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地特三等申論題 111年 [電力工程] 電機機械

第 一 題

📖 題組:
某部 3 相,Y 接,4 極,線電壓有效值為 460 伏特,60 赫茲的三相感應電動機。當連接到 3 相,線電壓有效值為 460 伏特,60 赫茲的三相電源時,輸入電流為 25 安培,且功因為 0.9 滯後。電動機的鐵損為 900 瓦特,定子銅損為 1100 瓦特,轉子銅損為 550 瓦特,摩擦損與風損合計為 300 瓦特。試計算此部電動機:(每小題 5 分,共 20 分) (一) 氣隙功率為若干仟瓦? (二) 電磁功率(electromagnetic power)為若干仟瓦? (三) 輸出為若干馬力? (四) 效率為若干%?
📝 此題為申論題,共 4 小題

小題 (一)

氣隙功率為若干仟瓦?

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計算感應電動機氣隙功率時,首先需利用三相實功率公式求出電動機的總輸入功率。接著,根據感應電動機的功率流向圖(Power Flow Diagram),將輸入功率扣除定子側的損失(包含定子銅損與鐵損),即可求得傳遞至轉子的氣隙功率。

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【解題關鍵】利用三相功率公式求得總輸入功率後,依功率流向扣除定子銅損與鐵損即為氣隙功率。 【解答】 計算:

小題 (二)

電磁功率(electromagnetic power)為若干仟瓦?

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本題測驗感應電動機內部功率流向的觀念。電磁功率(Electromagnetic power,又稱內生機械功率)為轉子實際轉換成機械能的功率,計算上只需將氣隙功率扣除轉子銅損即可求得。

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【解題關鍵】感應電動機的電磁功率等於氣隙功率扣除轉子銅損($P_{em} = P_{ag} - P_{rcl}$)。 【解答】 計算:

小題 (三)

輸出為若干馬力?

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計算輸出馬力需先求得電機的輸出淨實功率(W)。解題時應先利用三相功率公式求出輸入總功率,接著依據功率流向圖,依序扣除定子銅損、鐵損、轉子銅損以及摩擦與風損,得到最終輸出功率,最後除以 746 將單位由瓦特轉換為馬力(hp)。

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【解題關鍵】輸出功率 $P_{out}$ 等於輸入總功率 $P_{in}$ 扣除定子側、轉子側損失及機械損,並利用 $1 \text{ hp} = 746 \text{ W}$ 進行單位轉換。 【解答】 Step 1:計算三相輸入總功率 $P_{in}$

小題 (四)

效率為若干%?

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本題的核心在於能量流動分析。先利用三相交流功率公式計算電動機的輸入功率,接著將定子銅損、鐵損、轉子銅損及摩擦風損加總求出總損耗,最後利用「輸入功率減去總損耗等於輸出功率」的關係,代入效率公式求解。

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【解題關鍵】計算電動機輸入功率後,扣除所有內部損耗求得輸出功率,最後代入效率公式計算。 【解答】 計算:

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