109 高普考普通考試 輪機技術 船用電學與自動控制概要 考古題詳解

核心觀念

本題考查船舶用電設備的分類與各類設備的典型構成。作答時依設備的主要用途分類：提供機械運轉所需動力者、提供照明者，以及供航海通信與導航使用者。題目未涉及特定法條或計算公式。

解題方法

逐一說明三類設備的功能，並列出船上常見的代表裝置。列舉時以設備用途為準，不必把全船所有電器逐項羅列。

• 動力機械設備：以電動機驅動機械或泵浦等負載，常見有電動機、起貨機、錨機、舵機、通風機、泵浦及冷凍空調機械等。
• 電氣照明設備：提供船舶各處照明及必要的指示、警示，常見有艙室與甲板照明燈、航行燈、信號燈、探照燈、緊急照明燈及照明配電盤、開關等。

核心觀念

本題考自耦變壓器的構造、電磁感應原理，以及其適用場合。自耦變壓器只有一組連續繞組，部分繞組由一次側與二次側共用；與具有彼此隔離的一次、二次繞組的雙繞組變壓器不同，自耦變壓器的輸入與輸出電路之間沒有電氣隔離。

構造與原理

自耦變壓器的鐵心上繞有一組繞組，並設有抽頭。電源接在全部繞組或其中一段，負載則接在另一段，兩側共用的部分稱為「共用繞組」，只供其中一側使用的部分稱為「串聯繞組」。

交流電加在繞組上時，交變電流在鐵心中建立交變磁通，磁通切割繞組而感應電勢，藉此將電能由電源側傳到負載側。若忽略損失，電壓與有效匝數成正比：

因此，抽頭位置決定輸入與輸出所使用的匝數比例，可用於升壓或降壓。電流則近似與電壓成反比：

自耦變壓器的功率除了經由電磁感應傳遞，也有一部分直接經由共用繞組以導電方式傳遞。當輸入、輸出電壓相近時，直接傳遞的功率比例較大，所需的變壓器容量較小，因而通常較省銅、體積較小、成本較低，效率也較高。

使用場合與時機

核心觀念

本題考「帕斯卡原理」：密閉液體所受的壓力會均勻傳遞至液體各處。理想油壓裝置兩側活塞的壓力相等：

$\frac{F_1}{A_1}=\frac{F_2}{A_2}$

其中 $F$ 為作用力，$A$ 為活塞截面積。

解題方法

由壓力相等的關係式，整理求右側活塞面積：

$A_2=\frac{F_2A_1}{F_1}$

代入題目數值：

核心觀念

船用監視系統是用來取得、集中呈現並監看機艙設備的運轉資訊，使值班人員能掌握設備狀態，及早發現異常並採取處置。完整系統的功能可由「量測、顯示、警報、記錄、傳送與供電」幾個面向整理。

解題方法

依監視系統的訊號流程作答：先由感測器取得設備的運轉參數，再送至監視盤或控制站處理與顯示；若參數超出設定範圍，系統發出警報，並可記錄事件或將資訊傳送至其他值班位置。如此能完整說明系統從取得資料到協助人員處置的功能。

完整監視系統應具備的功能

1. 量測與訊號擷取 透過感測器或訊號輸入裝置，監測各運轉設備的狀態與參數，例如溫度、壓力、液位、流量、轉速、電流、電壓，以及設備運轉、停止或故障等狀態。

2. 訊號處理與狀態判別 接收並整理感測訊號，將量測值與設定值或正常範圍比較，判斷設備是否處於正常、異常或故障狀態；必要時可設定警報限值及延遲時間，以減少瞬間波動造成的誤警報。

3. 顯示與指示 在監視盤、控制台或工作站顯示設備名稱、量測數值、運轉狀態及警報狀況，使值班人員能迅速辨識設備情形。顯示方式可包含儀表、指示燈、文字或圖形畫面。