પાવર – સંબંધિત થિયરી (Power – Related Theory)

એક્સરસાઇઝ ૧.૬.૫૯ (Exercise 1.6.59) – ઈલેક્ટ્રિશિયન: સેલ્સ અને બેટરી (Electrician – Cells and Batteries)

બેટરી ચાર્જિંગ પદ્ધતિ – બેટરી ચાર્જર (Battery charging method – Battery charger) 🔋

હેતુઓ (Objectives): આ પાઠના અંતે તમે નીચેની બાબતો શીખી શકશો:

• બેટરી ચાર્જિંગની જરૂરિયાત (Necessity of charging a battery) સમજાવવી.
• ઇલેક્ટ્રોલાઇટ (Electrolyte) બનાવવાની રીતનું વર્ણન કરવું.
• હાઇડ્રોમીટર (Hydrometer) અને હાઇ રેટ ડિસ્ચાર્જ ટેસ્ટર (High rate discharge tester) નો ઉપયોગ સમજાવવો.
• બેટરી ચાર્જિંગ અને ડિસ્ચાર્જિંગ વખતે રાખવાની સાવચેતીઓ (Precautions) જણાવવી.
• સેકન્ડરી સેલ (Secondary cells) ના ચાર્જિંગની વિવિધ પદ્ધતિઓનું વર્ણન કરવું.
• બેટરી ચાર્જરનો હેતુ, રચના (Construction) અને કાર્યકારી સિદ્ધાંત (Working principle) સમજાવવો.

૧. ચાર્જિંગની જરૂરિયાત (Necessity of charging) 🔌

ડિસ્ચાર્જ (Discharge) દરમિયાન, કેમિકલ રિએક્શન (Chemical reaction) ને કારણે, એક્ટિવ ઇલેક્ટ્રોડ્સ (Active electrodes) નાના થઈ જાય છે અને બેટરીનો ઇન્ટરનલ રેઝિસ્ટન્સ (Internal resistance) વધી જાય છે, જેના કારણે આઉટપુટ ઓછું મળે છે. આ પ્રક્રિયાને ઉલટાવવા માટે, બેટરી અથવા સેલમાંથી ડિસ્ચાર્જની વિરુદ્ધ દિશામાં કરંટ (DC) પસાર કરવામાં આવે છે. આ પ્રક્રિયાને ચાર્જિંગ (Charging) કહેવામાં આવે છે. ચાર્જિંગનું કાર્ય ‘બેટરી ચાર્જર’ દ્વારા કરી શકાય છે.

૨. બેટરી ચાર્જર્સ (Battery chargers) ⚙️

જ્યારે રિચાર્જેબલ બેટરીમાં કેમિકલ રિએક્શન સમાપ્ત થઈ જાય, ત્યારે બેટરી ડિસ્ચાર્જ થઈ ગઈ છે તેમ કહેવાય અને તે નક્કી કરેલા દર (Rated flow) મુજબ ઇલેક્ટ્રિક કરંટ પેદા કરી શકતી નથી. જો કે, આ બેટરીને બહારના સ્ત્રોત (Outside source) માંથી ડાયરેક્ટ કરંટ (DC) પસાર કરીને ફરીથી ચાર્જ કરી શકાય છે. આ કરંટ તે જ દિશામાં વહેવો જોઈએ જે દિશામાં બેટરીમાંથી કરંટ બહાર નીકળતો હતો તેની વિરુદ્ધ હોય.

જ્યારે બેટરી ચાર્જ કરો, ત્યારે:

• ચાર્જરના નેગેટિવ (Negative) છેડાને બેટરીના નેગેટિવ ટર્મિનલ સાથે જોડો.
• ચાર્જરના પોઝિટિવ (Positive) છેડાને બેટરીના પોઝિટિવ ટર્મિનલ સાથે જોડો.
• એક સાદો વેરિયેબલ-વોલ્ટેજ DC પાવર સપ્લાય (Variable-voltage DC power supply) બેટરી ચાર્જર તરીકે ઉત્તમ કાર્ય કરે છે.

૩. ચાર્જિંગ કરંટ (Charging current) ⚡

કોઈપણ બેટરી ચાર્જ કરતી વખતે, મેન્યુફેક્ચરર (Manufacturer) દ્વારા ભલામણ કરેલ મૂલ્ય પર ચાર્જિંગ કરંટ સેટ કરવો ખૂબ જ મહત્વપૂર્ણ છે. આ કરંટ સેટ કરવા માટે ચાર્જરના આઉટપુટ વોલ્ટેજને એડજસ્ટ કરવામાં આવે છે અને તેને ચાર્જર અને બેટરી સાથે સીરીઝ (Series) માં જોડેલા એમીટર (Ammeter) દ્વારા માપવામાં આવે છે. જ્યારે બેટરી અને ચાર્જર બંને સમાન વોલ્ટેજ પર હોય, ત્યારે કોઈ કરંટ વહેતો નથી. કરંટનો પ્રવાહ શરૂ કરવા માટે ચાર્જર વોલ્ટેજને બેટરીના વોલ્ટેજ કરતા થોડો વધારે સેટ કરવામાં આવે છે.

બેટરી ચાર્જ કરતા પહેલા ધ્યાનમાં રાખવાના મુદ્દા (Points to be observed before charging): 📝

બેટરીની સ્થિતિ જાણવા માટે નીચેના મુદ્દાઓ તપાસવા જોઈએ: ૧. ઇલેક્ટ્રોલાઇટની વિશિષ્ટ ઘનતા (Specific gravity of the electrolyte). ૨. બેટરીના દરેક સેલના વોલ્ટેજ (Voltage of each cell). ૩. દરેક સેલની એમ્પીયર અવર કેપેસિટી (Ampere hour capacity).

૪. ઇલેક્ટ્રોલાઇટ (Electrolyte) 🧪

સેલમાં વપરાતું ઇલેક્ટ્રોલાઇટ મંદ સલ્ફ્યુરિક એસિડ (Dilute sulphuric acid) છે, જેની વિશિષ્ટ ઘનતા (Specific gravity) 1.21 થી 1.3 ની વચ્ચે હોય છે.

૫. વિશિષ્ટ ઘનતા (Specific gravity) ⚖️

પ્રવાહીના ચોક્કસ કદના દળ (Mass) અને 4°C તાપમાને પાણીના સમાન કદના દળના ગુણોત્તરને તે પ્રવાહીની વિશિષ્ટ ઘનતા (Specific gravity) કહેવામાં આવે છે.

સૂત્ર: $$\text{Specific gravity} = \frac{\text{Mass of given volume of liquid}}{\text{Mass of the same volume of water at 4°C}}$$

૬. સેલની સ્થિતિ તપાસવાનું સાધન (Instrument for testing the condition of cells) 🛠️

હાઇડ્રોમીટર (Hydrometer): ઇલેક્ટ્રોલાઇટની વિશિષ્ટ ઘનતા માપવા માટે હાઇડ્રોમીટરનો ઉપયોગ થાય છે (આકૃતિ ૨ જુઓ).

બેટરીની ચાર્જ થયેલી સ્થિતિ હાઇડ્રોમીટર દ્વારા ચકાસી શકાય છે. આ સાધન ઇલેક્ટ્રોલાઇટની સાપેક્ષ ઘનતા (Relative density) માપે છે. ઇલેક્ટ્રોલાઇટની તાકાત (Strength) દરેક સેલના ચાર્જિંગ લેવલ સાથે સીધી રીતે બદલાય છે. તેથી, બેટરીમાં કેટલી ઉર્જા (Energy) બાકી છે તે જાણવા માટે ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાં રહેલા સલ્ફ્યુરિક એસિડની વિશિષ્ટ ઘનતા માપવી જરૂરી છે.

• Reading 1.150: લો (Low) ચાર્જ
• Reading 1.250: નોર્મલ (Normal) / ફૂલ ચાર્જ

સેલની સ્થિતિ અને હાઈડ્રોમીટર રીડિંગ (Cell Condition and Hydrometer Reading) 📏

બેટરી કેટલી ચાર્જ છે તે જાણવા માટે હાઈડ્રોમીટરનો ઉપયોગ થાય છે. નીચેનું કોષ્ટક સેલની સ્થિતિ દર્શાવે છે:

| સેલની સ્થિતિ (Cell condition) | હાઈડ્રોમીટર રીડિંગ (Hydrometer reading) | | :— | :— | | ફૂલ ચાર્જ (Full charge) | 1.26 | | 50% ચાર્જ (50% charge) | 1.20 | | ડિસ્ચાર્જ (Discharged) | 1.15 |

લેડ-એસિડ બેટરીના વોલ્ટેજ ટેસ્ટ (Voltage Tests of Lead-Acid Batteries) 🔌

પ્રાઈમરી સેલની જેમ જ, લેડ-એસિડ બેટરીના વોલ્ટેજ ટેસ્ટ હંમેશા લોડ (Load) હેઠળ કરવા જોઈએ. કારની બેટરીનો સાદો ‘લાઈટ લોડ વોલ્ટેજ ટેસ્ટ’ કરવા માટે, હેડલાઈટ્સ (Headlights) ચાલુ રાખીને અને ચાલુ કર્યા વગર બેટરીના આઉટપુટ વોલ્ટેજની કિંમત તપાસો.

મહત્તમ લોડ વોલ્ટેજ ટેસ્ટ (Maximum load voltage test) કરવા માટે જ્યારે સ્ટાર્ટિંગ મોટર (Starting motor) કાર્યરત હોય ત્યારે બેટરીના વોલ્ટેજ માપવામાં આવે છે (આકૃતિ 3). 12V ની બેટરીના કિસ્સામાં, જો આઉટપુટ વોલ્ટેજ 7V થી નીચે જાય, તો તેનો અર્થ એ છે કે બેટરી ખામીયુક્ત (Defective) છે અથવા સંપૂર્ણ ચાર્જ થયેલી નથી.

હાઈ રેટ ડિસ્ચાર્જ ટેસ્ટર (High Rate Discharge Tester – HRD) 🌡️

આ ટેસ્ટ દ્વારા સેલની આંતરિક સ્થિતિ (Internal condition) નક્કી કરવામાં આવે છે. આમાં એક લો રેન્જ (0-3V) વોલ્ટમીટરને લો રેઝિસ્ટન્સ (Low resistance) સાથે શન્ટ (Shunt) કરવામાં આવે છે (આકૃતિ 4). ટેસ્ટિંગ માટે બે ટર્મિનલ પ્રોડ્સ (Terminal prods) ને સેલના ટર્મિનલ્સ પર દબાવવામાં આવે છે. સારી સ્થિતિમાં રહેલો ફૂલ ચાર્જ સેલ ‘ફૂલ ચાર્જ’ ની રેન્જમાં રીડિંગ બતાવે છે.

મીટરમાં ત્રણ રંગો હોય છે: લાલ, પીળો અને લીલો. 🔴 લાલ: સંપૂર્ણ ડિસ્ચાર્જ (Fully discharged) 🟡 પીળો: અડધો ચાર્જ (Half charge) 🟢 લીલો: સંપૂર્ણ ચાર્જ (Fully charged)

સેકન્ડરી સેલ ચાર્જ કરવાની રીતો (Methods of Charging the Secondary Cells) 🔌🔋

સેકન્ડરી સેલને ચાર્જ કરવા માટે મુખ્યત્વે ત્રણ પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ થાય છે:

1. કોન્સ્ટન્ટ કરન્ટ મેથડ (Constant current method)
2. કોન્સ્ટન્ટ પોટેન્શિયલ મેથડ (Constant potential method)
3. રેક્ટિફાયર મેથડ (Rectifier method)

1. કોન્સ્ટન્ટ કરન્ટ મેથડ (Constant Current Method) ⚡

આ પદ્ધતિનો ઉપયોગ ત્યાં થાય છે જ્યાં સપ્લાય હાઈ વોલ્ટેજ DC 220 V, 110 V વગેરે હોય, પરંતુ બેટરી લો વોલ્ટેજ (6 V, 12 V વગેરે) ની હોય. બેટરીનો emf સપ્લાય વોલ્ટેજની સરખામણીમાં ઓછો હોવાથી, સપ્લાય વોલ્ટેજ ઘટાડવા માટે લેમ્પ-લોડ (Lamp-load) અથવા વેરિયેબલ રેઝિસ્ટર (Variable resistor) ને બેટરી સાથે શ્રેણી (Series) માં જોડવામાં આવે છે (આકૃતિ 5). આનાથી ઉર્જાનો વ્યય (Loss of energy) થાય છે, તેથી આ પદ્ધતિ બિનકાર્યક્ષમ (Inefficient) ગણાય છે.

• ઉપયોગ (Use): વધુ સંખ્યામાં સેલને કોન્સ્ટન્ટ કરન્ટ રેટિંગ પર ચાર્જ કરવા માટે.

2. કોન્સ્ટન્ટ પોટેન્શિયલ મેથડ (Constant Potential Method) ⚖️

આ પદ્ધતિમાં, વોલ્ટેજને દરેક સેલ દીઠ આશરે 2.3 V ની નિશ્ચિત કિંમત પર જાળવી રાખવામાં આવે છે; જેમ જેમ ચાર્જિંગ આગળ વધે છે તેમ તેમ કરન્ટ ઘટતો જાય છે. એક વેરિયેબલ રેઝિસ્ટર શ્રેણીમાં જોડાયેલ હોય છે, તેથી દરેક સેલ દીઠ 2.5 થી 2.6 V ના વોલ્ટેજ સોર્સની જરૂર પડે છે. 12 V ની મોટર કાર બેટરી માટે, ચાર્જિંગ ડાયનેમો આશરે 15 V નો હોય છે. કોન્સ્ટન્ટ કરન્ટ મેથડની સરખામણીમાં આમાં ઓછી પાવર વેસ્ટ થાય છે અને ઓછો સમય લાગે છે. આકૃતિ 6 બેટરી ચાર્જ કરવાની આ પદ્ધતિના કનેક્શન્સ દર્શાવે છે.

• ઉપયોગ (Use): કોન્સ્ટન્ટ વોલ્ટેજ રેટિંગ ધરાવતી બેટરીઓને ચાર્જ કરવા માટે.

3. રેક્ટિફાયર મેથડ (Rectifier Method) 🔄

બેટરી ચાર્જિંગ માટેનું રેક્ટિફાયર સામાન્ય રીતે બ્રિજ (Bridge) સ્વરૂપે જોડાયેલા ડાયોડ્સ (Diodes) થી બનેલું હોય છે (આકૃતિ 7). AC વોલ્ટેજને ડાયોડ્સ માટે યોગ્ય વોલ્ટેજમાં સ્ટેપ ડાઉન (Step down) કરવા માટે ટ્રાન્સફોર્મરનો ઉપયોગ થાય છે. રેક્ટિફાયર સેટમાં એમીટર, વોલ્ટમીટર, સ્વીચો અને ફ્યુઝનો પણ ઉપયોગ થાય છે.

ટ્રિકલ ચાર્જ (Trickle Charge) 💧

જ્યારે બેટરીને લાંબા સમય સુધી ખૂબ જ ઓછા દરે, એટલે કે સામાન્ય દરના 2 થી 3% ના દરે ચાર્જ કરવામાં આવે છે, ત્યારે તેને ‘ટ્રિકલ ચાર્જ’ કહેવામાં આવે છે.

• ઉપયોગ (Use): સેન્ટ્રલ અથવા સબ-સ્ટેશન બેટરીઓ માટે અને ઈમરજન્સી લાઈટિંગ સિસ્ટમ્સ (Emergency lighting systems) માટે.

SEO Keywords for WordPress Website: 🔍

• Lead Acid Battery Charging Methods in Gujarati
• Constant Current Method vs Constant Potential Method
• Battery Hydrometer Reading Guide
• High Rate Discharge Tester (HRD) Working
• Trickle Charge meaning and use
• ITI Electrician Theory Gujarati
• How to test car battery in Gujarati
• Rectifier method for battery charging
• Secondary cell charging techniques

SEO Keywords for WordPress Website: 🌐

• Battery Charging Method Gujarati (બેટરી ચાર્જિંગ પદ્ધતિ ગુજરાતી)
• Electrician Theory Gujarati (ઈલેક્ટ્રિશિયન થિયરી)
• How to use Hydrometer (હાઇડ્રોમીટરનો ઉપયોગ)
• Specific Gravity of Electrolyte (ઇલેક્ટ્રોલાઇટની વિશિષ્ટ ઘનતા)
• Battery Charger Working Principle (બેટરી ચાર્જરનો સિદ્ધાંત)
• ITI Electrician Notes Cells and Batteries (ITI ઈલેક્ટ્રિશિયન નોટ્સ)
• Lead Acid Battery Charging Gujarati (લીડ એસિડ બેટરી ચાર્જિંગ)