海巡三等申論題 109年 [海洋巡護科輪機組] 船用電機與自動控制

第一題

📖 題組：
二、

📝 此題為申論題，共 4 小題

小題 (一)

何謂三相感應電動機的同步速率？何謂轉差率？（5分）

看到感應電動機的「同步速率」與「轉差率」，應直覺聯想到定子旋轉磁場的轉速公式，以及轉子轉速與磁場轉速之間的相對關係。作答時除了文字定義外，務必列出兩者的標準計算公式（Ns = 120f/P 與 S = (Ns-Nr)/Ns），以確保完整拿分。

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一、同步速率（Synchronous Speed）：「同步速率」指三相感應電動機的定子繞組通入三相交流電源後，氣隙中所產生「旋轉磁場」的旋轉速度。・公式：Ns = 120f / P

鼠籠式感應電動機與繞線式感應電動機的應用場合有何差異？（5分）

看到此題，應先聯想兩種電機在「轉子構造」與「啟動特性（轉矩與電流）」上的本質差異。接著將這些特性連結到船舶實務上，區分「恆速/一般負載」與「需調速/高啟動轉矩負載」的具體對應設備即可精準拿分。

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【破題】鼠籠式與繞線式感應電動機因轉子構造不同，導致其啟動轉矩、啟動電流及調速能力有所差異，進而決定了兩者在船舶上的應用場合。【論述】

如何降低三相交流感應電動機的起動電流？（8分）

看到此題，應立即聯想到三相感應電動機的「降壓啟動」原理與「轉子電阻控制」機制。答題時建議依據電動機的構造（鼠籠式 vs. 繞線式）及現代電力電子技術進行分類論述，並點出各方法的降流比例或特徵，這樣能展現電機技師的系統性思維與實務深度。

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【破題】三相交流感應電動機在全壓（直接）啟動時，會產生高達額定電流5至8倍的啟動電流。在獨立且容量有限的船舶電力系統中，極易造成電網電壓驟降（Voltage Dip），影響其他設備運行。降低啟動電流的基本原理為「降低定子端電壓」或「增加轉子迴路阻抗」。【論述】

如何改變三相交流感應電動機的轉速？（7分）

看到「改變三相交流感應電動機轉速」，應直覺寫出其轉速核心公式：N = 120f/P × (1 - s)。接著從公式中拆解出三大變數：電源頻率(f)、磁極數(P)與轉差率(s)，並依此分點條列說明對應的調速方法及船用實務應用即可穩拿高分。

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【破題】改變三相交流感應電動機轉速的根本原理，源自其轉速核心公式：$N = \frac{120f}{P} \times (1 - s)$（其中 $N$ 為實際轉速，$f$ 為電源頻率，$P$ 為磁極數，$s$ 為轉差率）。由公式可知，調速方法主要分為改變頻率、極數及轉差率三大類。【論述】