इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर क्यों फटते हैं? समझने लायक एक शब्द!

1. इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर 

इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर एक इंसुलेटिंग परत के रूप में इलेक्ट्रोलाइट की क्रिया के माध्यम से इलेक्ट्रोड पर ऑक्सीकरण परत द्वारा बनाए गए कैपेसिटर होते हैं, जिनकी आमतौर पर बड़ी क्षमता होती है। इलेक्ट्रोलाइट एक तरल, जेली जैसा पदार्थ है जो आयनों से भरपूर होता है, और अधिकांश इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर ध्रुवीय होते हैं, यानी, काम करते समय, कैपेसिटर के सकारात्मक इलेक्ट्रोड का वोल्टेज हमेशा नकारात्मक वोल्टेज से अधिक होना चाहिए।

इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर की उच्च क्षमता को कई अन्य विशेषताओं के लिए भी त्याग दिया जाता है, जैसे कि एक बड़ा लीकेज करंट, एक बड़ी समतुल्य श्रृंखला प्रेरण और प्रतिरोध, एक बड़ी सहनशीलता त्रुटि और एक छोटा जीवन।

ध्रुवीय इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर के अलावा, गैर-ध्रुवीय इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर भी होते हैं। नीचे दिए गए चित्र में, दो प्रकार के 1000uF, 16V इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर हैं। उनमें से, बड़ा गैर-ध्रुवीय है, और छोटा ध्रुवीय है।

(गैर-ध्रुवीय और ध्रुवीय इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर)

इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर के अंदर एक तरल इलेक्ट्रोलाइट या एक ठोस बहुलक हो सकता है, और इलेक्ट्रोड सामग्री आमतौर पर एल्यूमीनियम (एल्यूमीनियम) या टैंटलम (टैंडलम) होती है। निम्नलिखित संरचना के अंदर एक सामान्य ध्रुवीय एल्यूमीनियम इलेक्ट्रोलाइटिक संधारित्र है, इलेक्ट्रोड की दो परतों के बीच इलेक्ट्रोलाइट में भिगोए गए फाइबर पेपर की एक परत होती है, साथ ही इन्सुलेटिंग पेपर की एक परत सिलेंडर में बदल जाती है, जो एल्यूमीनियम खोल में सील होती है।

(इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर की आंतरिक संरचना)

इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर को विच्छेदित करने पर इसकी मूल संरचना स्पष्ट रूप से देखी जा सकती है। इलेक्ट्रोलाइट के वाष्पीकरण और रिसाव को रोकने के लिए, कैपेसिटर पिन भाग को सीलिंग रबर के साथ तय किया जाता है।

बेशक, यह आंकड़ा ध्रुवीय और गैर-ध्रुवीय इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर के बीच आंतरिक मात्रा में अंतर को भी दर्शाता है। समान क्षमता और वोल्टेज स्तर पर, गैर-ध्रुवीय इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर ध्रुवीय से लगभग दोगुना बड़ा होता है।

(गैर-ध्रुवीय और ध्रुवीय इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर की आंतरिक संरचना)

यह अंतर मुख्य रूप से दो कैपेसिटर के अंदर इलेक्ट्रोड के क्षेत्र में बड़े अंतर से आता है। गैर-ध्रुवीय संधारित्र इलेक्ट्रोड बाईं ओर है और ध्रुवीय इलेक्ट्रोड दाईं ओर है। क्षेत्र अंतर के अलावा, दो इलेक्ट्रोड की मोटाई भी अलग है, और ध्रुवीय संधारित्र इलेक्ट्रोड की मोटाई पतली है।

(विभिन्न चौड़ाई की इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर एल्यूमीनियम शीट)

2. संधारित्र विस्फोट

जब संधारित्र द्वारा लगाया गया वोल्टेज उसके झेलने योग्य वोल्टेज से अधिक हो जाता है, या जब ध्रुवीय इलेक्ट्रोलाइटिक संधारित्र के वोल्टेज की ध्रुवीयता उलट जाती है, तो संधारित्र रिसाव धारा तेजी से बढ़ जाएगी, जिसके परिणामस्वरूप संधारित्र और इलेक्ट्रोलाइट की आंतरिक गर्मी में वृद्धि होगी बड़ी मात्रा में गैस का उत्पादन होगा.

संधारित्र विस्फोट को रोकने के लिए, संधारित्र आवास के शीर्ष पर तीन खांचे दबाए जाते हैं, ताकि संधारित्र का शीर्ष उच्च दबाव में टूटना और आंतरिक दबाव जारी करना आसान हो।

(इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर के शीर्ष पर ब्लास्टिंग टैंक)

हालांकि, उत्पादन प्रक्रिया में कुछ कैपेसिटर, शीर्ष नाली दबाव योग्य नहीं है, कैपेसिटर के अंदर दबाव कैपेसिटर के नीचे सीलिंग रबर को बाहर निकाल देगा, इस समय कैपेसिटर के अंदर दबाव अचानक जारी हो जाएगा, बन जाएगा एक विस्फोट.

1, गैर-ध्रुवीय इलेक्ट्रोलाइटिक संधारित्र विस्फोट

नीचे दिया गया चित्र हाथ में एक गैर-ध्रुवीय इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर दिखाता है, जिसकी क्षमता 1000uF और वोल्टेज 16V है। लागू वोल्टेज 18V से अधिक होने के बाद, रिसाव धारा अचानक बढ़ जाती है, और संधारित्र के अंदर तापमान और दबाव बढ़ जाता है। अंततः, संधारित्र के नीचे की रबर सील फट जाती है, और आंतरिक इलेक्ट्रोड पॉपकॉर्न की तरह टूट कर बिखर जाते हैं।

(गैर-ध्रुवीय इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर ओवरवोल्टेज ब्लास्टिंग)

थर्मोकपल को संधारित्र से बांधकर, उस प्रक्रिया को मापना संभव है जिसके द्वारा लागू वोल्टेज बढ़ने पर संधारित्र का तापमान बदल जाता है। निम्नलिखित आंकड़ा गैर-ध्रुवीय संधारित्र को वोल्टेज वृद्धि की प्रक्रिया में दिखाता है, जब लागू वोल्टेज झेलने वाले वोल्टेज मान से अधिक हो जाता है, तो आंतरिक तापमान बढ़ने की प्रक्रिया जारी रहती है।

(वोल्टेज और तापमान के बीच संबंध)

नीचे दिया गया चित्र उसी प्रक्रिया के दौरान संधारित्र के माध्यम से बहने वाली धारा में परिवर्तन को दर्शाता है। यह देखा जा सकता है कि धारा में वृद्धि आंतरिक तापमान में वृद्धि का मुख्य कारण है। इस प्रक्रिया में, वोल्टेज को रैखिक रूप से बढ़ाया जाता है, और जैसे ही करंट तेजी से बढ़ता है, बिजली आपूर्ति समूह वोल्टेज को गिरा देता है। अंत में, जब करंट 6A से अधिक हो जाता है, तो कैपेसिटर तेज धमाके के साथ फट जाता है।

(वोल्टेज और करंट के बीच संबंध)

गैर-ध्रुवीय इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर की बड़ी आंतरिक मात्रा और इलेक्ट्रोलाइट की मात्रा के कारण, अतिप्रवाह के बाद उत्पन्न दबाव बहुत बड़ा होता है, जिसके परिणामस्वरूप शेल के शीर्ष पर दबाव राहत टैंक नहीं टूटता है, और नीचे सीलिंग रबर होता है संधारित्र का खुला हुआ भाग है।

2, ध्रुवीय इलेक्ट्रोलाइटिक संधारित्र विस्फोट 

ध्रुवीय इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर के लिए, एक वोल्टेज लगाया जाता है। जब वोल्टेज कैपेसिटर के झेलने वाले वोल्टेज से अधिक हो जाता है, तो लीकेज करंट भी तेजी से बढ़ जाएगा, जिससे कैपेसिटर ज़्यादा गरम हो जाएगा और फट जाएगा।

नीचे दिया गया चित्र सीमित इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर को दर्शाता है, जिसकी क्षमता 1000uF और वोल्टेज 16V है। ओवरवॉल्टेज के बाद, आंतरिक दबाव प्रक्रिया शीर्ष दबाव राहत टैंक के माध्यम से जारी की जाती है, इसलिए संधारित्र विस्फोट प्रक्रिया से बचा जाता है।

निम्नलिखित चित्र दिखाता है कि लागू वोल्टेज में वृद्धि के साथ संधारित्र का तापमान कैसे बदलता है। जैसे-जैसे वोल्टेज धीरे-धीरे संधारित्र के झेलने वाले वोल्टेज के करीब पहुंचता है, संधारित्र का अवशिष्ट प्रवाह बढ़ता है, और आंतरिक तापमान बढ़ता रहता है।

(वोल्टेज और तापमान के बीच संबंध)

निम्नलिखित आंकड़ा संधारित्र के रिसाव वर्तमान में परिवर्तन है, परीक्षण प्रक्रिया में नाममात्र 16V इलेक्ट्रोलाइटिक संधारित्र, जब वोल्टेज 15V से अधिक हो जाता है, तो संधारित्र का रिसाव तेजी से बढ़ना शुरू हो जाता है।

(वोल्टेज और करंट के बीच संबंध)

पहले दो इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर की प्रायोगिक प्रक्रिया के माध्यम से, यह भी देखा जा सकता है कि ऐसे 1000uF साधारण इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर की वोल्टेज सीमा। संधारित्र के उच्च-वोल्टेज टूटने से बचने के लिए, इलेक्ट्रोलाइटिक संधारित्र का उपयोग करते समय, वास्तविक वोल्टेज उतार-चढ़ाव के अनुसार पर्याप्त मार्जिन छोड़ना आवश्यक है।

3，श्रृंखला में इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर

जहां उपयुक्त हो, क्रमशः समानांतर और श्रृंखला कनेक्शन द्वारा अधिक कैपेसिटेंस और अधिक कैपेसिटेंस झेलने वाला वोल्टेज प्राप्त किया जा सकता है।

(अत्यधिक दबाव विस्फोट के बाद इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर पॉपकॉर्न)

कुछ अनुप्रयोगों में, कैपेसिटर पर लागू वोल्टेज एसी वोल्टेज होता है, जैसे स्पीकर के कपलिंग कैपेसिटर, वैकल्पिक वर्तमान चरण मुआवजा, मोटर चरण-शिफ्टिंग कैपेसिटर इत्यादि, जिसमें गैर-ध्रुवीय इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर के उपयोग की आवश्यकता होती है।

कुछ कैपेसिटर निर्माताओं द्वारा दिए गए उपयोगकर्ता मैनुअल में, यह भी दिया गया है कि पारंपरिक ध्रुवीय कैपेसिटर का उपयोग बैक-टू-बैक श्रृंखला द्वारा किया जाता है, यानी श्रृंखला में दो कैपेसिटर एक साथ, लेकिन गैर-प्रभाव प्राप्त करने के लिए ध्रुवीयता विपरीत होती है- ध्रुवीय कैपेसिटर.

(ओवरवोल्टेज विस्फोट के बाद इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटेंस)

निम्नलिखित गैर-ध्रुवीय कैपेसिटेंस के तीन मामलों में फॉरवर्ड वोल्टेज, रिवर्स वोल्टेज, दो इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर बैक-टू-बैक श्रृंखला के अनुप्रयोग में ध्रुवीय संधारित्र की तुलना है, लागू वोल्टेज की वृद्धि के साथ रिसाव वर्तमान परिवर्तन।

1. फॉरवर्ड वोल्टेज और लीकेज करंट

संधारित्र के माध्यम से प्रवाहित होने वाली धारा को एक प्रतिरोधक को श्रृंखला में जोड़कर मापा जाता है। इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर (1000uF, 16V) की वोल्टेज सहिष्णुता सीमा के भीतर, संबंधित लीकेज करंट और वोल्टेज के बीच संबंध को मापने के लिए लागू वोल्टेज को धीरे-धीरे 0V से बढ़ाया जाता है।

(सकारात्मक श्रृंखला धारिता)

निम्नलिखित आंकड़ा एक ध्रुवीय एल्यूमीनियम इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर के लीकेज करंट और वोल्टेज के बीच संबंध को दर्शाता है, जो 0.5mA से नीचे के लीकेज करंट के साथ एक गैर-रेखीय संबंध है।

(आगे की श्रृंखला के बाद वोल्टेज और करंट के बीच संबंध)

2, रिवर्स वोल्टेज और लीकेज करंट

लागू दिशा वोल्टेज और इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर लीकेज करंट के बीच संबंध को मापने के लिए समान करंट का उपयोग करते हुए, यह नीचे दिए गए चित्र से देखा जा सकता है कि जब लागू रिवर्स वोल्टेज 4V से अधिक हो जाता है, तो लीकेज करंट तेजी से बढ़ने लगता है। निम्नलिखित वक्र के ढलान से, रिवर्स इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटेंस 1 ओम के प्रतिरोध के बराबर है।

(वोल्टेज और करंट के बीच रिवर्स वोल्टेज संबंध)

3. बैक-टू-बैक श्रृंखला कैपेसिटर

दो समान इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर (1000uF, 16V) को एक गैर-ध्रुवीय समकक्ष इलेक्ट्रोलाइटिक कैपेसिटर बनाने के लिए श्रृंखला में बैक-टू-बैक जोड़ा जाता है, और फिर उनके वोल्टेज और लीकेज करंट के बीच संबंध वक्र को मापा जाता है।

(सकारात्मक और नकारात्मक ध्रुवीयता श्रृंखला समाई)

निम्नलिखित आरेख कैपेसिटर वोल्टेज और लीकेज करंट के बीच संबंध दिखाता है, और आप देख सकते हैं कि लागू वोल्टेज 4V से अधिक होने के बाद लीकेज करंट बढ़ जाता है, और करंट का आयाम 1.5mA से कम होता है।

और यह माप थोड़ा आश्चर्यजनक है, क्योंकि आप देखते हैं कि इन दो बैक-टू-बैक श्रृंखला कैपेसिटर का लीकेज करंट वास्तव में एकल कैपेसिटर के लीकेज करंट से अधिक होता है जब वोल्टेज को आगे लगाया जाता है।

(सकारात्मक और नकारात्मक श्रृंखला के बाद वोल्टेज और करंट के बीच संबंध)

हालाँकि, समय संबंधी कारणों से, इस घटना का दोबारा परीक्षण नहीं किया गया। शायद उपयोग किए गए कैपेसिटर में से एक अभी रिवर्स वोल्टेज परीक्षण का कैपेसिटर था, और अंदर क्षति हुई थी, इसलिए उपरोक्त परीक्षण वक्र उत्पन्न हुआ था।