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普考申論題 108年 [電力工程] 基本電學

第 一 題

📖 題組:
四、如圖四所示之電路,輸入電壓 vin 為弦波,求其(一)功率因數。(7 分)(二)平均功率。(7 分)(三)無功功率。(6 分)
題組圖片
📝 此題為申論題,共 4 小題

小題 (一)

(一)功率因數。(7 分)

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看到本題含有互感,首先應觀察電流與打點端的相對位置,以判斷互感極性為「串聯互助」或「串聯互消」。求出等效電感與感抗後,計算出電路總阻抗,最後透過實數部(電阻)與阻抗大小的比值即可得到功率因數,並需根據電路特性標示「落後」或「超前」。

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【解題關鍵】準確判斷互感極性計算等效電感,並利用總阻抗實部與絕對值的比例求得功率因數 $PF = R / |Z|$。 【解答】 計算:

小題 (二)

(二)平均功率。(7 分)

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本題解題核心在於判斷互感極性與計算平均功率。首先觀察電流流入電感的打點位置以判定為串聯互助,求出等效電感。接著計算感抗與總阻抗,最後利用 P = I_rms^2 × R 求出電阻消耗的平均功率。

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【解題關鍵】判斷電感為串聯互助以求出等效電感,利用交流阻抗求出電流有效值,再代入平均功率公式 P = I_rms^2 × R 計算。 【解答】 計算:

小題 (三)

(三)無功功率。(6 分)

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看到含打點標示的耦合電感,首先根據迴路電流方向判斷流入極性,確認是互助還是互消串聯以求出總等效電感。接著計算總等效感抗與電路阻抗大小,最後利用有效值計算無功功率 Q = I_rms^2 * X_L 即可求解。

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【解題關鍵】判斷耦合電感極性求出總等效感抗,並運用無功功率公式 $Q = I_{rms}^2 X_L$ 求解。 【解答】 計算:

小題 (四)

請計算電壓V_dn。

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看到這種多節點的複雜電路,首先要分辨「電源側」與「負載側」。左側是個封閉的電壓源迴路,可先設定一個參考點(如 d 點為 0V)並利用克希荷夫電壓定律(KVL)找出 a、b、c 各節點的電壓。右側是多個阻抗匯聚於一點(n 點)的星形結構,確認各分支等效阻抗後,套用節點電壓法或密爾曼定理即可輕鬆求得中心點電壓,最後再計算兩點間的電位差 V_dn。

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【解題關鍵】利用克希荷夫電壓定律(KVL)求出電源側各節點電壓,再以節點電壓法(KCL)分析對稱負載求出星形中心點電壓。 【解答】 計算:

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