Yükte kademe değiştiricinin temel prensibi 1920'lerin sonlarında mükemmelleştirildi ve gerekli çalışma mekanizması iki koşulu karşılamalıdır: birincisi, kademe değiştirme işlemi sırasında yük akımının kesilmesine izin verilmez; İkinci olarak kademe değiştirici işlemi sırasında sargının hiçbir yerinde kısa devreye izin verilmez. Yükte kademe değiştiricilerin ilk zamanlarında yukarıdaki hedeflere ulaşmak için reaktörler kullanılırken, modern yükte kademe değiştiricilerde reaktörlerin yerini birçok avantajı olan geçiş dirençleri almıştır. Geçiş dirençlerinin kullanımı daha uzun kontak ömrü avantajına sahiptir (birlik güç faktöründe anahtarlamayla ilişkili daha kısa ark başlatma süresi nedeniyle), ancak genel olarak konuşursak, yük kademe değiştiricilerinde merkez kademe reaktansı daha yaygındır: reaktörü sürekli ve kararlı nominal parametrelere sahip olacak şekilde tasarlayabilirler, geçiş dirençleri hatta bağlandığında daha yüksek güç tüketimine sahiptir, bu da nominal parametrelerinin yalnızca sınırlı bir süre için garanti edilebilmesini sağlar. Kademe değiştiricinin mekanik çalışması garanti edilebilirse yukarıdaki durum ciddi sonuçlar doğurmayacaktır. Bununla birlikte, yukarıdaki hedeflere ulaşmak için yapılan çeşitli girişimler genel olarak başarılı olsa da, kademe değiştiricinin bir çalışma döngüsünü düzgün bir şekilde tamamlayamaması durumunda hala hasar riski bulunmaktadır.
Yük kademe değiştiricilerinin ilk tasarımlarında, kademe değiştirici kazaları durumunda transformatörleri açmak ve kapatmak için termal koruma cihazları yaygın olarak kullanılıyordu. Bu ilk kademe değiştiriciler düşük kademe değiştirme hızlarına ve yavaş kontak ayırma hızlarına sahipti ve ark oluşumu birkaç buçuk döngü sürebiliyordu. Kontaklar arasındaki boşluk, arkın yeniden alevlenmesi olasılığı olmaksızın yeterince büyük olduğunda, akımın sıfırdan geçtiği anda ark sonunda sönecektir. Ark kontağı genellikle saf bakır malzemeden yapılır.
Reaktif veya dirençli olsun, erken yük kademe değiştiricilerinin mekanik tahrik yöntemleri ya doğrudan tahrik ya da enerji depolama tahrikiydi. Enerji depolama makineleri tarafından tahrik edilen enerji, volan veya yayda depolanır. Ancak bu tür bir tahrik mekanizması genellikle karmaşık dişli aktarımı ve şaft aktarımı gerektirir ve mekanik arıza olasılığı dikkate alınmalıdır.
Günümüzde, yükte önceden tasarlanan kademe değiştiricilerin çoğunun yerini yüksek-hızlı dirençli kademe değiştiriciler almıştır. Bu anahtarlama işlemlerinin güvenilirliği, esas olarak enerji depolama tahrik mekanizmasının spesifik anahtarlama mekanizması ile yakın entegrasyonu nedeniyle büyük ölçüde iyileştirilmiştir, böylece erken tasarımdaki birçok eksiklik giderilmiştir. Bakır tungsten alaşımlı kontakların kullanılması, kontakların ömrünü büyük ölçüde artırır ve anahtarın anahtarlama prensibini temelden değiştirir. İnsanlar, kontakların ömrünün ark süresiyle yakından ilişkili olduğunu fark etmiş ve akımın ilk sıfır geçişi anında arkın söndürülmesi, günümüzde yük kademe değiştiricilerinin tasarımında temel prensip haline gelmiştir.
Köprü direnci, nominal parametrelerini kısa bir süre boyunca koruyabilir, ancak mekanik anahtarlama eyleminin iyileştirilmesi ve yüksek-performanslı direnç malzemelerinin kullanılması ve direncin devredeki sürekli çalışma süresinin yalnızca birkaç milisaniye olmasıyla, direnç hasarı riski ihmal edilebilir hale gelir. Çift dirençli kademe değiştiriciler için kademe değiştirme döngüsü genellikle 75 ms'den azdır.
Yüksek-hızlı direnç geçişi kullanmanın üstünlüğü, transformatör yağının büyük ölçüde geliştirilmiş kullanım ömrüne de yansır. Yük kademe değiştiricisinin bağlantı ve ayırma kontakları etrafındaki transformatör yağı, ayırma arkı çevresinde oluşan karbon siyahı ile kirlenecektir. Karbon siyahının oluşumu doğrudan yük akımının büyüklüğü ve arkın süresi ile ilgilidir. Yükte düşük-hızlı kademe değiştiricilerin ilk tasarımında, binlerce işlemin ardından transformatör yağının arıtılması veya değiştirilmesi gerekiyordu. Günümüzde, transformatör yağının arıtılmasından veya değiştirilmesinden önce izin verilen anahtarlama işlemi sayısı, geçmiştekinin yaklaşık 10 katına ulaşmıştır.
Merkezi kademe reaktans tipi kademe değiştiricinin, yüksek-hızlı geçiş direnci tipi kademe değiştiricilerin sahip olmadığı belirli avantajları vardır; bu, esas olarak reaktörün kademe değiştiriciler arasına bağlanmasıyla bu yapının, transformatörün kademe kademelerine kıyasla iki kat etkili çalışma konumu elde edebilmesi gerçeğinde yansıtılmaktadır. Dolayısıyla, transformatörlerin çok sayıda kademe aşamasına ihtiyaç duyduğu durumda, merkezi kademe reaktans kademe değiştiricilerinin bariz avantajları vardır ve Kuzey Amerika'daki bazı üreticiler hala bu yapıyı kullanmaktadır. Reaktif kademe değiştiricilerin kullanıldığı yerlerde, kontak ömrünü uzatmak için şönt dirençlerin kullanılması ve reaktörün bobin yapısının vakum anahtarlarının kullanımına imkan verecek şekilde değiştirilmesi de dahil olmak üzere bazı özel anahtarlama yapıları kullanılmaktadır. Ancak bu yapıların, dolaşım akımını keserken güvenli çalışma voltajı konusunda belirli sınırlamaları vardır.
Kademe değiştiricilerin ilk tasarımında, transformatörlerin her biri bir çeşit seçici anahtar ve izolasyon anahtarıyla donatılmış iki paralel kademe sargısına sahip olması gerekiyordu. Kademe değişikliği gerektiğinde, bir sargıdaki izolasyon anahtarını açın, yükü başka bir kademe sargısına değiştirin, açık sargıda bulunan seçim anahtarını yeni kademe konumuna getirin ve ardından izolasyon anahtarını tekrar kapatın. İkinci sarım için kademe değiştirme yöntemi yukarıda açıklanan işlemle tamamen aynıdır. İki sargı yeni kademe konumuna paralel olarak tamamen bağlandığında, bir kademe değiştirme işlemi tamamlanır.
Bu kademe değiştirme yönteminin dezavantajı, iki paralel kademe sargısının dönüşümlü olarak aşırı yüke maruz kalması ve transformatör tasarımcısının, iki sargı arasındaki asenkron kademe konumları durumunda iki sargıda oluşan dolaşım akımını sınırlamak için önlemler alması gerektiğidir. Bu yapıda, anahtarlama sırası veya anahtarlama mekanizmasındaki herhangi bir hata, felaketle sonuçlanabilir.
