Fungsi dan Panduan Pemilihan Kapasitor DC Link

I. Fungsi Inti Kapasitatau DC Link

Kapasitor tautan DC Biasanya terletak di antara penyearah (atau sumber DC lainnya) dan inverter, dan merupakan komponen penting dalam peralatan seperti konverter frekuensi, catu daya inverter, dan UPS. Fungsi utamanya dapat diringkas dalam empat poin berikut:

1. Menstabilkan tegangan bus DC (pengaturan tegangan)
Fungsi : Inverter (seperti IGBT) beralih pada frekuensi tinggi, menarik arus berdenyut tinggi dari bus DC. Hal ini menghasilkan riak yang signifikan pada tegangan bus DC.
Perilaku kapasitor : Ketika transistor switching dihidupkan dan arus meningkat, kapasitor dilepaskan, memberikan energi sesaat ke beban dan mencegah penurunan tegangan bus secara tiba-tiba; ketika transistor switching dimatikan, kapasitor mengisi daya, menyerap energi dari sumber listrik dan mencegah lonjakan tegangan bus. Ia bertindak seperti "waduk", menghaluskan fluktuasi aliran (arus) dan menjaga kestabilan ketinggian air (tegangan).

2. Memberikan arus puncak sesaat (memberikan daya reaktif)
Aplikasi : Penggerak motor modern memerlukan respons dinamis yang cepat. Ketika beban tiba-tiba meningkat, inverter perlu menyediakan arus yang besar secara instan. Karena induktansi parasit dari catu daya DC dan saluran front-end, mereka tidak dapat menyediakan arus sebesar itu secara instan.
Perilaku kapasitor: Karena resistansi internalnya yang rendah (ESL/ESR), kapasitor dapat melepaskan energi yang tersimpan dengan sangat cepat, memberikan inverter arus puncak sesaat yang diperlukan dan memastikan kemampuan respons drive yang cepat.

3. Menyerap kebisingan dan riak frekuensi tinggi (penyaringan)
Fungsi : Pengaktifan dan penonaktifan perangkat switching yang cepat menghasilkan kebisingan switching frekuensi tinggi, yang dipancarkan atau dihantarkan melalui saluran.
Perilaku kapasitor: Kapasitor tautan DC menyediakan loop impedansi rendah untuk komponen kebisingan frekuensi tinggi ini, memungkinkan komponen tersebut diserap secara lokal, mencegah gangguan kebisingan pada rangkaian penyearah hulu atau jaringan listrik, dan juga mencegahnya mempengaruhi rangkaian kontrol hilir.

4. Menekan umpan balik energi induktor
Fungsi : Pada penggerak motor, ketika motor dalam keadaan generator (seperti mengerem atau menurunkan benda berat), energi akan diumpankan kembali dari sisi motor ke bus DC.
Perilaku kapasitor : Kapasitor dapat menyerap energi umpan balik ini, mencegah tegangan bus DC dipompa terlalu tinggi, sehingga melindungi perangkat switching dari gangguan tegangan lebih. (Dalam kasus umpan balik energi yang parah, biasanya diperlukan resistor pengereman dan unit pengereman.)

II. Poin Penting untuk Memilih Kapasitor DC Link
Saat memilih kapasitor DC link, parameter utama berikut perlu dipertimbangkan:

1. Nilai tegangan
Perhitungan : Tegangannya harus lebih tinggi dari kemungkinan tegangan bus DC. Misalnya, untuk input tiga fase 380VAC, tegangan DC rata-rata setelah penyearah adalah sekitar 540VDC. Mempertimbangkan faktor-faktor seperti fluktuasi jaringan dan tegangan pompa, kapasitor dengan tegangan pengenal 630VDC or 700VDC biasanya dipilih .
Margin : Umumnya, margin tegangan sebesar 15%-20% diperlukan untuk memastikan keandalan jangka panjang dan mengatasi lonjakan tegangan.

2. Kapasitansi
Fungsi : Nilai kapasitansi menentukan kemampuan kapasitor untuk menyimpan energi dan menstabilkan tegangan. Semakin besar nilai kapasitansi, semakin baik efek pengaturan tegangannya dan semakin kecil riak tegangannya.
Metode estimasi : Ada rumus perhitungan yang rumit, tetapi aturan umum yang umum adalah itu sekitar 100μF - 200μF kapasitor diperlukan untuk setiap 1kW daya keluaran inverter . Misalnya, inverter 15kW biasanya menggunakan kapasitor tautan DC 1500μF - 3000μF.
Faktor-faktor yang mempengaruhi meliputi daya sistem, frekuensi switching, faktor riak tegangan yang diijinkan, dan inersia beban. Frekuensi switching yang lebih tinggi memungkinkan kapasitor yang dibutuhkan relatif lebih kecil.

3. Nilai arus riak
Definisi : Nilai efektif arus bolak-balik kontinu yang dapat ditahan oleh kapasitor. Ini adalah indikator kunci untuk mengukur pemanasan kapasitor.
Pentingnya : Jika arus riak sebenarnya melebihi nilai pengenal kapasitor, hal ini akan menyebabkan panas berlebih di dalam kapasitor, pengeringan elektrolit, penurunan tajam masa pakai, dan bahkan kerusakan termal.
Prinsip seleksi : Nilai efektif dari arus riak total yang mengalir melalui kapasitor harus dihitung atau disimulasikan, dan harus dipastikan demikian arus riak pengenal kapasitor yang dipilih lebih besar dari arus riak sebenarnya , dengan margin tertentu. Dalam aplikasi frekuensi tinggi, ini adalah parameter yang sama pentingnya, atau bahkan lebih penting daripada, kapasitansi.

4. Resistansi seri ekuivalen (ESR) dan induktansi seri ekuivalen (ESL)
ESR : Faktor utama penyebab rugi-rugi dan timbulnya panas pada kapasitor. Semakin kecil ESR, semakin rendah kerugiannya dan semakin baik kinerja penyaringan pada frekuensi tinggi.
ESL (Tegangan Rendah Efektif): Membatasi karakteristik frekuensi tinggi kapasitor. Ketika frekuensi melebihi frekuensi resonansi dirinya, kapasitor menjadi induktif dan kehilangan fungsi kapasitifnya. Untuk mengurangi ESL, biasanya digunakan desain pin multi-pin, multi-layer, atau baris datar.

5. Umur
Faktor kunci : Untuk kapasitor elektrolitik, masa pakai adalah indikator kinerja intinya. Umur terutama dipengaruhi oleh suhu hot spot internal .
Perhitungan : Ikuti "aturan 10 derajat", yang berarti bahwa untuk setiap penurunan suhu pengoperasian sebesar 10°C, masa pakainya akan berlipat ganda. Produsen akan memberikan nilai masa pakai pada suhu pengoperasian (misalnya, 105°C/2000 jam).
Pertimbangan pemilihan : Pilih model kapasitor dengan masa pakai yang memadai berdasarkan perkiraan masa pakai peralatan dan suhu sekitar.