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普考申論題 108年 [電力工程] 基本電學

第 一 題

📖 題組:
一、如圖一所示之電路,輸入電壓 Vin 為弦波,虛線框框內為理想變壓器,求(一)當其獲得最大功率傳輸時,XC 應為多少?(10 分)(二)此最大功率值為多少?(10 分)
題組圖片
📝 此題為申論題,共 4 小題

小題 (一)

(一)當其獲得最大功率傳輸時,XC 應為多少?(10 分)

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本題主要考驗變壓器的阻抗反射、惠斯登電橋化簡,以及最大功率傳輸的諧振條件。首先判斷二次側為平衡電橋以求出等效電阻,接著將其反射至一次側並與並聯電感求出等效阻抗,最後依據電路總電抗為零(虛部相消)之原則,即可求得所需的容抗 XC。

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【解題關鍵】運用惠斯登電橋平衡化簡二次側電路,利用變壓器阻抗反射定理求取等效阻抗,並依據最大功率傳輸之虛部抵消(諧振)原則求出所需容抗。 【解答】 計算:

小題 (二)

(二)此最大功率值為多少?(10 分)

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看到理想變壓器與多重負載,先將二次側的橋式電路等效化,並利用匝數比的平方將其反射至一次側以求得戴維寧等效阻抗。接著應用「最大功率傳輸定理(共軛匹配)」,判定未知負載阻抗必須等於等效阻抗的共軛複數,最後代入最大功率公式即可求解。

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【解題關鍵】利用阻抗反射與戴維寧定理求出等效阻抗,並應用最大功率傳輸定理(共軛匹配)計算最大功率。 【解答】 計算:

小題 (三)

請計算網目電流I_c。

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本題要求解左側網目電流,可直接觀察電路架構,發現10Ω與15Ω電阻為並聯關係。可利用等效電阻法先求出總電阻,再代入歐姆定律求得總電流(即網目電流 $I_c$);或採用網目分析法(KVL)聯立方程式求解均可。

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【解題關鍵】利用串並聯等效電阻法簡化電路求出總阻抗,或依據克希荷夫電壓定律(KVL)列出網目方程式求解。 【解答】 計算:

小題 (四)

假設四個電阻有相同的散熱面積,那一個電阻溫度最高?

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看到題目詢問「散熱面積相同,哪一個電阻溫度最高」,應立刻聯想到這是考「實功率計算」,因為消耗功率 P 越大的電阻發熱量越多,在散熱條件相同下溫度就會越高。解題關鍵在於先分析電路拓撲(串並聯混合),求出總等效電阻與主迴路電流,再利用 P=I²R 或 P=V²/R 分別求出四顆電阻的消耗功率並進行比較。

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【解題關鍵】在散熱面積相同的情況下,電阻溫度的高低取決於其消耗的電功率大小($P=I^2R$ 或 $P=V^2/R$),消耗功率最大者溫度最高。 【解答】 計算:

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