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moea_joint_essay 113年 [電機] 電力系統、電機機械

第 二 題

📖 題組:
有某 4 極,3 相 60 HZ,220 V,Δ接繞線式感應電動機,其轉子為 Y 型接線,定子匝數與轉子匝數之比為 4:1,滿載轉速為 1600 rpm,轉子電阻為 0.5 Ω,堵住靜止時轉子電抗為 1 Ω,試求(計算至小數點後第 2位,以下四捨五入):(4題,每題 5分,共 20分)
📝 此題為申論題,共 4 小題

小題 (二)

在滿載運轉下轉子每相線電流為何?

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先求同步轉速 N_s = 120f/P,再求轉差率 s = (N_s - N_r)/N_s。運轉時的轉子感應電壓與電抗分別為 sE_p2 和 sX_2。用相電壓除以相阻抗得出相電流。因轉子為Y接,線電流即為相電流。

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  1. 系統同步轉速 $N_s = \frac{120 \times f}{P} = \frac{120 \times 60}{4} = 1800 \text{ rpm}$。
  2. 滿載轉差率 $s = \frac{N_s - N_r}{N_s} = \frac{1800 - 1600}{1800} = \frac{200}{1800} = \frac{1}{9} \approx 0.111$。
  3. 運轉時轉子每相感應電壓 $E_{2s} = s \times E_{p2} = \frac{1}{9} \times 55 = 6.11 \text{ V}$。

小題 (一)

堵住靜止時轉子每相之線電壓為何?

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堵住時 s=1。定子為Δ接,故其相電壓 = 線電壓 = 220V。依匝比4:1轉換,轉子相電壓 E_p2 = 220 / 4。因轉子為 Y接,其線電壓為相電壓的 √3 倍。

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  1. 定子為 $\Delta$ 接線,因此定子的相電壓 $V_{p1} = V_{L1} = 220 \text{ V}$。
  2. 匝數比 $a = \frac{N_1}{N_2} = 4$。當轉子堵住靜止時 ($s=1$),轉子每相感應電動勢 (相電壓) 為: $E_{p2} = \frac{V_{p1}}{a} = \frac{220}{4} = 55 \text{ V}$。

小題 (三)

滿載時轉子三相總輸入功率為何?

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轉子總輸入功率(即氣隙功率 P_ag)公式為 P_ag = 3 * I_2^2 * (R_2 / s)。將前面算出的相電流、轉子電阻及轉差率代入。

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轉子輸入功率(氣隙功率)之公式為:$P_{ag} = 3 \times I_{p2}^2 \times \frac{R_2}{s}$ 已知:相電流 $I_{p2} = 11.93 \text{ A}$,$R_2 = 0.5 \text{ } \Omega$,轉差率 $s = 1/9$。 代入計算:

小題 (四)

滿載時轉子銅損為何?

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轉子銅損為 P_cu = s * P_ag 或直接計算 3 * I_2^2 * R_2。

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滿載時轉子銅損 $P_{cu2}$ 可由輸入功率與轉差率求得,公式為:$P_{cu2} = s \times P_{ag}$ 代入數值計算: $P_{cu2} = \frac{1}{9} \times 1921.76 \approx 213.53 \text{ W}$。

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