻止晶闸管点火。相应地，“激活”表示，通过操控晶闸管的门极能实现点火。

正常的晶闸管——其也称为自然换向的晶闸管——众所周知仅仅可以通过前述方式熄灭。gto(门极关断)晶闸管可以附加地通过产生熄灭电流被熄灭。因此，正常的晶闸管通常最早在如下情况下熄灭，即如果主电流达到下一交零，相比之下gto晶闸管可以在每个任意时刻被熄灭。正常的晶闸管现在例如设计用于直至2.2ka和更大的电流以及用于直至7kv和更大的电压，相比之下gto晶闸管现在仅仅能够设计为用于更低的电流和电压且是更昂贵的。

在熄灭之后，晶闸管需要确定的时间间隔，直至其又可以沿前向方向接收电压。该时间间隔称为禁止时间并且由释放时间和安全余量的和形成。

换向单元的控制在下文中一般理解为：如此操控换向单元，使得可以安全地达到预期的切换状态。

此外区分正常换向与强制换向。如果电流通过换向单元的之前导通的开关元件直接并且在短时间内换向到之前关断的开关元件，那么应用术语正常换向。物理换向——其中电流由一个负载分支换向到另一负载分支——在正常换向地情况下在此在如下时间范围中实现，在该时间范围负载电流和感应电压具有不同符号。相比之下在强制换向的情况下，换向通过有意的短时的短路实现。在构建的且在电压交零之后又衰减的短路电流期间，之前导通的开关元件或其晶闸管具有足够的时间被释放。强制换向可以相比于正常换向而言随时被实施。

技术实现要素：

本发明基于的任务在于，实现一种用于控制基于半导体开关元件的开关模块的方法，以便降低各个半导体开关元件的电气负载。

该任务通过一种包括权利要求1的特征的方法解决。

在该背景下，本发明按照第一方面提出一种用于控制至少一个开关模块的方法，该开关模块由第一换向单元和第二换向单元组成。换向单元分别通过第一端子和第二端子配置给调节变压器的调节绕组。每个开关模块设有馈入线和导出线。换向单元在此包括第一开关元件和第二开关元件，所述第一开关元件和第二开关元件分别由两个反并联连接的晶闸管组成。

在所述用于控制开关模块的方法的范畴中确定如下参量：

·交流电压，其称为抽头电压且存在于第一与第二输入端子之间且是在调节变压器的调节绕组上的电压；

·交流电压，其称为感应电压且是在调节绕组中感应电压；

·交流电流，其称为负载电流且从换向单元的导出线流出；

·在负载电流与抽头电压之间的相位移动；

在方法的范围中，为了按照第一换向策略将电流由第一开关元件换向到第二开关元件在获得换向命令之后实施第一检测。在此检测：在负载电流与抽头电压之间的相位移动是否位于在极限范围之外。如果相位移动位于在极限范围之外，那么第一检测的结果评估为肯定的。

附加地，实施第二检测，即：直至抽头电压的下一预期的交零的时间是否大于换向时间段；以及如果是这样的情况，那么将结果评估为肯定的。换向时间段在此是晶闸管的叠加时间和禁止时间的和。叠加时间描述如下时间，在换向期间在所述两个开关元件中是导通的。晶闸管的禁止时间由晶闸管的释放时间以及安全余量组成。安全余量在此也可以是可变的并且例如与在一定的时刻在晶闸管上感应电压或电流的数值有关。如果直至抽头电压的预期的下一交零的时间大于换向时间段，那么检测的结果评估为肯定的。

如果第一和第二检测是肯定的，那么准备换向过程，其方式为停用属于第一开关元件和沿对于感应电压的阻止方向的第一晶闸管。激活属于第二开关元件和沿对于感应电压的关断方向的第二晶闸管。

在准备换向过程之后，只要直至抽头电压的预期的下一交零的时间大于换向时间段，实施第三检测，即第一晶闸管是否变为释放。且如果是这样的情况，那么检测评估为肯定的。

如果第三检测评估为肯定的，那么开始换向，其方式为激活与第二晶闸管反并联的第三晶闸管，并且停用与第一晶闸管反并联的第四晶闸管。

对于如下情况，即第一和/或第二检测未评估为肯定的，那么不开始按照第一换向策略的换向。对于如下情况，即第三检测未评估为肯定的，那么中止按照第一换向策略的换向。

抽头电压可以直接例如借助于电压传感器测量。对于没有电流流经调节绕组的情况，感应电压可以被直接测量。如果电流在调节绕组中流动，那么感应电压可以通过负载电流以及抽头电压的测量基于模型确定。用于确定抽头电压和感应电压的另一可能性例如是测量在变压器的另一(调节)绕组上的负载电流和抽头电压以及应用感应电压和抽头电压的已知的基于模型的计算，例如根据变压器的导纳矩阵。

如果晶闸管的门极是受操控的以能实现点火，那么晶闸管视为激活的。如果晶闸管的门极不是受操控的来阻止晶闸管的点火，那么类似地其视为停用的。

晶闸管例如可以构成为正常的晶闸管或光点火的晶闸管。

晶闸管的激活和停用根据控制单元实现。该控制单元还构成为，通过相应为此构成的传感器检测相关测量参量，如例如抽头电压或负载电流。由借助于传感器检测的测量参量或数据可以根据由现有技术已知的确定和计算方法来确定另外的相关的控制参量，例如感应电压或在负载电流与抽头电压之间的相位移动。出于清晰性和简单的原因不再进一步讨论应用传感器对测量参量的确定，因为对于本领域内技术人员清楚的是，应用何种传感器用以确定相关的测量参量。

本发明即使在歪曲的负载电流的情况下也能实现级联开关和带有基于晶闸管的开关模块的其他装置的安全运行，而不会出现在第一与第二端子之间不希望的短路。调节绕组的短路由于绕组的小的阻抗而导致高的短路电流。该高的短路电流是不希望的，因为开关元件/晶闸管在优化的系统设计的情况下不设计用于持续较长的且高的短路电流。频繁出现的高短路电流导致开关元件/晶闸管的高负载，这不利地影响其寿命。这主要在如下情况下适合，即当需要频繁的开关操作时。相应地应尽可能避免短路。

此外通过提出的方法确保：在每个时刻每个换向单元的至少一个晶闸管沿流向是可导通的。此外，通过按照本发明的方法有利地也能实现晶闸管的较小的规格，这实现了关于结构空间和绝缘间隔的附加的自由空间。

提出的方法的一个实施形式确定：中止换向，其方式为停用第二晶闸管，并且激活第一晶闸管。由此确保，系统返回稳定的初始状态。

提出的方法的一个实施形式确定：在准备换向过程之后：只要直至抽头电压的预期的下一交零的时间大于换向时间段，那么实现第四检测。在此检测：抽头电压的数值是否低于抽头电压的极限值，并且如果是这样的情况，那么结果评估为肯定的。如果第三检测和第四检测的结果评估为肯定的，那么开始换向。否则中止换向，其方式为停用第二晶闸管且激活第一晶闸管。

有利的是，限制在转换时刻的最大抽头电压，由此使得晶闸管的负载最小化。优选地，抽头电压的极限值——通过所述极限值使得晶闸管的点压负载最小化——为抽头电压的峰值的数值的30％或40％或50％或60％或70％。晶闸管的电压负载的最小化在此导致总系统的更有利的设计、延长的寿命以及提高的可靠性。

提出的方法的一个实施形式确定：如果按照第一换向策略的换向比预定数量更频繁地被中止；和/或在负载电流与抽头电压之间的相位移动不足够大，那么按照第二换向策略实施换向。在该第二换向策略的情况下，在获得换向命令之后在强制换向中等待点火时刻。在强制换向中达到点火时刻的情况下，停用第四晶闸管且激活第三晶闸管。在抽头电压的交零之后停用第一晶闸管且激活第二晶闸管。

强制换向的实施例如在如下情况下可能是必要的，即如果存在调节变压器或通过调节变压器供电的负载的临界运行状态并且立即的调节为了总系统的安全运行是绝对必要的。在该情况下可以通过控制单元开始立刻的强制换向。

如果多次相继地中止正常的换向，那么这可以推断出：外部系统条件例如相位移动、电流和电压的歪曲不允许正常换向并且系统条件的快速变化是不可预期的。在该情况下，控制单元同样可以开始强制换向。

为了评估调节变压器或供电的负载的临界的运行状态，可以在控制单元中保存另外的参数和极限值、例如对于相关的系统参量的参数和极限值。

优选地，为中止的换向策略的预定数量例如选择值3或5或7或10。

提出的方法的一个实施形式确定：在强制换向的情况下按照晶闸管的禁止时间以及由第二换向策略产生的最大电流负载的函数来确定点火时刻。晶闸管的禁止时间在此由晶闸管的释放时间以及安全余量组成。安全余量在此也可以是可变的并且例如与在一定的时刻在晶闸管上电压或电流的数值有关。

提出的方法的一个优选实施形式确定：所述换向时间段等于晶闸管的叠加时间和禁止时间的和。

提出的方法的一个优选实施形式确定：所述叠加时间于火角α和负载电流有关且描述如下时间，在该时间中换向单元的两个开关元件在换向过程期间是能导通的。

提出的方法的一个优选实施形式确定：对于在负载电流与抽头电压之间相位移动的极限范围适用如下：

其中其中，是负的容性极限值。

负的容性极限值例如可以为-5°或-7.5°或-10°或-12.5°或-15°或-40°。

本发明按照第二方面提出一种计算机程序产品，其中，所述计算机程序产品提供在非易失性和计算机可读的介质上且使得控制单元执行根据按照本发明的第一方面的方法。

对于本发明的方面中之一、特别是对于该方面的各个特征的阐述相应地也类似地适用于本发明的其他方面。

附图说明

在下文中示例性地根据附图进一步阐明本发明的各实施形式。由此得出的各个特征然而不限于各个实施形式，而是也可以与再上面描述的各个特征或与其他实施形式的各个特征相联系或组合。附图中的细节可解释为仅仅阐述性地，但不是限制性的。在权利要求书中包含的附图标记不应以任何方式限制本发明的保护范围，而是仅仅指示在附图中的特征且有助于本发明的理解。附图示出：

图1示出带有功率电子开关模块的调节变压器的示意图；

图2a示出包括调节绕组的功率电子开关模块的结构；

图2b示出包括所观察的开关模块的电气参量的电气等效电路图；

0示出换向单元的示意结构

图4示出提出的用于换向控制的方法的流程图；

图5a示出在图3的换向单元中电流和电压的时间曲线，包括在按照图4中的方法正常的换向的情况下对于方法的实施相关的时刻t0-t5；

图5b示出在按照图4中的方法的正常换向的情况下晶闸管的状态以及换向单元的状态；

图6示出在按照图4的方法的强制换向的情况下晶闸管的状态以及换向单元的状态；

图7示出点火时刻t(以度为单位)，在该时刻根据晶闸管的禁止时间以及最大负载电流和短路电流的峰值而开始强制换向；以及

图8示出如下区域，在该区域中在感性以及容性负载情况下正常的换向是可能的。

具体实施方式

图1示出调节变压器1的示意结构。调节变压器1由可调节的初级侧1a和次级侧1b组成。初级侧1a包括主干绕组2以及开关模块5。次级侧1b包括次级绕组3。开关模块5包括调节绕组8以及开关元件61、62、63、64。在次级绕组3上降落的输出电压vsek与在调节变压器1的初级侧上的输入电压vprim以及调节变压器1的变压比有关。调节变压器1的变压比和由此输出电压vsek可以通过主干绕组2与调节绕组8的接线而被影响。为了将调节绕组8与主干绕组2界限，借助于开关元件61、62、63、64产生三个可能的配置。在第一配置下，调节绕组8与主干绕组2串联连接。在第二配置下，调节绕组8可以反向于主干绕组2连接。在第三配置下，调节绕组8可以从电路连接出。在该情况下没有电流流经调节绕组8。换向单元9a、9b的控制通过控制单元50实现。在需要时，多个开关元件5也可以串联连接。此外，借助于一个或多个开关模块5在调节变压器1的次级侧3上的调节也是可能的。

图2a示出开关模块5的示意结构。开关模块5包括两个换向单元9a、9b以及调节绕组8。每个换向单元9a、9b具有第一负载分支6a、6b以及与其并联设置的第二负载分支7a、7b。调节绕组8设置在第一端子10与第二端子20之间。开关模块5还包括进入开关模块中的馈入线4a和从开关模块5出来的导出线4b。

图2b示出电气参量，其在下文中用于阐明用于换向控制的方法。负载电流il(正弦交流电流)描述如下负载电流，其在馈入线4a中由主干绕组2进入到开关模块5中且在导出线4b中从开关模块5流出。如果负载电流il如图2b中所示在导出线4b中从开关模块5流出，那么将所述负载电流限定为正的。抽头电压vt(正弦抽头电压)在调节绕组8上降落且存在于端子10与20之间。如果实现由端子10朝端子20方向的电压降，那么所述抽头电压vt限定为正的。调节绕组8在等效电路图中建模为与调节变压器1的漏电感lσ，eff串联连接的正弦电压源。感应电压vi在此是调节绕组8的感应电压且lσ，eff是在换向过程期间调节变压器1的有效的漏电感。

图3示出换向单元9a的示意性结构。在第一端子10与导出线4之间设置上开关元件61，在第二端子20与导出线4之间设置下开关元件62。每个开关元件61、62由上晶闸管61a、62a和下晶闸管61b、62b组成，它们相互反并联接线。每个晶闸管61a、61b、62a、62b具有阳极连接端a、阴极连接端k和门极连接端g。每个开关元件61、62可以占据两个开关状态：导通状态和关断状态。在正常状态下，负载电流il根据开关元件61、62的开关状态要么流经第一负载分支6a中的上开关元件61或第二负载分支7a中的下开关元件62。在换向过程期间，电流短期地流经负载分支6a和7a中的两个开关元件61、62。

在下文中进一步描述所提出的按照图3、目的在于改变调节变压器1的变压比的、用于在换向单元9a中使电流换向的方法。示例性地，在此该方法根据负载电流il由上(在该情况下的第一)开关元件61到下(在该情况下的第二)开关元件62的换向进行描述。在换向过程之前，相应地激活第一开关元件61的所述两个反并联的晶闸管61a、61b并且第一开关元件61是导通的。此外，停用第二开关元件62的所述两个反并联的晶闸管62a、62b且第二开关元件62是关断的。以下实施方案适用于在抽头电压vt的负半波中负载电流il由第一开关元件61到第二开关元件62的换向。对于邻接的换向单元9b适用如下，即下开关元件64切换为导通，上开关元件63切换为关断。此外在下文中存在容性负载情况，在该情况下负载电流il超前于抽头电压vt。在下文中在适合的位置描述对于感性负载情况相关的限制或改变，其中负载电流il滞后于抽头电压vt。

其他可能的换向情况可以类似地借助以下规则描绘。

·通过交换晶闸管61a与晶闸管62a、交换晶闸管61b与晶闸管62b以及感应电压vi的反向而由第二开关元件62换向到第一开关元件61；

·通过交换晶闸管61a与晶闸管61b、交换晶闸管62a与晶闸管62b以及负载电流il和感应电压vi的反向在抽头电压vt的正半波中换向；

·考虑如下情况，即邻接的换向单元63导通且换向单元64关断，其方式为将感应电压提高如下份额

·在两个开关单元9a、9b中同时换向的情况下基于所述两个换向单元9a、9b的对称的构造而适用如下：

并且

图4示出方法的一般流程。在图5a中示出换向过程的时间流程包括抽头电压vt和负载电流il的编号曲线。在图5b中示出晶闸管的状态以及换向单元对于换向过程的各阶段的状态。

在初始状态310下，激活晶闸管61a和61b，因此第一开关元件61是导通的。停用晶闸管62a和62b，因此第二开关元件62是关断的。负载电流il以及感应电压vi两者具有负的符号，负载电流il流经晶闸管61a。

在时刻t＝t0(参见图5a)根据控制单元50实现用于负载电流il由第一分支6a到第二分支7a的换向的换向要求。晶闸管61a、61b、62a、62b的当前状态sact由此不再相应于预期的状态。时刻t0——在该时刻实现换向要求——在此可以是在抽头电压vt的负的半波中的任意时刻。按照该方法，现在尝试实施按照第一换向策略400的换向，此外也称为正常的换向。

为此首先在检测401中检测：是否满足对于正常换向过程的基本前提条件。对于正常换向过程的基本前提条件是：

·在负载电流il与抽头电压vt之间足够大的相位移动

·与抽头电压vt的下一交零的足够间隔；

·正常换向未已多次(nmax)中止。

如果相位角小于负的容性的极限值那么存在用于换向的足够大的相位移动。该条件是必要的，以便确保在换向的进一步进行中晶闸管61b的安全释放和可关断能力的安全构成。如下可以确定极限值

首先考虑使用最小点火角，对于该最小点火角正常的换向是可能的。该最小点火角对于容性情况由如下算出：

其中适用如下：

αmin：以度为单位的最小点火角

δ61a：以度为单位的晶闸管61a的禁止时间

γ：根据点火角α和负载电流il的叠加时间，其描述在换向期间在所述两个开关元件61、62中导通的时间

ω：以rad/s为单位的感应电压的频率

在负载电流il与抽头电压vt之间的相位移动

叠加时间γ在此使用根据图2b的等效电路图如下计算：

y＝(-acos(il·ω·lσ，eff/vs+cosα)-α)/ω

其中适用如下：

vs：感应电压vi的峰值

最大的点火角——对于该点火角正常的换向是可能的——通过如下限制：

αmax+ω·y(il，αmax)＝-δ61b(2)

其中适用如下：

amax：以度为单位的最大点火角

δ61b：以度为单位的晶闸管61b的禁止时间

最大相位移动——对于该最大相位移动，正常的换向是可能的——由此通过(1)和(2)的相等产生。在如下假定下，即晶闸管61a和晶闸管61b的禁止时间相同，由此对于极限值产生如下：

其中适用如下：

相位移动的负的容性极限值

δ：以度为单位的晶闸管的禁止时间

在感性负载情况下适用如下条件：

如果直至抽头电压vt的下一预期的交零的时间大于换向时间段tkomm，那么存在与抽头电压vt的下一预期的交零的足够间隔。tkomm在此表示叠加时间γ与禁止时间tp1的和。在如下假定下，即所有晶闸管具有相同禁止时间，适用如下：

tkomm＝y+tp1

其中适用如下：

tkomm：换向时间段

tp1：以秒为单位的晶闸管的禁止时间

为了区别于抽头电压vt的下一交零的足够的间隔，那么必须满足如下条件。

tkomm＜δtnull

其中适用如下：

δtnull：直至电压vt的下一预期的交零的时间

如以下所述，如果不满足对于安全的正常的换向的相应的条件，那么中止换向。如果正常的换向多次地相继中止，那么这可以推断如下，即外部系统条件如例如相位移动或负载电流il和抽头电压vt的歪曲不允许正常换向。为了提早识别该情况，在开始正常的换向过程之前检测：换向已是否经被多次中止。多次就此而言例如可以表示三次、五次或七次。

如果满足上述条件，那么检测401评估为肯定的且实施正常的换向过程。此外在步骤402中准备正常的换向，其方式为在图5a中的时刻t1停用晶闸管61a且激活晶闸管62a。晶闸管62a的激活是必要的，以便在负载电流il的方向的未预期的变化的情况下提供负载路径。由图5b可得知在时刻t1换向单元的相应配置。

在按照步骤402准备换向之后，为了确保换向的无错误的实施在步骤403中实现另一检测。在此检测：是否满足开始换向的条件。这些条件如下：

·释放之前停用的晶闸管61a；

·存在与抽头电压vt的下一交零的足够间隔；以及

·感应电压vi的数值在开始换向时位于在抽头电压的极限值vmax之下；

晶闸管61a允许被释放，在停用的门极操控的情况下在一定的时段tp1(禁止时间)上不引导电流。禁止时间tp1由晶闸管的释放时间以及安全余量组成。安全余量在此也可以是可变的。在本换向情况下，晶闸管61a仅仅在负载电流il的符号变化之后不再引导电流。这是在时刻t2的情况，其中负载电流il的符号由负变为正，并且晶闸管61b在上负载分支中接收负载电流il。

现在，按照正常换向策略监控：对于晶闸管61a的禁止时间tp1的持续时间没有电流流经该晶闸管61a。这例如通过观测负载电流il的方向或通过测量直接在晶闸管61a上的电流实现。一旦对于晶闸管61a的禁止时间tp1的持续时间没有电流流经该晶闸管61a，那么确保：该晶闸管61a已被释放，并且避免在由上负载分支6a到下负载分支6b的换向中晶闸管61a的不希望的再点火或反向点火。

此外如已经在步骤401中也在开始换向之前实现如下检测：是否按照如下条件存在与下一预期的电压交零的足够间隔：

tkomm＜δtnull

除了两个上述检测之外，优选地也监控抽头电压vt的数值。在开始换向时抽头电压vt的数值是对于晶闸管的要求的决定性因素。对此抽头电压的数值——其在换向时出现且必须通过晶闸管保持——优选限于预定的值，以便提高晶闸管的寿命以及可靠性且由此降低总系统的成本。作为最大的抽头电压——在该抽头电压下可以开始换向——优选选择额定电压vt的50％。

如果满足三个上述条件，那么在时刻t3在步骤404中开始由上负载分支6a到下负载分支6b中的换向，其方式为停用晶闸管61b且激活晶闸管62b。一旦激活晶闸管62b，那么通过晶闸管61b的电流下降，直至总负载电流il流经晶闸管62b。这是在时刻t4a经过叠加时间γ之后的情况(也参见图5b，时刻t4a/t4b)。在时刻t4a之后，对于晶闸管61b在抽头电压vt的下一预期的交零之前还存在足够时间(至少禁止时间tp1)来释放。随着在时刻t4b经过禁止时间tp1，晶闸管61b相应地达到其完全的可关断性。由此在抽头电压vt随后交零的情况下预防晶闸管61b的重新的不希望的点火。在时刻t5，抽头电压vt也改变其符号，负载电流il继续在下负载分支6b中流动。换向由此结束且达到最终状态302，在该最终状态下，晶闸管61a、61b、62a、62b的当前状态sact相应于通过控制器预定的状态sref。

如果在检测的范围中(步骤403)不满足所有条件，那么中止换向。为此激活晶闸管61a且停用晶闸管62a。由此系统在中止换向之后又处于其初始状态301。

对于如下情况，即不满足检测401的条件和/或已经多次中止换向过程(中止的数量n大于预定数量nmax)，然而即便如此应实施由上负载分支到下负载分支的换向，可以实施备选的换向方法500，该方法在下文中也称为强制换向500。强制换向500的必要性例如可以在如下情况下存在，即如果存在调节变压器1的临界运行状态或通过调节变压器1供电的负载且立刻的调节为了总系统的安全运行是绝对必要的。对于强制换向500，在获得用于负载电流il由上开关元件换向到下开关元件的换向命令之后在步骤501中等待，直至用于强制换向的必要的前提条件适合。强制换向的必要的条件是：

·与抽头电压vt的交零的足够大的间隔，从而对于晶闸管61b有足够的时间可用于释放；以及

·与抽头电压vt的交零的足够小的间隔，以便避免在换向过程期间不必要高的电流强度；

一旦这些条件满足，那么按照备选的换向方法实施强制换向。在图6中描绘各晶闸管以及开关元件61、62在强制换向的各个步骤中的状态。

在时刻t0，抽头电压vt位于在其负的半波中，负载电流il同样是负的，上开关元件61是导通的，下开关元件62是关断的，晶闸管61a引导负载电流il。在步骤501中，首先等待时刻tz2以用于开始强制换向500，在该时刻满足用于强制换向500的必要的条件。例如由图7可以得知作为禁止时间tp1以及最大电流负载的函数的优化的时刻tz2。il，max在此相应于负载电流il的理论上可能的最大数值，表示短路电流的峰值，该峰值在激活晶闸管62b之后在换向单元中构建。按照图6首先实现负载电流il的符号变化，从而晶闸管61b在时刻t1在实现负载电流il的方向变换之后引导负载电流il。

一旦达到优化的点火时刻tz2，在步骤502中实现开始强制换向，其方式为停用晶闸管61b且激活晶闸管62b。通过激活晶闸管62b产生端子10和20的短时短路，从而在时刻t3——该时刻直接位于在点火时刻tz2之后——形成通过晶闸管61a和62b的短时的短路电流(参见图6，t3)。在时刻t4感应电压vi的交零之后又形成短路电流。这在图4中以时刻t＝tnull表示。对于晶闸管61b在此期间存在足够时间来满足其用于释放的条件。在时刻t5结束强制换向，停用晶闸管61a且激活晶闸管62a(在图4中的步骤503)。系统现在位于在预期的状态302，其中晶闸管61a、61b、62a、62b的当前状态sact相应于通过控制器预定的状态sref。

在感性负载情况下——亦即负载电流il滞后于抽头电压vt——对于正常换向的条件和过程可以由上述容性负载情况简单导出。为此参照图8，其中左侧描绘容性负载情况，而右侧描绘感性负载情况。原本的物理换向过程实现，如所述仅仅在如下范围中是可能的，在该范围中负载电流il和抽头电压vt具有不同符号。该范围在图8中以ia、ib、iia和iib表示。在容性情况下范围ia——其中抽头电压vt是负的且负载电流il是正的——在此与在感性负载情况下的范围ib一致。为此类似地范围iia和iib一致。由此上面做出对于容性负载情况的范围ia的陈述类似地适用于感性负载情况的范围ib。

应说明的是，在感性负载下对于如下情况，在范围ib和iib之外提出的对正常换向的换向要求总是实现换向的中止。这原因在于，在步骤403中进行的检测结果不可以是肯定的，因为属于第一开关元件61且沿对于感应电压vi的阻止方向的第一晶闸管61a绝不可能在抽头电压vt的交零之前释放，因为抽头电压vt的交零在负载电流il的交零之前实现。在该情况下换向要求保持存在且可以电压交零之后亦即在范围ib或iib中实施。

对于强者换向，对于感应的负载情况不产生另外的特点。

附图标记：

1调节变压器、初级侧、次级侧

1a初级侧

1b次级侧

2主干绕组

3次级绕组

4a馈入线

4b导出线

5开关模块

6a、6b第一负载分支

7a、7b第二负载分支

8调节绕组

9a、9b换向单元

10第一端子

20第二端子

50控制单元

61开关元件

62开关元件

63开关元件

64开关元件

61a、61b、62a、…晶闸管

301初始状态

302结束状态

400换向策略

401检测

402步骤

403检测

404步骤

500备选的换向方法，强制换向

501步骤

502步骤

503步骤

a阳极连接端

k阴极连接端

g门极连接端

il负载电流

isc短路电流的峰值

lσ，eff调节变压器的漏电感

vi感应电压

vmax抽头电压的极限值

vprim输入电压

vsek输出电压

vt抽头电压

sact当前状态

sref预期的状态

t0…t5时刻

δtnull与抽头电压vt的下一预期的交零的时间间隔

在负载电流il与抽头电压vt之间的相位移动

相位移动边的负的容性极限值

α以度为单位的晶闸管的点火角

αmin在容性范围中换向的情况下最小的点火角

αmax在容性范围中换向的情况下最大的点火角

δ以度为单位的晶闸管的禁止时间

γ根据点火角α和负载电流il的叠加时间，其描述在所述两个开关元件61、62导通的换向期间的时间

ω以度/秒为单位的感应电压vi的频率

tp1以秒为单位的晶闸管的禁止时间

tkomm通过晶闸管的叠加时间γ和禁止时间tp1限定的换向时间段

tz2在强制换向时的点火时刻