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高考申論題 106年 [電力工程] 電路學

第 四 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 (四)

負載 RL 的功耗 PL =?(5 分)

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看到多級理想變壓器串聯,首先利用「阻抗反射原理」將負載阻抗依序推回一次側,求得等效輸入阻抗 Zin。接著透過一次側 KVL 求出迴路電流,最後利用「理想變壓器不消耗實功」的特性,直接計算 Zin 消耗的有效功率即為負載功耗。

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【解題關鍵】利用理想變壓器之阻抗反射原理求出等效輸入阻抗,並依據理想變壓器實功守恆特性直接計算負載有效功率。 【解答】 計算:

小題 (一)

n =?(5 分)

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本題測驗理想變壓器串聯(級聯)之等效電路分析。解題關鍵在於利用「總電壓比等於各級電壓轉換比乘積」的特性,並嚴格根據「打點極性(Dot Convention)」判斷每級轉換時電壓的正負號變化,最後與等效模型對比即可求得 n 值。

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【解題思路】利用理想變壓器級聯時「總電壓比為各級電壓轉換比乘積」的特性,並配合打點極性(同側打點電壓同相,異側打點電壓反相),逐步推導出總等效匝數比。 【詳解】 已知:各級變壓器均為並聯相接(前一級次級直接接下一級初級)。為方便分析,統一定義各級線圈的電壓方向皆為「上正下負」。

小題 (二)

Zin =?(5 分)

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看到理想變壓器求輸入阻抗,應直覺聯想到「阻抗反射(Impedance Reflection)」原理。無論各級變壓器打點極性為何,負載反射到一次側的等效阻抗,均為負載阻抗除以總等效圈數比的平方,故先求出串聯系統的總等效圈數比再行代入即可。

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【解題思路】利用理想變壓器的阻抗反射原理,計算三級變壓器的總等效圈數比,將負載阻抗反射至一次側。 【詳解】 已知:

小題 (三)

I1(rms) =?(5 分)

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本題重點在於『理想變壓器的阻抗反射』與『基本迴路分析』。看到多級變壓器串聯,首先應利用各級匝數比的平方,將負載電阻逐級反射回一次側,求得總等效輸入阻抗 Zin。接著將電路簡化為單一迴路,利用歐姆定律(V=IZ)即可輕鬆求得一次側有效值電流。

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【解題關鍵】利用理想變壓器的阻抗反射原理求出總等效輸入阻抗,再代入單迴路歐姆定律計算一次側電流。 【解答】 計算:

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