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地特三等申論題 106年 [電力工程] 電路學

第 一 題

📖 題組:
下圖中,三個理想的變壓器串聯相接,分別之線圈紮數比為 4:1、3:2 及 1:8,整個電路可等效視為一個理想變壓器具有線圈紮數比 1:n,請求出: (一) n =?(5 分) (二) Zin =?(5 分) (三) I1(rms) =?(5 分) (四) 負載 RL 的功耗 PL =?(5 分)
題組圖片
📝 此題為申論題,共 4 小題

小題 (一)

n =?(5 分)

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多個理想變壓器串聯時,整體的電壓轉換比等於各級變壓器電壓轉換比的連乘積。解題關鍵在於統一設定各端電壓極性(如皆設為上正下負),並仔細根據打點極性判斷每一級轉換時的正負號,最後與等效變壓器的電壓方程式進行比對求出 n。

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【解題思路】多個理想變壓器串聯時,整體的電壓轉換比為各級變壓器電壓轉換比的乘積,需特別注意打點極性對正負號的影響。 【詳解】 已知:定義各級變壓器之一次側與二次側電壓極性皆為「上正下負」,根據打點極性判斷各級電壓轉換比:

小題 (二)

Zin =?(5 分)

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計算多級串接變壓器的輸入阻抗,核心在於利用理想變壓器的「阻抗反射定理」。只需將負載端阻抗依序乘上每一級變壓器匝數比的平方,由二次側(負載側)逐級反射至一次側(電源側)即可得出答案,打點的極性不影響阻抗大小。

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【解題關鍵】利用理想變壓器的阻抗反射定理:反射阻抗正比於線圈匝數比的平方 $Z_1 = (N_1/N_2)^2 \times Z_2$。 【解答】 計算:

小題 (三)

I1(rms) =?(5 分)

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本題為理想變壓器級聯電路的分析。解題關鍵在於先將負載電阻依據各級變壓器的線圈匝數比,逐級反射(折算)回一次側求出等效輸入阻抗 $Z_{in}$,接著將等效電路簡化為純電阻串聯迴路,最後利用歐姆定律即可求得一次側迴路電流 $I_1(rms)$。

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【解題關鍵】利用理想變壓器的阻抗反射原理,將負載電阻逐級等效至一次側後,結合歐姆定律計算迴路電流。 【解答】 計算:

小題 (四)

負載 RL 的功耗 PL =?(5 分)

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本題考查多級理想變壓器的阻抗反射與功率計算。解題時應先將負載阻抗利用總等效變比(或逐級)反射至一次側,求出輸入等效阻抗 $Z_{in}$ 與迴路電流 $I_1$。最後利用理想變壓器不耗能的特性,直接以 $I_1^2 \times Z_{in}$ 算出負載功耗 $P_L$。

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【解題關鍵】利用阻抗反射原理求出等效輸入阻抗 $Z_{in}$ 與一次側電流 $I_1$,再由能量守恆定理(理想變壓器不耗能)計算負載功耗 $P_L$。 【解答】 計算:

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