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高考申論題 113年 [輪機技術] 船用電學與自動控制

第 一 題

📖 題組:
圖 1 為一個三相平衡電路的單線圖,電源(source)為正相序(positive sequence)且∆連接,若電源的線電壓 Vab 為 207.85∠30° V-rms,試計算
題組圖片
📝 此題為申論題,共 4 小題

小題 (一)

流經輸電線(line)之 B 相的線電流相量。(7 分)

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本題測試三相平衡電路的單相化(Y-Y 等效)分析能力。首先需將 Δ 接的電源與負載轉換為 Y 接等效電路,求出 A 相相電壓與系統總等效阻抗。計算出 A 相線電流後,再利用正相序特性(B 相落後 A 相 120 度)即可推算出 B 相線電流。

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【解題關鍵】利用單相等效電路分析(Y-Y 等效轉換),結合三相正相序 $I_b = I_a \angle -120^{\circ}$ 的特性進行求解。 【解答】 計算:

小題 (二)

匯流排 2 負載端之 C 相的相電壓相量。(6 分)

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本題重點在於三相平衡電路的「單相等效電路」分析。首先需將電源線電壓轉換為相電壓(A 相作為基準),並將 \Delta 連接的負載轉換為等效的 Y 連接模型;接著計算並聯負載的等效阻抗,利用分壓定理算出匯流排 2 的 A 相電壓,最後再依據正相序角度關係推導出 C 相的電壓相量。

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【解題關鍵】利用單線圖建立單相等效電路(將 \Delta 負載轉 Y 負載),並應用電壓分壓定理與正相序角度關係推導出目標相量。 【解答】 計算:

小題 (三)

匯流排 2 負載端之 A 相和 B 相間的線電壓相量。(6 分)

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看到這類三相電路圖,首先應將所有負載及電源轉換為等效的單相「Y 接」模型以建立單線等效電路。利用分壓定理計算出匯流排 2 負載端的相電壓 (VAN) 後,再依據正相序特性乘上 √3∠30° 即可求得線電壓 (VAB)。

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【解題關鍵】利用單相等效電路模型,將Δ連接轉換為Y連接阻抗,透過分壓定理求得相電壓後,再換算為線電壓。 【解答】 Step 1:計算電源等效 Y 接相電壓

小題 (四)

流經 ∆連接負載(意即 Load 1)的電流相量。(6 分)

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處理三相多重負載電路,首要步驟是將 $\Delta$ 接的電源與負載全數轉換為等效的單相 Y 接電路以簡化計算。算出總阻抗與主線路電流後,利用分流定理求出進入特定負載的等效 Y 線電流,最後再依 $\Delta$ 接法的線/相電流相位關係(相差 $30^\circ$ 且大小差 $\sqrt{3}$ 倍)還原出負載內部的實際相電流。

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【解題關鍵】將三相電路轉換為單相 Y 等效電路,利用分流定理求出特定負載的線電流後,再依正相序關係換算為 $\Delta$ 負載內部的相電流。 【解答】 計算:

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