KWALIFIKACJA ELE5 - CZERWIEC 2018

PYTANIE NR 6.
Na rysunku 1 przedstawiono schemat prostownika trójpulsowego w układzie podstawowym, na rysunku 2 przebiegi czasowe napięć fazowych zasilających ten prostownik oraz przebieg napięcia na obciążeniu rezystancyjnym Ud. Jaką modyfikację wprowadzono do układu prostownika, aby uzyskać kształt napięcia wyprostowanego Ud jak na rysunku?
Ilustracja przedstawia dwa rysunki techniczne związane z zagadnieniami elektrycznymi.
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
Uzyskanie "wygładzonego" przebiegu Ud (mniejsze tętnienia, podtrzymanie napięcia między impulsami prostowania) wskazuje na zastosowanie filtru pojemnościowego.
Osiąga się to przez dołączenie kondensatora o dużej pojemności równolegle do obciążenia R, aby ładował się do wartości szczytowych i rozładowywał między nimi.

Pełne wyjaśnienie:

W prostowniku (także trójpulsowym) napięcie na obciążeniu rezystancyjnym bez dodatkowych elementów ma charakter tętniący: rośnie w pobliżu kolejnych "szczytów" napięć fazowych, a następnie opada do następnego przewodzenia diod. Jeżeli na wykresie Ud widać wyraźne wygładzenie (mniejszą amplitudę tętnień oraz "podtrzymanie" napięcia pomiędzy kolejnymi impulsami), to typowym zabiegiem jest zastosowanie kondensatora dołączonego równolegle do obciążenia.

Dlaczego kondensator równoległy działa? Kondensator ładuje się, gdy napięcie wyprostowane osiąga wartości wysokie (w pobliżu maksimum chwilowego). Gdy napięcie źródła po prostowaniu zaczyna spadać, kondensator staje się źródłem energii dla obciążenia R i rozładowuje się, przez co napięcie Ud nie spada tak szybko. Efektem jest wyższa wartość minimalna napięcia i mniejsze tętnienia.

Dlaczego pozostałe odpowiedzi są nieprawidłowe?

  • Dławik równoległy do R nie jest typowym elementem do wygładzania napięcia na obciążeniu rezystancyjnym; wprowadzałby dodatkową gałąź pobierającą prąd, a nie magazynowałby energii w sposób podtrzymujący Ud tak jak kondensator równoległy.
  • Kondensator szeregowo z R blokuje składową stałą i tworzy układ o innym przeznaczeniu (sprzęganie AC), więc nie daje stabilnego napięcia stałego na obciążeniu.
  • Dławik szeregowo z R może ograniczać zmiany prądu i bywa używany w filtrach prądowych, ale sam włączeniem szeregowym nie daje charakterystycznego "doładowywania do szczytu i powolnego opadania" napięcia na R, typowego dla filtru pojemnościowego równoległego.

Na egzaminie warto kojarzyć: kondensator równolegle najczęściej wygładza napięcie, a dławik szeregowo – najczęściej wygładza prąd (w zależności od układu i obciążenia).

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
Prostownik trójpulsowy wykorzystuje zasilanie trójfazowe tak, że w każdej "porcji" okresu przewodzi inna faza, a na wyjściu pojawia się kilka impulsów napięcia w jednym okresie sieci. W porównaniu z jednofazowym daje zwykle mniejsze tętnienia i wyższą jakość napięcia stałego.
Typowy znak to "podtrzymanie" napięcia między kolejnymi impulsami prostowania: Ud szybko rośnie do wartości bliskiej maksimum, a potem opada powoli (rozładowanie przez R). Tętnienia są wyraźnie mniejsze niż w układzie bez filtru.
Równoległy kondensator magazynuje energię i oddaje ją do obciążenia, gdy napięcie z prostownika spada, dzięki czemu wygładza napięcie. Kondensator włączony szeregowo blokuje składową stałą, co utrudnia uzyskanie stabilnego napięcia DC na obciążeniu.
Tak, ale typowo wpływa przede wszystkim na prąd (ogranicza jego szybkie zmiany) i jest stosowany w filtrach, gdy zależy nam na bardziej stałym prądzie obciążenia. Sam dławik równoległy do R nie daje typowego efektu wygładzenia napięcia jak kondensator równoległy.
Zbyt mała pojemność oznacza szybkie rozładowanie kondensatora między impulsami prostowania. Wtedy napięcie Ud bardziej opada, a tętnienia rosną. W praktyce może to powodować gorszą pracę zasilanego układu (np. w automatyce) i większe wahania parametrów.
Najczęstsze pomyłki to: mylenie włączenia równoległego z szeregowym, wybór dławika "bo też wygładza", bez sprawdzenia czy pytanie dotyczy napięcia czy prądu, oraz ignorowanie charakterystycznego przebiegu: ładowanie do szczytu i powolny spadek typowy dla kondensatora równoległego.
Ud najczęściej oznacza napięcie po stronie stałoprądowej (wyprostowane) na obciążeniu lub na wyjściu prostownika. W zależności od zadania może chodzić o przebieg chwilowy Ud(t) albo o wartość średnią. Kluczowe jest, czy analizujemy tętnienia.
Kondensator powoduje, że diody przewodzą krócej, ale w tym czasie prądy mogą być większe (impulsowe doładowanie kondensatora). W praktyce może to zwiększać obciążenie elementów prostownika i wymaga poprawnego doboru diod oraz zabezpieczeń, zwłaszcza przy dużych pojemnościach.
W praktyce gazownictwa spotyka się zasilanie prądem stałym m.in. w systemach ochrony katodowej rurociągów, gdzie źródło DC (często prostownik) ma zapewnić stabilne parametry. Umiejętność rozpoznania filtracji i tętnień pomaga w diagnozie pracy układu i ocenie jakości zasilania.
Ćwicz na schematach i przebiegach: kondensator równolegle → podtrzymanie napięcia i mniejsze tętnienia U; dławik szeregowo → "wygładzanie" prądu i mniejsze skoki I. Porównuj przypadek bez filtru i z filtrem, zwracając uwagę na minima między impulsami.
info

Statystycznie 66% uczniów zna prawidłową odpowiedź. średnie

Źródła:

  • Ned Mohan, Tore M. Undeland, William P. Robbins, "Power Electronics: Converters, Applications, and Design", rozdziały o prostownikach i filtrach wyjściowych (LC/RC), wydanie książkowe
  • Muhammad H. Rashid, "Power Electronics: Circuits, Devices, and Applications", rozdziały o prostownikach diodowych i wygładzaniu napięcia kondensatorem, wydanie książkowe
  • Robert W. Erickson, Dragan Maksimović, "Fundamentals of Power Electronics", część o prostowaniu i filtracji tętnień, wydanie książkowe

Materiały:

  • Podręcznik z energoelektroniki omawiający prostowniki i filtry RC/LC
  • Instrukcje serwisowe/eksploatacyjne prostowników (szczególnie dla ochrony katodowej rurociągów)
  • Zadania z analizy przebiegów napięć po prostowaniu (tętnienia, wygładzanie)

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego