地特四等申論題 111年 [電力工程] 電工機械概要

第一題

📖 題組：
交流電動機用途很廣，常在日常生活周遭出現，請回答下列關於交流電動機的問題：

📝 此題為申論題，共 3 小題

小題 (一)

若以轉速特性來區分，交流電動機可分為那些種類，並說明其應用。（5 分）

這是一道基本概念題，測驗考生對交流電動機分類的掌握。作答時應直接切入核心，依據「轉速特性」（即轉速隨負載變化的情形），將其明確區分為同步（恆速）、感應（微變速）與串激（變速）三大類，並分別列舉其典型工業或民生應用以獲取完整分數。

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【破題】依據轉速特性（轉子轉速與負載變動的關係，以及是否與同步轉速一致），交流電動機主要可分為「恆速」、「微變速（幾乎恆速）」與「變速」三大種類。【論述】一、恆速特性：同步電動機 (Synchronous Motor)

請比較並說明直流電動機與交流電動機的工作原理。（10 分）

解題關鍵在於掌握兩者產生「連續旋轉轉矩」的機制差異。直流電動機須強調「換向器與電刷」的機械整流作用；交流電動機則須點出定子通入交流電產生「旋轉磁場」的核心概念，最後從結構、維護及調速等面向進行條列比較以獲取高分。

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【破題】電動機皆是利用電磁力原理將電能轉換為機械能的設備，兩者最大的差異在於電源形式以及產生連續單向旋轉轉矩的物理機制不同。【論述】

一部 200 V、20 HP、60 Hz 的三相四極感應電動機，無載時以 1700 轉/分運轉，在滿載時以 1680 轉/分運轉。請計算無載與額定負載的轉差率。（10 分）

看到感應電動機的頻率與極數，應先利用公式 Ns = 120f/P 求出旋轉磁場的同步轉速。接著代入轉差率定義公式 s = (Ns - Nr)/Ns，將無載與滿載時的轉子轉速分別代入計算即可求解。

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【解題關鍵】利用同步轉速公式 Ns = 120f/P 求出基準轉速，再代入轉差率定義公式 s = (Ns - Nr) / Ns 進行計算。【解答】計算：