108 高普考高考三級 航空器維修 航空器電氣系統 考古題詳解

核心觀念

本題考查串聯電路的歐姆定律、分壓，以及電功率與電池容量的計算。圖中電源只標示為 $V$，沒有提供數值，因此各小題可用電源電壓 $V$ 表示；若要得到數值答案，還需知道電源電壓。

解題方法

$R_1$ 與燈泡 $R_2$ 串聯，總電阻為

串聯電路中，各元件流過相同電流。令電源電壓 $V$ 以伏特為單位。

(A) 燈泡電壓 $V_o$

使用分壓公式，燈泡兩端電壓為

因此，燈泡電壓是電源電壓的 $90\%$。

(B) 燈泡電流

由歐姆定律，串聯電流為

此電流即為流過 $R_2$ 的電流。

(C) 燈泡功率

以 $P=I^2R$ 計算燈泡功率：

核心觀念

本題考串聯 $RC$ 交流電路的阻抗、相位與交流功率。電阻的阻抗為 $R$，電容的容抗為 $X_C=\frac{1}{\omega C}$，其中 $\omega=2\pi f$。串聯電路的總阻抗為：

電容電路中，電流超前電源電壓；理想電容不消耗平均實功率，實功率由電阻消耗。

解題方法與計算

題目未提供交流頻率，因此無法唯一決定電容容抗及電流波形。以下依飛機交流電路常用頻率，假設電源為 $400\ \mathrm{Hz}$ 正弦波，並將電源電壓有效值 $110\ \mathrm{V}$ 作為相位參考。

角頻率與電容容抗為：

總阻抗及其大小為：

(A) 流過電阻的電流 $i(t)$

串聯電路各元件電流相同，因此流過電阻的電流就是電路電流。其有效值為：

電流相位為：

因此，電流超前電源電壓 $44.85^\circ$。若以電源電壓為餘弦參考，則：

(B) 消耗功率的元件、實功率與虛功率

核心觀念

題目考查的是大型客機以交流發電機作為主要發電來源時，如何建立並維持直流電源系統，以及直流與交流系統如何互相轉換。

一般大型客機的交流主電源常見為 $115/200\text{ V}$、$400\text{ Hz}$ 三相交流；直流系統的標稱電壓則為 $28\text{ V DC}$。交流轉直流主要使用變壓整流器（Transformer Rectifier Unit, TRU）；直流轉交流則使用逆變器（inverter）。蓄電池提供儲能與備用電源，也可在主發電機尚未供電時供應部分直流負載。

解題方法

依題目四個小題，分別掌握「直流規格」、「供電來源」、「蓄電池角色」與「交直流轉換方向」即可。作答時要清楚區分：

• 發電機：產生交流電。
• TRU：把交流電轉成直流電。
• 蓄電池：儲存化學能，供應直流電，也接受充電。
• 逆變器：把直流電轉成交流電。

(A) 直流電源的主要規格

大型客機直流系統的標稱電壓為 $28\text{ V DC}$。蓄電池的標稱電壓常為 $24\text{ V}$，但由 TRU 供應的直流母線以 $28\text{ V DC}$ 為主要標稱規格。兩者並不矛盾：蓄電池是額定約 $24\text{ V}$ 的儲能元件，正常充電時接入直流系統，並由直流充電設備維持適當充電狀態。

作答時須標明是直流，並以「標稱」描述系統電壓；實際端電壓會隨負載、充電狀態與設備調節而變化。

(B) 直流電源的供應方式

在「客機只配有交流發電機」的前提下，直流電源主要由下列方式供應：

1. 由交流電經 TRU 轉換供應 引擎驅動的交流發電機供應交流母線，TRU 再將交流電整流並調整為直流，供應直流母線及相關負載。大型客機通常設置一個以上的 TRU，以支援負載分配與電源備援。

2. 由蓄電池供應 蓄電池可在引擎尚未啟動、交流發電機尚未供電，或主電源失效時，供應必要的直流負載。發電機供電恢復後，直流系統可為蓄電池充電。

3. 由地面電源供應 停機時，飛機可接用地面電源。若接入的是交流地面電源，直流電仍可經 TRU 取得；若機型及地面設備支援直流外接電源，也可直接供應直流母線或相關負載。

因此，在題目設定下，正常主要供電途徑是交流發電機供電，再由 TRU 轉為直流；蓄電池與地面電源則提供啟動、備用或停機時的供電能力。

(C) 蓄電池與直流電源供應的關係

核心觀念

本題考直流照明電路的節點電壓與故障診斷。電源為 $24\ \mathrm{V}$，以地線 $G$ 為 $0\ \mathrm{V}$ 參考點；正常供電時，電流路徑為：

電路完整且 $SW1$ 閉合時，燈泡兩端約有 $24\ \mathrm{V}$，電流流過燈絲而使燈泡發亮。若電路某處斷路，斷路點兩側的電位可能不同，可用直流電壓檔逐點定位。

解題方法

檢修時先將三用電表切至直流電壓檔，黑棒接地線 $G$，紅棒依序量測電源、$CB1$ 兩側及端子 $A$、$B$、$C$。在題目假設電源正常、$CB1$ 未跳脫且 $SW1$ 閉合的條件下，正常讀值為：

若燈泡不亮，可依讀值縮小故障位置：

• **電源端沒有 $24\ \mathrm{V}$：**檢查 DC Bus 供電。
• **電源端有 $24\ \mathrm{V}$，但 $CB1$ 負載側沒有電壓：**檢查斷路器是否跳脫或故障。
• **$A-G$ 約 $24\ \mathrm{V}$，$B-G$ 約 $0\ \mathrm{V}$：**檢查 $SW1$ 接點及 $A$ 至 $B$ 間導線。
• **$B-G$ 約 $24\ \mathrm{V}$，$C-G$ 約 $0\ \mathrm{V}$：**檢查 $B$ 至 $C$ 間導線。