110 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

圖中兩盞燈泡接在直流匯流排與地線匯流排之間，屬於並聯，所以每盞燈泡兩端的電壓都等於電源電壓。使用功率關係式 $P=VI=V^2/R$，並以 $E=Pt$ 計算照明所需能量。

題圖的電源只標示 $V$，沒有給定電壓數值。以下依航空器常用的 $28\ \mathrm{V}$ 直流電源計算；若電源電壓不同，電阻與電流數值也會不同。

解題方法

（一）求一個燈泡的電阻：

因此，每個燈泡的電阻約為 $13.1\ \Omega$。

（二）求電池提供的電流：

兩盞燈並聯，總功率為

由 $P=VI$ 得

核心觀念

本題考查電阻與電容並聯交流電路的電抗、支路電流、總電流、功率及相量關係。電阻電流與電壓同相；電容電流超前電壓 $90^\circ$。並聯電路的總電流須以相量相加，不能直接把兩支路電流的有效值相加。

原卷未標示交流頻率。以下依航空器交流電源常用的 $400\ \mathrm{Hz}$ 計算；電容電抗與電流數值會隨頻率改變。

解題方法

（一）電容負載的電抗

電容電抗為

（二）各電流的有效值

電阻與電容並聯，兩端電壓均為 $120\ \mathrm{V_{rms}}$。

電阻電流：

電容電流：

以電壓為相位基準，$I_R$ 與電壓同相，$I_C$ 超前電壓 $90^\circ$。因此總電流有效值為相量和的大小：

總電流超前電壓的相角為

（三）平均消耗功率、虛功率與功率因數

理想電容不消耗平均實功率，實功率由電阻消耗：

電容的虛功率為容性，依慣例以負號表示：

核心觀念

本題考航空器電力系統的常用電壓、頻率與電源設備，並要分清楚「產生電力」與「轉換電力」：飛機上的引擎驅動發電機、輔助動力單元（APU）發電機等可供應交流電；整流器、變壓整流器（TRU）則將交流電轉成直流電；電池可儲存並供應直流電。

大型運輸機常見的主交流電系統為三相 $115/200\text{ V}$、$400\text{ Hz}$：$115\text{ V}$ 是相線對中性線電壓，$200\text{ V}$ 是相線間電壓。部分設備也使用單相 $26\text{ V}$、$400\text{ Hz}$ 交流電。直流系統常見名目電壓為 $28\text{ V}$，小型飛機常見 $14\text{ V}$。

解題方法

先按電流種類分類，再列出各類電力的常見電壓與頻率；最後依電源設備的功能判斷它是發電、儲電，還是電力轉換設備。題目未指定某一機型，因此以航空器常見系統作答，並註明個別飛機的配置會依機型而異。

（一）交流電力

航空器常見交流電力如下：

• $115/200\text{ V}$、$400\text{ Hz}$ 三相交流電：主要交流電系統。$115\text{ V}$ 為相對中性線電壓，$200\text{ V}$ 為相間電壓。
• $115\text{ V}$、$400\text{ Hz}$ 單相交流電：可供單相負載使用。
• $26\text{ V}$、$400\text{ Hz}$ 單相交流電：常供儀表、控制或同步器等特定負載使用，通常由逆變器或變壓器轉換取得。

交流電力的主要來源包括：

1. 引擎驅動發電機：由飛機主發動機帶動，例如交流發電機或整合式驅動發電機（IDG）。
2. APU 發電機：由輔助動力單元帶動，提供地面或飛行中的交流電力。
3. 外接地面電源：飛機停場時可由地面電源供應交流電。
4. 緊急發電設備：依機型配置，例如由衝壓空氣渦輪（RAT）驅動的緊急發電機。

逆變器（inverter）可將直流電轉為交流電，常用於提供特定電壓或緊急交流電；它屬於電力轉換設備，不是主要的原始發電來源。

核心觀念

飛機蓄電池用來儲存直流電能，主要在發電機尚未輸出、發電系統故障或地面作業時供應所需電力。常見用途包括：

• 發動引擎：供應起動馬達或引擎起動系統所需的大電流。
• 地面供電：引擎未運轉、發電機尚未工作時，供應必要的燈光、儀表及其他電氣設備。
• 備用與緊急供電：發電機或主要電源失效時，維持必要的儀表、通訊、導航及控制系統運作。
• 穩定與支援電源：在瞬間負載或發電系統切換時，支援直流母線電力。

蓄電池容量以安培小時（Ah）表示，代表可供應的電量。若負載電流為 $I$ 安培，理想使用時間為：

其中 $C$ 為容量（Ah），$t$ 為時間（h）。電功率關係式為 $P=VI$，因此在已知電壓及功率時：

解題方法

三個燈泡各為 $100\ \mathrm{W}$，總負載功率為：

題目未提供飛機電氣系統電壓，因此要計算電流與使用時間，須採用合理假設。以常見的 $28\ \mathrm{V}$ 直流系統計算，負載電流為：