114 郵政人員升資考試佐級晉員級 技術類(選試電機機械概要) 電機機械概要 考古題詳解

核心觀念

複激式直流發電機並聯時，並激場繞組接在端電壓兩端，串激場繞組則串接於電樞與負載迴路。並聯機組若採累加複激，負載電流增加會使串激磁勢增加，端電壓隨之上升；此特性可能造成兩機負載分配不穩定。

均壓線的作用，是讓兩部發電機的電樞電流變化能共同影響串激場磁勢，避免一部機因電流增加而使其串激磁勢進一步增強，進而搶負載。

解題方法

依題目標示的接點判斷繞組位置：

• 1 號機並激場接在 $A$、$B$ 間，串激場接在 $C$、$B$ 間。
• 2 號機並激場接在 $A$、$D$ 間，串激場接在 $C$、$D$ 間。
• 負載接在 $A$、$C$ 間。

並激場兩端分別接於負載端與串激場、電樞側的共同接點。均壓線應連接兩部機的這些共同接點，也就是 $B$ 與 $D$，使兩機的電樞電流能共同供應串激場迴路。

無均壓線時的負載分配

兩機供應固定負載電流，因此：

核心觀念

本題考查單相變壓器的極性、三相變壓器的接線方式，以及線電壓與相電壓的關係。

三部單相變壓器的變比皆為

高壓側 A2、C2、E2 接在一起，形成高壓側星形接線。高壓側線電壓為 $346.4\ \mathrm{V}$，因此每部變壓器高壓繞組的相電壓為

故每部變壓器低壓繞組感應電壓為

極性標示 1 為正端、2 為負端，表示同一部變壓器高、低壓繞組的同名端分別為 1 端。接線時須依此判斷低壓繞組電壓的方向。

解題方法

（一）低壓側採三角形接線

低壓側接線為 B2 接 D1、D2 接 F1、F2 接 B1，形成閉合三角形。三個接點分別是：

• 節點 1：B2 與 D1
• 節點 2：D2 與 F1
• 節點 3：F2 與 B1

核心觀念

他激直流電動機啟動瞬間，轉速為零，因此反電動勢 $E_b=0$。電樞電流由外加電壓除以電樞迴路總電阻決定：

其中 $V$ 為外加電壓、$R_a$ 為電樞電阻，$R_s$ 為串入的啟動電阻。若沒有啟動電阻，則 $R_s=0$。

解題方法

(一) 沒有啟動電阻，全壓啟動

啟動瞬間 $E_b=0$，且沒有外加啟動電阻，所以：

因此，啟動電流為 $400\ \mathrm{A}$。

(二) 將啟動電流限制為額定電流

核心觀念

同步發電機的端電壓會受負載電流大小、負載功率因數及激磁電流影響。當激磁電流固定時，負載電流增加所造成的電壓變化，稱為電壓調整率效應。

同步發電機的相量方程式可寫為：

其中 $\underline{E}_A$ 為內生電勢，$\underline{V}_\phi$ 為端電壓，$R_A$ 為電樞電阻，$X_s$ 為同步電抗。一般分析時，$R_A$ 相較於 $X_s$ 較小，可忽略其影響，著重考慮同步電抗上的壓降。

解題方法

以端電壓 $\underline{V}_\phi$ 為相量參考方向。發電機供應負載時，電流增加會使同步電抗壓降 $jX_s\underline{I}_A$ 增大，端電壓如何變化則取決於電流相位：

• 電感性負載：電流落後端電壓，增加電流會使同步電抗壓降對端電壓的影響加大，因此端電壓下降。
• 電容性負載：電流超前端電壓，同步電抗的相量效應會使端電壓上升。

若要在負載電流增加後維持端電壓 $220\ \mathrm{V}$，就須調整激磁電流以改變內生電勢 $\underline{E}_A$：電感性負載時提高激磁；電容性負載時降低激磁。

各小題分析

(一) 電感性負載電流大幅增加

核心觀念

感應機的氣隙功率 $P_g$ 會分成轉子銅損與轉換功率，轉差率 $s$ 表示轉子銅速相對於旋轉磁場同步速的差異。兩者關係為：

其中，轉換功率是由電能轉換為機械能的功率；尚未扣除機械損、雜散負載損等，因此不一定等於軸輸出功率。

解題方法

已知 $P_g=100\ \mathrm{W}$、$s=0.02$。

（一）轉子銅損：