Minggu ini kita akan menganalisis penggunaan kapasitor film sebagai pengganti kapasitor elektrolit pada kapasitor DC-link. Artikel ini akan dibagi menjadi dua bagian.

Dengan perkembangan industri energi baru, teknologi arus variabel semakin umum digunakan, dan kapasitor DC-Link sangat penting sebagai salah satu perangkat kunci yang perlu dipilih. Kapasitor DC-Link dalam filter DC umumnya membutuhkan kapasitas besar, pemrosesan arus tinggi, dan tegangan tinggi, dll. Dengan membandingkan karakteristik kapasitor film dan kapasitor elektrolit serta menganalisis aplikasi terkait, makalah ini menyimpulkan bahwa dalam desain rangkaian yang membutuhkan tegangan operasi tinggi, arus riak tinggi (Irms), persyaratan tegangan lebih, pembalikan tegangan, arus masuk tinggi (dV/dt), dan umur panjang, kapasitor film lebih cocok digunakan. Dengan perkembangan teknologi pengendapan uap metalisasi dan teknologi kapasitor film, kapasitor film akan menjadi tren bagi perancang untuk menggantikan kapasitor elektrolit dalam hal kinerja dan harga di masa mendatang.

Dengan diperkenalkannya kebijakan-kebijakan baru terkait energi dan perkembangan industri energi baru di berbagai negara, perkembangan industri terkait di bidang ini telah membawa peluang baru. Dan kapasitor, sebagai industri produk hulu yang penting, juga telah memperoleh peluang pengembangan baru. Dalam energi baru dan kendaraan energi baru, kapasitor merupakan komponen kunci dalam pengendalian energi, manajemen daya, inverter daya, dan sistem konversi DC-AC yang menentukan umur konverter. Namun, pada inverter, daya DC digunakan sebagai sumber daya input, yang dihubungkan ke inverter melalui bus DC, yang disebut DC-Link atau dukungan DC. Karena inverter menerima arus pulsa RMS dan puncak yang tinggi dari DC-Link, ia menghasilkan tegangan pulsa tinggi pada DC-Link, sehingga sulit bagi inverter untuk menahannya. Oleh karena itu, kapasitor DC-Link diperlukan untuk menyerap arus pulsa tinggi dari DC-Link dan mencegah fluktuasi tegangan pulsa tinggi inverter agar tetap dalam kisaran yang dapat diterima; di sisi lain, kapasitor ini juga mencegah inverter terpengaruh oleh lonjakan tegangan dan tegangan berlebih transien pada DC-Link.

Diagram skematis penggunaan kapasitor DC-Link pada sistem penggerak motor kendaraan energi baru (termasuk pembangkit listrik tenaga angin dan pembangkit listrik tenaga fotovoltaik) dan sistem penggerak motor kendaraan energi baru ditunjukkan pada Gambar 1 dan 2.

Gambar 1 menunjukkan topologi rangkaian konverter daya angin, di mana C1 adalah DC-Link (umumnya terintegrasi ke modul), C2 adalah penyerapan IGBT, C3 adalah penyaringan LC (sisi jaringan), dan C4 adalah penyaringan DV/DT sisi rotor. Gambar 2 menunjukkan teknologi rangkaian konverter daya PV, di mana C1 adalah penyaringan DC, C2 adalah penyaringan EMI, C4 adalah DC-Link, C6 adalah penyaringan LC (sisi jaringan), C3 adalah penyaringan DC, dan C5 adalah penyerapan IPM/IGBT. Gambar 3 menunjukkan sistem penggerak motor utama dalam sistem kendaraan energi baru, di mana C3 adalah DC-Link dan C4 adalah kapasitor penyerapan IGBT.

Dalam aplikasi energi baru yang disebutkan di atas, kapasitor DC-Link, sebagai perangkat kunci, diperlukan untuk keandalan tinggi dan umur panjang dalam sistem pembangkit tenaga angin, sistem pembangkit tenaga fotovoltaik, dan sistem kendaraan energi baru, sehingga pemilihannya sangat penting. Berikut ini adalah perbandingan karakteristik kapasitor film dan kapasitor elektrolit serta analisisnya dalam aplikasi kapasitor DC-Link.

1. Perbandingan fitur

1.1 Kapasitor film

Prinsip teknologi metalisasi film pertama kali diperkenalkan: lapisan logam yang cukup tipis diuapkan pada permukaan media film tipis. Jika terdapat cacat pada media, lapisan tersebut dapat menguap dan dengan demikian mengisolasi titik cacat untuk perlindungan, sebuah fenomena yang dikenal sebagai penyembuhan diri (self-healing).

Gambar 4 menunjukkan prinsip pelapisan metalisasi, di mana media film tipis diberi perlakuan awal (corona atau lainnya) sebelum penguapan sehingga molekul logam dapat menempel padanya. Logam diuapkan dengan melarutkannya pada suhu tinggi di bawah vakum (1400℃ hingga 1600℃ untuk aluminium dan 400℃ hingga 600℃ untuk seng), dan uap logam mengembun pada permukaan film ketika bertemu dengan film yang didinginkan (suhu pendinginan film -25℃ hingga -35℃), sehingga membentuk lapisan logam. Perkembangan teknologi metalisasi telah meningkatkan kekuatan dielektrik film per satuan ketebalan, dan desain kapasitor untuk aplikasi pulsa atau pelepasan teknologi kering dapat mencapai 500V/µm, dan desain kapasitor untuk aplikasi filter DC dapat mencapai 250V/µm. Kapasitor DC-Link termasuk yang terakhir, dan menurut IEC61071 untuk aplikasi elektronika daya, kapasitor dapat menahan guncangan tegangan yang lebih parah, dan dapat mencapai 2 kali tegangan nominal.

Oleh karena itu, pengguna hanya perlu mempertimbangkan tegangan operasi terukur yang dibutuhkan untuk desain mereka. Kapasitor film metalisasi memiliki ESR rendah, yang memungkinkan mereka untuk menahan arus riak yang lebih besar; ESL yang lebih rendah memenuhi persyaratan desain induktansi rendah pada inverter dan mengurangi efek osilasi pada frekuensi switching.

Kualitas dielektrik film, kualitas lapisan metalisasi, desain kapasitor, dan proses manufaktur menentukan karakteristik perbaikan diri (self-healing) dari kapasitor metalisasi. Dielektrik film yang digunakan untuk kapasitor DC-Link yang diproduksi terutama adalah film OPP.

Isi bab 1.2 akan dipublikasikan di artikel minggu depan.