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moea_joint_essay 102年 [電機] 電力系統與電機機械、電磁學

第 二 題

📖 題組:
由原動機帶動之一台 480 V、60 Hz Y 接六極同步發電機,每相同步電抗 1.0 Ω(Xs>>RA,忽略電樞電阻),發電機場電流固定使發電機無載輸出電壓為 480 V﹔發電機於滿載輸出、功率因數 0.8 落後時,電樞電流為 50 A、摩擦損及雜散損為 1.5 kW、鐵損為 1.5 kW。(請計算至小數點後 1 位,以下四捨五入)。
📝 此題為申論題,共 2 小題

小題 (二)

若發電機改接提供 50 Hz 系統之負載時,原動機轉速應調整為多少(rad/s)? (5 分)

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發電機頻率與轉速成正比,可由極數計算出對應的機械角速度。

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  1. 系統頻率改為 f = 50 Hz。
  2. 新同步轉速 N_s' = 120 * 50 / 6 = 1000 rpm。
  3. 角速度 ω_m' = 1000 * 2π / 60 = 104.7 rad/s。

小題 (一)

當發電機供應額定電流輸出、功率因數 0.8 落後時,
(1)轉矩角(δ)為多少度? (5 分)
(2)電壓調整率(VR)為多少 % ? (5 分)
(3)原動機須提供多少轉矩(N.m,牛頓.米)? (5 分)

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利用相電壓、電流與同步電抗計算感應電勢,其相角即為轉矩角。將總輸出功率加上所有損耗得出機械輸入功率,再除以角速度求得轉矩。

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  1. 額定相電壓 V_φ = 480 / √3 = 277.1 V。
  2. 無載輸出線電壓為 480V 代表內部感應線電勢 E_A_line = 480 V,相電勢 E_A = 277.1 V。
  3. E_A∠δ = V_φ∠0° + jXs * I_A = 277.1 + j1.0 * (50∠-36.87°) = 277.1 + 50∠53.13° = 307.1 + j40.0 V。

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