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moea_joint_essay 113年 [電機] 電力系統、電機機械

第 二 題

📖 題組:
某具額定容量 25 kVA 單相變壓器,其變壓比為 1200 V/240 V,原線圈阻抗為 Re1=1.5 Ω,Xe1=2 Ω,於低壓側接 1 個電感性負載,其阻抗為 RL=0.5 Ω,XL=0.1 Ω,若高壓側加入1000 V,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) 註:$(Z = \sqrt{R^2 + X^2})$
📝 此題為申論題,共 4 小題

小題 (二)

負載側電流為何?

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利用理想變壓器電流變比關係:I_2 = a * I_1。直接將前一子題求得之高壓側電流乘上匝數比即可得低壓側(負載側)電流。

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依據變壓器電流轉換比例公式: 低壓側電流 $I_2 = a \times I_1$ (其中 $a$ 為降壓匝數比 = 5) $I_2 = 5 \times 67.981 = 339.90 \text{ A}$。

小題 (一)

高壓側電流為何?

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計算變壓器匝數比 a = 1200/240 = 5。將低壓側(負載側)的阻抗轉換至高壓側:Z'_L = a^2 * Z_L。與變壓器本身的原線圈等效阻抗相加得總阻抗。利用 V/Z_total 求出高壓側電流。

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  1. 變壓器匝數比 $a = \frac{1200}{240} = 5$。
  2. 將低壓側負載阻抗轉換至高壓側: $R'_L = a^2 \times R_L = 5^2 \times 0.5 = 25 \times 0.5 = 12.5\text{ } \Omega$

小題 (三)

負載端電壓為何?

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求出負載本身的實際阻抗大小 |Z_L|,再用負載側電流乘上該阻抗大小:V_2 = I_2 * |Z_L|。

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  1. 負載實際阻抗大小: $|Z_L| = \sqrt{R_L^2 + X_L^2} = \sqrt{0.5^2 + 0.1^2} = \sqrt{0.25 + 0.01} = \sqrt{0.26} \approx 0.510\text{ } \Omega$
  2. 負載端電壓:

小題 (四)

負載短路時,高壓側電流為何?

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負載短路時 Z_L=0,從高壓側看入的總阻抗僅剩下變壓器本身的高壓側等效阻抗 Z_e1。以輸入電壓 1000V 除以 |Z_e1| 即可得短路電流。

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  1. 負載短路時,系統中負載阻抗為零,從高壓側看入之等效阻抗僅剩變壓器本身漏阻抗: $|Z_{e1}| = \sqrt{R_{e1}^2 + X_{e1}^2} = \sqrt{1.5^2 + 2^2} = \sqrt{2.25 + 4} = \sqrt{6.25} = 2.5\text{ } \Omega$
  2. 高壓側短路電流:

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