Minggu ini kita lanjutkan dengan artikel minggu lalu.

1.2 Kapasitor elektrolitik

Dielektrik yang digunakan dalam kapasitor elektrolitik adalah aluminium oksida yang dibentuk oleh korosi aluminium, dengan konstanta dielektrik 8 hingga 8,5 dan kekuatan dielektrik kerja sekitar 0,07V/A (1µm=10000A).Namun, ketebalan seperti itu tidak mungkin dicapai.Ketebalan lapisan aluminium mengurangi faktor kapasitas (kapasitansi spesifik) kapasitor elektrolitik karena aluminium foil harus digores untuk membentuk film aluminium oksida untuk mendapatkan karakteristik penyimpanan energi yang baik, dan permukaannya akan banyak membentuk permukaan yang tidak rata.Sebaliknya resistivitas elektrolit adalah 150Ωcm untuk tegangan rendah dan 5kΩcm untuk tegangan tinggi (500V).Resistivitas elektrolit yang lebih tinggi membatasi arus RMS yang dapat ditahan oleh kapasitor elektrolitik, biasanya hingga 20mA/µF.

Untuk alasan ini kapasitor elektrolitik dirancang untuk tegangan maksimum tipikal 450V (beberapa pabrikan merancang untuk 600V).Oleh karena itu, untuk memperoleh tegangan yang lebih tinggi perlu dicapai dengan menghubungkan kapasitor secara seri.Namun karena adanya perbedaan resistansi isolasi masing-masing kapasitor elektrolitik, maka harus dipasang resistor pada masing-masing kapasitor agar dapat menyeimbangkan tegangan setiap kapasitor yang dihubungkan seri.Selain itu, kapasitor elektrolitik adalah perangkat terpolarisasi, dan ketika tegangan balik yang diterapkan melebihi 1,5 kali Un, reaksi elektrokimia terjadi.Ketika tegangan balik yang diberikan cukup lama, kapasitor akan tumpah.Untuk menghindari fenomena ini, sebuah dioda harus dihubungkan di sebelah setiap kapasitor saat digunakan.Selain itu, resistansi lonjakan tegangan kapasitor elektrolit umumnya 1,15 kali Un, dan yang baik bisa mencapai 1,2 kali Un.Jadi perancang harus mempertimbangkan tidak hanya tegangan kerja kondisi tunak tetapi juga tegangan lonjakan saat menggunakannya.Secara ringkas dapat digambarkan tabel perbandingan antara kapasitor film dan kapasitor elektrolitik berikut ini, lihat Gambar 1.

2. Analisis Aplikasi

Kapasitor DC-Link sebagai filter memerlukan desain arus tinggi dan kapasitas tinggi.Contohnya adalah sistem penggerak motor utama kendaraan energi baru seperti disebutkan pada Gambar.3.Dalam aplikasi ini kapasitor memainkan peran decoupling dan rangkaian memiliki arus operasi yang tinggi.Kapasitor film DC-Link mempunyai kelebihan yaitu mampu menahan arus operasi (Irms) yang besar.Ambil contoh parameter kendaraan energi baru 50~60kW, parameternya adalah sebagai berikut: tegangan operasi 330 Vdc, tegangan riak 10Vrms, arus riak 150Arms@10KHz.

Maka kapasitas listrik minimum dihitung sebagai:

Ini mudah diterapkan pada desain kapasitor film.Dengan asumsi bahwa kapasitor elektrolitik digunakan, jika dipertimbangkan 20mA/μF, kapasitansi minimum kapasitor elektrolitik dihitung untuk memenuhi parameter di atas sebagai berikut:

Ini memerlukan beberapa kapasitor elektrolitik yang dihubungkan secara paralel untuk mendapatkan kapasitansi ini.

Pada aplikasi tegangan lebih, seperti kereta api ringan, bus listrik, kereta bawah tanah, dll. Mengingat daya-daya tersebut dihubungkan ke pantograf lokomotif melalui pantograf, maka kontak antara pantograf dan pantograf bersifat terputus-putus selama perjalanan pengangkutan.Ketika keduanya tidak bersentuhan, catu daya didukung oleh kapasitor tinta DC-L, dan ketika kontak dipulihkan, tegangan berlebih dihasilkan.Kasus terburuk adalah pengosongan total oleh kapasitor DC-Link saat diputuskan, dimana tegangan pelepasan sama dengan tegangan pantograf, dan saat kontak dipulihkan, tegangan berlebih yang dihasilkan hampir dua kali lipat dari nilai operasi Un.Untuk kapasitor film, kapasitor DC-Link dapat ditangani tanpa pertimbangan tambahan.Jika kapasitor elektrolitik digunakan, tegangan berlebihnya adalah 1,2Un.Ambil contoh metro Shanghai.Un=1500Vdc, untuk kapasitor elektrolitik yang perlu diperhatikan tegangannya adalah:

Kemudian keenam kapasitor 450V dihubungkan secara seri.Jika desain kapasitor film digunakan dalam 600Vdc hingga 2000Vdc atau bahkan 3000Vdc dapat dicapai dengan mudah.Selain itu, energi dalam kasus pengosongan penuh kapasitor membentuk pelepasan hubung singkat antara dua elektroda, menghasilkan arus masuk yang besar melalui kapasitor DC-Link, yang biasanya berbeda untuk kapasitor elektrolitik untuk memenuhi persyaratan.

Selain itu, dibandingkan dengan kapasitor elektrolit, kapasitor film DC-Link dapat dirancang untuk mencapai ESR yang sangat rendah (biasanya di bawah 10mΩ, dan bahkan lebih rendah <1mΩ) dan induktansi diri LS (biasanya di bawah 100nH, dan dalam beberapa kasus di bawah 10 atau 20nH) .Hal ini memungkinkan kapasitor film DC-Link dipasang langsung ke modul IGBT saat diterapkan, memungkinkan bilah bus diintegrasikan ke dalam kapasitor film DC-Link, sehingga menghilangkan kebutuhan akan kapasitor penyerap IGBT khusus saat menggunakan kapasitor film, sehingga menghemat desainer sejumlah besar uang.Gambar.2.dan 3 menunjukkan spesifikasi teknis beberapa produk C3A dan C3B.

3. Kesimpulan

Pada awalnya, kapasitor DC-Link sebagian besar merupakan kapasitor elektrolitik karena pertimbangan biaya dan ukuran.

Namun kapasitor elektrolit dipengaruhi oleh kemampuan menahan tegangan dan arus (ESR jauh lebih tinggi dibandingkan kapasitor film), sehingga perlu dilakukan penyambungan beberapa kapasitor elektrolitik secara seri dan paralel agar diperoleh kapasitas yang besar dan memenuhi persyaratan penggunaan tegangan tinggi.Selain itu, mengingat mudah menguapnya bahan elektrolit, maka harus diganti secara berkala.Aplikasi energi baru umumnya memerlukan umur produk 15 tahun, sehingga harus diganti 2 hingga 3 kali selama jangka waktu tersebut.Oleh karena itu, terdapat biaya dan ketidaknyamanan yang cukup besar dalam layanan purna jual seluruh alat berat.Dengan berkembangnya teknologi pelapisan metalisasi dan teknologi kapasitor film, kapasitor filter DC berkapasitas tinggi dengan tegangan dari 450V hingga 1200V atau bahkan lebih tinggi dapat diproduksi dengan film OPP ultra-tipis (2,7µm tertipis, bahkan 2,4µm) menggunakan teknologi penguapan film pengaman.Di sisi lain, integrasi kapasitor DC-Link dengan bus bar membuat desain modul inverter lebih kompak dan sangat mengurangi induktansi nyasar rangkaian untuk mengoptimalkan rangkaian.