Kapasitor adalah komponen pasif penting dari rangkaian listrik karena aplikasinya yang luas. Selain itu, pemilihan jenis kapasitor yang sesuai untuk suatu rangkaian diperlukan karena kapasitor dibagi menjadi beberapa jenis berdasarkan struktur dan komposisinya. Kapasitor film merupakan salah satu jenis kapasitor yang memiliki umur simpan yang lama, induktansi diri yang rendah, dan dapat menyerap lonjakan daya pada rangkaian tanpa mengalami kerusakan.
Garis besar:
Apa itu Kapasitor Film
Konstruksi dan Pengerjaan Kapasitor Film
Jenis Kapasitor Film
Fitur Pemulihan Diri dari Kapasitor Film
Sirkuit Snubber
Filter Daya
Filter EMI
Kesimpulan
Apa itu Kapasitor Film
Kapasitor film adalah kapasitor yang mempunyai film plastik sebagai dialektika antar pelatnya sehingga membuatnya lebih murah dan menjaga karakteristiknya tetap konstan untuk waktu yang lebih lama. Film plastik ini cukup tipis karena memiliki ketebalan satu mikrometer. Kapasitor ini termasuk dalam kategori kapasitor nonpolarisasi, dan ini membuatnya sangat berguna dalam rangkaian AC. Kapasitor film dapat menahan tegangan lebih dua kali lipat kapasitas tegangan pengenalnya.
Konstruksi dan Pengerjaan Kapasitor Film
Ada berbagai jenis film plastik yang digunakan dalam kapasitor film yang memiliki karakteristik berbeda, misalnya film polipropilen memberikan ketahanan isolasi yang lebih tinggi dan cocok untuk rangkaian yang memiliki arus lebih tinggi. Selain itu, polipropilen sulfida memiliki ketahanan panas yang tinggi dan karakteristik panas yang baik tetapi harganya mahal. Nah berikut ini jenis-jenis film beserta karakteristiknya yang digunakan sebagai dielektrik pada kapasitor film:
Jenis Kapasitor Film
Nah berdasarkan bahan film dielektrik dari kapasitor film, karakteristiknya sangat bervariasi, maka berikut adalah tabel yang menampilkan karakteristik kapasitor film berdasarkan jenis bahan isolasinya:
Untuk menggambarkan lebih lanjut konstruksi kapasitor, ada dua jenis kapasitor film, yaitu kapasitor film foil dan yang lainnya adalah kapasitor logam atau kapasitor pengendapan uap:
Kapasitor Film Foil
Kapasitor jenis ini memiliki elektroda yang terbuat dari kertas logam, dan diapit di antara kertas plastik dielektrik. Ini adalah kapasitor film tipe luka yang dapat bersifat induktif atau non-induktif dan perbedaan antara keduanya adalah bahwa kapasitor film foil induktif target memiliki terminal yang terhubung langsung ke elektroda sebelum digulung. Sedangkan kapasitor film foil non-induktif memiliki terminal yang dihubungkan ke permukaan ujungnya.
Kapasitor film elektroda foil non-induktif menunjukkan induktansi yang lebih rendah dan memiliki karakteristik frekuensi tinggi dibandingkan dengan kapasitor induktif. Dalam kapasitor film foil induktif, foil logam ditempatkan di antara dua film plastik dan tidak dihubungkan langsung:
Sedangkan pada kapasitor film foil non induktif, foil logam ditempatkan sedemikian rupa sehingga masing-masing foil ditempatkan pada derajat tertentu dari film plastik dielektrik:
Kapasitor Film Logam
Jenis kapasitor film lainnya adalah kapasitor film metalized, karena memiliki lapisan logam tipis yang disemprotkan pada satu sisi film plastik dielektrik. Lapisan logam yang diendapkan pada film plastik ini menghasilkan elektroda kapasitor yang cukup tipis sehingga membuatnya jauh lebih kecil dibandingkan kapasitor film jenis elektroda. Kapasitor ini hanya tipe non-induktif tetapi dapat berupa tipe lilitan atau tipe laminasi:
Kapasitor film bekerja dengan cara yang sama seperti kapasitor pada umumnya, yaitu ketika catu daya dihubungkan, potensi antara dua elektroda mulai meningkat. Bila muatan pada kedua pelat diakumulasikan sesuai kapasitasnya berarti kapasitor terisi penuh. Lebih jauh lagi, kapasitor film ini hadir dengan fitur penyembuhan diri yang menambah umur simpannya.
Fitur Pemulihan Diri dari Kapasitor Film
Setiap kali insulasi mengalami de-metalisasi karena arus tinggi, suhu tinggi, atau tegangan lebih, kapasitor film mengoksidasi film yang diendapkan di sekitarnya. Hal ini memisahkan area kapasitas lainnya dari area kapasitas yang rusak sehingga tetap berfungsi dengan baik:
Namun, isolasi area gangguan dari sisa kapasitor juga dapat menurunkan kapasitansi kapasitor seiring waktu. Selanjutnya, terdapat tabel di bawah ini yang menunjukkan penurunan kapasitansi kapasitor seiring waktu akibat oksidasi:
Di sini, pada tabel di atas, grafik biru menunjukkan kapasitansi tanpa pemulihan otomatis karena degradasinya bisa sangat tinggi yang menyebabkan kegagalan besar. Jika elektroda digunakan dengan sekering pada komposisi kapasitor film, maka kurva degradasi akan berwarna hijau.
Jika sekering tidak tersambung dengan benar ke sel primer dapat menyebabkan kegagalan kapasitor yang mengakibatkan hilangnya kapasitansi dengan cepat. Kurva coklat adalah untuk kapasitor film berdaya tinggi yang memiliki elektroda tersegmentasi yang tepat yang memiliki kepadatan jauh lebih tinggi karena impregnasi minyak murni.
Jenis kapasitor film ini dirancang sedemikian rupa sehingga tidak kehilangan lebih dari 2 persen kapasitansi aslinya saat bekerja pada nilai tegangan dan arus pengenalnya. Inilah sebabnya mengapa kapasitor film ini cenderung memiliki masa pakai lebih lama dibandingkan jenis kapasitor lainnya dan banyak digunakan dalam rangkaian AC.
Kapasitor Film pada Rangkaian Snubber
Rangkaian daya biasanya menghadapi lonjakan arus dan tegangan karena tingkat perubahan tegangan yang lebih tinggi dan untuk mengatasi masalah tersebut digunakan rangkaian snubber. Terutama sirkuit snubber memiliki kapasitor film untuk mengurangi interferensi elektromagnetik dan tekanan semikonduktor. Kapasitor film dapat menahan laju perubahan tegangan yang lebih tinggi yang dapat menyebabkan arus yang melewatinya lebih tinggi. Jadi, film plastik dielektrik polipropilen dalam kapasitor akan menjadi pasangan yang cocok karena memiliki kemampuan menahan lonjakan tegangan dan arus karena memiliki resistansi dan induktansi seri ekivalen yang rendah:
Ketika MOSFET dalam keadaan mati, kapasitor akan mengisi daya melalui resistor R 1 dan ketika MOSFET dalam keadaan aktif, kapasitor akan mengalir melalui resistor dan ground.
Kapasitor Film sebagai Filter Daya
Untuk menyaring sinyal pada inverter dan motor, kapasitor pada keluaran melewatkan arus riak yang tinggi untuk mengurangi tingkat laju perubahan tegangan. Hal ini pada akhirnya mengurangi tegangan dan tekanan elektromagnetik dalam sistem. Implementasi praktis dari kapasitor film sebagai filter daya diberikan di bawah ini dalam rangkaian:
Ketika suplai AC dihubungkan, kapasitor harus non-polarisasi, tidak termasuk penggunaan kapasitor elektrolitik aluminium.
Kapasitor Film sebagai Filter EMI
Untuk menyaring interferensi elektromagnetik pada rangkaian, kapasitor film metalized digunakan karena mode kegagalan rangkaian terbuka dan kemampuannya untuk menangani tegangan tinggi. Ada dua kategori kapasitor bila dihubungkan pada rangkaian daya berdasarkan penggunaannya. Yang berlabel X adalah kapasitor yang dihubungkan saluran ke saluran yang sering disebut kapasitor saluran ke netral dan digunakan untuk penyaringan EMI diferensial.
Sedangkan kapasitor yang dihubungkan secara line ke ground dikategorikan Y dan sering disebut kapasitor line bypass. Kapasitor ini melewati kabel ke ground yang disebut mode penyaringan EMI umum. Karena kapasitor ini bisa rusak, ada mode khusus jika terjadi kegagalan, yaitu ketika kapasitor X gagal, maka akan terjadi korsleting yang mengakibatkan pemutus arus tersandung. Apalagi jika kapasitor Y rusak maka akan menimbulkan rangkaian terbuka yang meminimalkan risiko sengatan listrik.
Terlebih lagi, jika terjadi kegagalan pada kapasitor X akan menyebabkan sistem mati dan jika terjadi kegagalan pada kapasitor Y, sistem akan tetap berjalan namun penyaringan EMI akan berkurang. Berikut adalah tabel di bawah ini yang menunjukkan peringkat keamanan kapasitor berdasarkan sambungan rangkaiannya:
Sekarang untuk mengilustrasikan lebih lanjut penggunaan kapasitor film untuk penyaringan EMI, berikut adalah rangkaian AC sederhana dari saluran listrik yang menggunakan kapasitor sebagai filter EMI:
Rendahnya induktansi diri kapasitor film memberikan keuntungan karena menjaga resonansi kapasitor tetap tinggi. Disini kapasitor X dihubungkan antara saluran dan netral sedangkan kapasitor Y dihubungkan antara saluran dan ground.
Kesimpulan
Kapasitor film sangat penting dalam rangkaian daya karena karakteristiknya yang berbeda dan salah satunya adalah sifat penyembuhan diri. Properti ini meningkatkan umur simpan kapasitor dan juga mencegah kegagalan sistem.
Selain itu, kapasitor film ini dibagi menjadi beberapa jenis: satu adalah elektroda foil dan yang lainnya adalah kapasitor film metalisasi. Demikian pula, kapasitor film juga bervariasi berdasarkan jenis bahan isolasi dielektrik karena komposisi dielektrik mempengaruhi karakteristik kerja kapasitor film. Kapasitor film karena rating arus riak dan fitur penyembuhan diri lebih disukai daripada kapasitor elektrolitik aluminium.