Modulare Mehrpunktumrichter (MMC) hoher Leistung nehmen einen wachsenden Anteil bei Netzkupplungsanwendungen im Bereich der Höchstspannung ein. Die fehlerfallbedingte schlagartige Entladung des Energiespeichers eines Submoduls führt zu Stoßströmen, magnetischen Störfeldern und Explosionen von Leistungshalbleitern, welche Folgeschäden an weiteren Anlagenkomponenten hervorrufen können. Für weitere Leistungssteigerungen der Submodule sind weiterentwickelte Schutzmaß-nahmen zur Fehlerfallbeherrschung erforderlich.
Zusatzbeschaltungen im Zwischenkreis können die Auswirkungen von Fehlerereignissen signifikant reduzieren, ohne die Arbeitsweise des Submoduls merklich zu beeinträchtigen. Art und Auslegung der optimalen Zusatzbeschaltung sind von den elektrischen Kennwerten des Submoduls und der Bauart der verwendeten Leistungshalbleiter abhängig. Die Zusatzbeschaltungen lassen sich auf die beiden Zielstellungen Stoßstromreduktion im Zwischenkreis und Explosionsschutz für Halbleitermodule optimieren. Hochgeschwindigkeitssicherungen können beide Ziele erfüllen, besitzen jedoch technische und wirtschaftliche Einschränkungen.
Der neu eingeführte RL-Transformator erweist sich als optimale passive Zusatzbeschaltung zur Stoßstromreduktion für Leistungshalbleiter im Scheibenzellengehäuse, wenn keine einschränkenden Randbedingungen vorliegen.
Aktive Zusatzbeschaltungen sind das Mittel der Wahl für den Explosionsschutz von Leistungshalbleitern im Modulgehäuse. Das Auslösen der aktiven Zusatzbeschaltung lässt sich mit wenigen Bauteilen und ohne Stromversorgung erreichen. Das beobachtete parasitäre Verhalten des Nebenschlussthyristors stellt für die aktive Zusatzbeschaltung keinen Nachteil dar. Die quantitative Beurteilung von Zusatzbeschaltungen für den Explosionsschutz von Halbleitermodulen wird durch das neu eingeführte Explosionsintegral XI verbessert. Die Verbindung aus RL-Transformator und Nebenschlussthyristor bietet den höchsten Grad an Explosionsschutz für Halbleitermodule zusammen mit der Reduktion des Stoßstroms im Zwischenkreis.
Die Auswirkungen von Zusatzbeschaltungen auf die Stromschienen des Submodulzwischenkreises und benachbarte Komponenten lassen sich mit transienten FEM-Simulationen abbilden. Die Nutzung der FEM-Analyse erleichtert die Gestaltung der Zusatzbeschaltungen und reduziert den experimentellen Untersuchungsaufwand.