ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટર શા માટે વિસ્ફોટ કરે છે? સમજવા જેવી વાત!

1. ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટર્સ 

ઇલેક્ટ્રોલાઇટિક કેપેસિટર્સ એ ઇલેક્ટ્રોડ પર ઓક્સિડેશન સ્તર દ્વારા ઇલેક્ટ્રોલાઇટની ક્રિયા દ્વારા ઇન્સ્યુલેટીંગ સ્તર તરીકે રચાયેલા કેપેસિટર્સ છે, જેમાં સામાન્ય રીતે મોટી ક્ષમતા હોય છે. ઇલેક્ટ્રોલાઇટ એક પ્રવાહી, જેલી જેવી સામગ્રી છે જે આયનોથી ભરપૂર છે, અને મોટાભાગના ઇલેક્ટ્રોલાઇટિક કેપેસિટર્સ ધ્રુવીય હોય છે, એટલે કે, કામ કરતી વખતે, કેપેસિટરના પોઝિટિવ ઇલેક્ટ્રોડનું વોલ્ટેજ હંમેશા નકારાત્મક વોલ્ટેજ કરતા વધારે હોવું જરૂરી છે.

ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટર્સની ઉચ્ચ ક્ષમતાને ઘણી અન્ય લાક્ષણિકતાઓ માટે પણ બલિદાન આપવામાં આવે છે, જેમ કે મોટો લિકેજ કરંટ, મોટી સમકક્ષ શ્રેણી ઇન્ડક્ટન્સ અને પ્રતિકાર, મોટી સહિષ્ણુતા ભૂલ અને ટૂંકું જીવન.

ધ્રુવીય ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટર્સ ઉપરાંત, બિન-ધ્રુવીય ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટર્સ પણ છે. નીચેની આકૃતિમાં, બે પ્રકારના 1000uF, 16V ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટર્સ છે. તેમાંથી, મોટા બિન-ધ્રુવીય છે, અને નાના ધ્રુવીય છે.

(બિન-ધ્રુવીય અને ધ્રુવીય ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટર્સ)

ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટરની અંદરનો ભાગ પ્રવાહી ઇલેક્ટ્રોલાઇટ અથવા ઘન પોલિમર હોઈ શકે છે, અને ઇલેક્ટ્રોડ સામગ્રી સામાન્ય રીતે એલ્યુમિનિયમ (એલ્યુમિનિયમ) અથવા ટેન્ટેલમ (ટેન્ડલમ) હોય છે. નીચે આપેલ રચનાની અંદર એક સામાન્ય ધ્રુવીય એલ્યુમિનિયમ ઇલેક્ટ્રોલાઇટિક કેપેસિટર છે, ઇલેક્ટ્રોડના બે સ્તરો વચ્ચે ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં પલાળેલા ફાઇબર પેપરનો એક સ્તર છે, ઉપરાંત ઇન્સ્યુલેટીંગ પેપરનો એક સ્તર સિલિન્ડરમાં ફેરવાયેલ છે, જે એલ્યુમિનિયમ શેલમાં સીલ થયેલ છે.

(ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટરની આંતરિક રચના)

ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટરનું વિચ્છેદન કરવાથી, તેની મૂળભૂત રચના સ્પષ્ટ રીતે જોઈ શકાય છે. ઇલેક્ટ્રોલાઇટના બાષ્પીભવન અને લિકેજને રોકવા માટે, કેપેસિટર પિન ભાગને સીલિંગ રબરથી ઠીક કરવામાં આવે છે.

અલબત્ત, આકૃતિ ધ્રુવીય અને બિન-ધ્રુવીય ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટર્સ વચ્ચેના આંતરિક વોલ્યુમમાં તફાવત પણ દર્શાવે છે. સમાન ક્ષમતા અને વોલ્ટેજ સ્તરે, બિન-ધ્રુવીય ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટર ધ્રુવીય કરતા લગભગ બમણું મોટું હોય છે.

(બિન-ધ્રુવીય અને ધ્રુવીય ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટરની આંતરિક રચના)

આ તફાવત મુખ્યત્વે બે કેપેસિટરની અંદરના ઇલેક્ટ્રોડના ક્ષેત્રમાં મોટા તફાવતને કારણે આવે છે. નોન-પોલર કેપેસિટર ઇલેક્ટ્રોડ ડાબી બાજુ છે અને ધ્રુવીય ઇલેક્ટ્રોડ જમણી બાજુ છે. ક્ષેત્રફળના તફાવત ઉપરાંત, બે ઇલેક્ટ્રોડની જાડાઈ પણ અલગ છે, અને ધ્રુવીય કેપેસિટર ઇલેક્ટ્રોડની જાડાઈ પાતળી છે.

(વિવિધ પહોળાઈની ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટર એલ્યુમિનિયમ શીટ)

2. કેપેસિટર વિસ્ફોટ

જ્યારે કેપેસિટર દ્વારા લાગુ કરાયેલ વોલ્ટેજ તેના ટકી રહેલા વોલ્ટેજ કરતાં વધી જાય છે, અથવા જ્યારે ધ્રુવીય ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટરના વોલ્ટેજની ધ્રુવીયતા ઉલટાવી દેવામાં આવે છે, ત્યારે કેપેસિટર લિકેજ પ્રવાહ ઝડપથી વધશે, જેના પરિણામે કેપેસિટરની આંતરિક ગરમીમાં વધારો થશે, અને ઇલેક્ટ્રોલાઇટ મોટી માત્રામાં ગેસ ઉત્પન્ન કરશે.

કેપેસિટર વિસ્ફોટ અટકાવવા માટે, કેપેસિટર હાઉસિંગની ટોચ પર ત્રણ ખાંચો દબાવવામાં આવે છે, જેથી કેપેસિટરનો ટોચનો ભાગ ઉચ્ચ દબાણ હેઠળ સરળતાથી તૂટી જાય અને આંતરિક દબાણ છોડે.

(ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટરની ટોચ પર બ્લાસ્ટિંગ ટાંકી)

જોકે, ઉત્પાદન પ્રક્રિયામાં કેટલાક કેપેસિટર, ટોચના ગ્રુવ પ્રેસિંગને યોગ્ય બનાવતા નથી, કેપેસિટરની અંદરના દબાણને કારણે કેપેસિટરના તળિયે સીલિંગ રબર બહાર નીકળી જાય છે, આ સમયે કેપેસિટરની અંદરનું દબાણ અચાનક છૂટી જાય છે, જેનાથી વિસ્ફોટ થાય છે.

૧, બિન-ધ્રુવીય ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટર વિસ્ફોટ

નીચે આપેલ આકૃતિ 1000uF ની ક્ષમતા અને 16V ના વોલ્ટેજ સાથે એક નોન-પોલર ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટર બતાવે છે. લાગુ વોલ્ટેજ 18V કરતાં વધી ગયા પછી, લિકેજ કરંટ અચાનક વધી જાય છે, અને કેપેસિટરની અંદર તાપમાન અને દબાણ વધે છે. આખરે, કેપેસિટરના તળિયે રહેલું રબર સીલ ફાટી જાય છે, અને આંતરિક ઇલેક્ટ્રોડ પોપકોર્નની જેમ છૂટા પડી જાય છે.

(નોન-પોલર ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટર ઓવરવોલ્ટેજ બ્લાસ્ટિંગ)

કેપેસિટર સાથે થર્મોકપલ બાંધીને, લાગુ વોલ્ટેજ વધતાં કેપેસિટરનું તાપમાન કઈ પ્રક્રિયા દ્વારા બદલાય છે તે માપવાનું શક્ય છે. નીચેનો આકૃતિ વોલ્ટેજ વધારાની પ્રક્રિયામાં બિન-ધ્રુવીય કેપેસિટર દર્શાવે છે, જ્યારે લાગુ વોલ્ટેજ સહન વોલ્ટેજ મૂલ્ય કરતાં વધી જાય છે, ત્યારે આંતરિક તાપમાન પ્રક્રિયામાં વધારો કરવાનું ચાલુ રાખે છે.

(વોલ્ટેજ અને તાપમાન વચ્ચેનો સંબંધ)

નીચે આપેલ આકૃતિ એ જ પ્રક્રિયા દરમિયાન કેપેસિટરમાંથી વહેતા પ્રવાહમાં ફેરફાર દર્શાવે છે. તે જોઈ શકાય છે કે પ્રવાહમાં વધારો એ આંતરિક તાપમાનમાં વધારો થવાનું મુખ્ય કારણ છે. આ પ્રક્રિયામાં, વોલ્ટેજ રેખીય રીતે વધે છે, અને જેમ જેમ પ્રવાહ ઝડપથી વધે છે, તેમ પાવર સપ્લાય જૂથ વોલ્ટેજ ઘટાડે છે. અંતે, જ્યારે પ્રવાહ 6A કરતાં વધી જાય છે, ત્યારે કેપેસિટર જોરદાર ધડાકા સાથે વિસ્ફોટ થાય છે.

(વોલ્ટેજ અને કરંટ વચ્ચેનો સંબંધ)

નોન-પોલર ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટરના મોટા આંતરિક જથ્થા અને ઇલેક્ટ્રોલાઇટના જથ્થાને કારણે, ઓવરફ્લો પછી ઉત્પન્ન થતું દબાણ ખૂબ મોટું હોય છે, જેના પરિણામે શેલની ટોચ પરની દબાણ રાહત ટાંકી તૂટતી નથી, અને કેપેસિટરના તળિયે રહેલું સીલિંગ રબર ખુલ્લું પડી જાય છે.

2, ધ્રુવીય ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટર વિસ્ફોટ 

ધ્રુવીય ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટર્સ માટે, વોલ્ટેજ લાગુ કરવામાં આવે છે. જ્યારે વોલ્ટેજ કેપેસિટરના ટકી રહેલા વોલ્ટેજ કરતાં વધી જાય છે, ત્યારે લિકેજ કરંટ પણ ઝડપથી વધશે, જેના કારણે કેપેસિટર વધુ ગરમ થશે અને વિસ્ફોટ થશે.

નીચે આપેલ આકૃતિ મર્યાદિત ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટર દર્શાવે છે, જેની ક્ષમતા 1000uF અને વોલ્ટેજ 16V છે. ઓવરવોલ્ટેજ પછી, આંતરિક દબાણ પ્રક્રિયા ટોચની દબાણ રાહત ટાંકી દ્વારા મુક્ત થાય છે, તેથી કેપેસિટર વિસ્ફોટ પ્રક્રિયા ટાળવામાં આવે છે.

નીચેનો આકૃતિ બતાવે છે કે લાગુ વોલ્ટેજના વધારા સાથે કેપેસિટરનું તાપમાન કેવી રીતે બદલાય છે. જેમ જેમ વોલ્ટેજ ધીમે ધીમે કેપેસિટરના પ્રતિકાર વોલ્ટેજની નજીક આવે છે, તેમ તેમ કેપેસિટરનો શેષ પ્રવાહ વધે છે, અને આંતરિક તાપમાન વધતું રહે છે.

(વોલ્ટેજ અને તાપમાન વચ્ચેનો સંબંધ)

નીચેનો આંકડો કેપેસિટર, નોમિનલ 16V ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટરના લિકેજ કરંટમાં ફેરફાર છે, પરીક્ષણ પ્રક્રિયામાં, જ્યારે વોલ્ટેજ 15V કરતાં વધી જાય છે, ત્યારે કેપેસિટરનું લિકેજ ઝડપથી વધવા લાગે છે.

(વોલ્ટેજ અને કરંટ વચ્ચેનો સંબંધ)

પ્રથમ બે ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટરની પ્રાયોગિક પ્રક્રિયા દ્વારા, તે પણ જોઈ શકાય છે કે આવા 1000uF સામાન્ય ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટરની વોલ્ટેજ મર્યાદા કેટલી છે. કેપેસિટરના ઉચ્ચ-વોલ્ટેજ ભંગાણને ટાળવા માટે, ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટરનો ઉપયોગ કરતી વખતે, વાસ્તવિક વોલ્ટેજ વધઘટ અનુસાર પૂરતો માર્જિન છોડવો જરૂરી છે.

૩,શ્રેણીમાં ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટર્સ

જ્યાં યોગ્ય હોય, ત્યાં અનુક્રમે સમાંતર અને શ્રેણી જોડાણ દ્વારા વધુ કેપેસીટન્સ અને વધુ કેપેસીટન્સ ટકી શકે છે.

(વધુ દબાણના વિસ્ફોટ પછી ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટર પોપકોર્ન)

કેટલાક એપ્લિકેશનોમાં, કેપેસિટર પર લાગુ થતો વોલ્ટેજ એસી વોલ્ટેજ હોય ​​છે, જેમ કે સ્પીકર્સના કપલિંગ કેપેસિટર્સ, અલ્ટરનેટિંગ કરંટ ફેઝ કમ્પેન્સેશન, મોટર ફેઝ-શિફ્ટિંગ કેપેસિટર્સ, વગેરે, જેમાં નોન-પોલર ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટર્સનો ઉપયોગ જરૂરી છે.

કેટલાક કેપેસિટર ઉત્પાદકો દ્વારા આપવામાં આવેલા વપરાશકર્તા માર્ગદર્શિકામાં, એ પણ આપવામાં આવ્યું છે કે પરંપરાગત ધ્રુવીય કેપેસિટરનો ઉપયોગ બેક-ટુ-બેક શ્રેણી દ્વારા, એટલે કે, શ્રેણીમાં બે કેપેસિટર એકસાથે, પરંતુ ધ્રુવીયતા બિન-ધ્રુવીય કેપેસિટરની અસર મેળવવા માટે વિરુદ્ધ છે.

(ઓવરવોલ્ટેજ વિસ્ફોટ પછી ઇલેક્ટ્રોલાઇટિક કેપેસિટેન્સ)

નીચે ફોરવર્ડ વોલ્ટેજ, રિવર્સ વોલ્ટેજ, બે ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટર બેક-ટુ-બેક શ્રેણીના ત્રણ નોન-પોલર કેપેસીટન્સ કેસોમાં ધ્રુવીય કેપેસીટરની સરખામણી છે, લાગુ વોલ્ટેજના વધારા સાથે લિકેજ કરંટમાં ફેરફાર થાય છે.

1. ફોરવર્ડ વોલ્ટેજ અને લિકેજ કરંટ

કેપેસિટરમાંથી વહેતો પ્રવાહ શ્રેણીમાં રેઝિસ્ટરને જોડીને માપવામાં આવે છે. ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટર (1000uF, 16V) ની વોલ્ટેજ સહિષ્ણુતા શ્રેણીમાં, લાગુ વોલ્ટેજ ધીમે ધીમે 0V થી વધારવામાં આવે છે જેથી અનુરૂપ લિકેજ પ્રવાહ અને વોલ્ટેજ વચ્ચેનો સંબંધ માપી શકાય.

(ધન શ્રેણી કેપેસીટન્સ)

નીચેનો આકૃતિ ધ્રુવીય એલ્યુમિનિયમ ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટરના લિકેજ પ્રવાહ અને વોલ્ટેજ વચ્ચેનો સંબંધ દર્શાવે છે, જે 0.5mA થી નીચેના લિકેજ પ્રવાહ સાથે બિનરેખીય સંબંધ છે.

(આગળ શ્રેણી પછી વોલ્ટેજ અને પ્રવાહ વચ્ચેનો સંબંધ)

2, રિવર્સ વોલ્ટેજ અને લિકેજ કરંટ

લાગુ દિશા વોલ્ટેજ અને ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટર લિકેજ પ્રવાહ વચ્ચેના સંબંધને માપવા માટે સમાન પ્રવાહનો ઉપયોગ કરીને, નીચેની આકૃતિ પરથી જોઈ શકાય છે કે જ્યારે લાગુ રિવર્સ વોલ્ટેજ 4V કરતાં વધી જાય છે, ત્યારે લિકેજ પ્રવાહ ઝડપથી વધવા લાગે છે. નીચેના વળાંકના ઢાળથી, રિવર્સ ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટન્સ 1 ઓહ્મના પ્રતિકારની સમકક્ષ છે.

(રિવર્સ વોલ્ટેજ વોલ્ટેજ અને કરંટ વચ્ચેનો સંબંધ)

3. બેક-ટુ-બેક શ્રેણી કેપેસિટર્સ

બે સરખા ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટર્સ (1000uF, 16V) એક પછી એક શ્રેણીમાં જોડાયેલા હોય છે જેથી એક બિન-ધ્રુવીય સમકક્ષ ઇલેક્ટ્રોલિટીક કેપેસિટર બને, અને પછી તેમના વોલ્ટેજ અને લિકેજ પ્રવાહ વચ્ચેનો સંબંધ વળાંક માપવામાં આવે છે.

(ધન અને નકારાત્મક ધ્રુવીયતા શ્રેણી કેપેસીટન્સ)

નીચેનો આકૃતિ કેપેસિટર વોલ્ટેજ અને લિકેજ કરંટ વચ્ચેનો સંબંધ દર્શાવે છે, અને તમે જોઈ શકો છો કે લાગુ વોલ્ટેજ 4V કરતાં વધી જાય પછી લિકેજ કરંટ વધે છે, અને વર્તમાન કંપનવિસ્તાર 1.5mA કરતા ઓછો હોય છે.

અને આ માપ થોડું આશ્ચર્યજનક છે, કારણ કે તમે જુઓ છો કે આ બે બેક-ટુ-બેક શ્રેણીના કેપેસિટરનો લિકેજ પ્રવાહ વાસ્તવમાં એક કેપેસિટરના લિકેજ પ્રવાહ કરતા વધારે છે જ્યારે વોલ્ટેજ આગળ લાગુ કરવામાં આવે છે.

(ધન અને ઋણ શ્રેણી પછી વોલ્ટેજ અને પ્રવાહ વચ્ચેનો સંબંધ)

જોકે, સમયના કારણોસર, આ ઘટના માટે કોઈ પુનરાવર્તિત પરીક્ષણ કરવામાં આવ્યું ન હતું. કદાચ ઉપયોગમાં લેવાયેલા કેપેસિટરમાંથી એક હમણાં જ રિવર્સ વોલ્ટેજ પરીક્ષણનું કેપેસિટર હતું, અને અંદર નુકસાન થયું હતું, તેથી ઉપરોક્ત પરીક્ષણ વળાંક ઉત્પન્ન થયો હતો.