一些與輪機有關的公職考古題

1.如果有一個理想的燃氣渦輪發動機（Gas-turbine engine），以一莫耳的理想氣體為工作流體進行佈雷頓循環（Brayton cycle），敘述如下：
第一步驟：工作流體由狀態A 可逆絕熱壓縮（reversible adiabatic compression）到狀態B。通常，狀態A 的壓力為大氣壓力。
第二步驟：工作流體由狀態B 等壓吸熱到狀態C。
第三步驟：工作流體由狀態C 等熵膨脹（isentropic expansion）到狀態D，以產生熱功。
第四步驟：工作流體由狀態D 等壓冷卻回到狀態A。
(一)請在壓力（P）─體積（V）的相圖上，描繪出此佈雷頓循環（Brayton cycle）。
(二)請計算此燃氣渦輪發動機的最佳熱效率（η），並以引擎內各步驟的壓力比來表示。


2.SHG 研發中心擬進行實驗以提升渦輪機的效率。實驗中，將氦氣、氧氣與二氧化碳以30：5：65 的質量比例進行混和，再將原本壓力值為1200 kPa、溫度為527℃的混合氣體注入絕熱的渦輪機中，並使氣體穩定的膨脹；當氣體排出時，其壓力值降為150 kPa。已知，氣體膨脹過程中，渦輪的等熵效率值為0.85；在室溫為27℃時，氦氣、氧氣與二氧化碳的氣體常數值與等壓比熱值分別為2.0769 kPa．m3/kg．K、0.2598 kPa．m3/kg．K、0.1889 kPa．m3/kg．K 與5.1926 kJ/kg．K、0.918 kJ/kg．K、0.846 kJ/kg．K。
請問：
(一)單位質量的該混合氣體所輸出的功為何？
(二)過程前後，該混合氣體之熵值變化為何？


3.比較開迴路控制（open-loop control）和閉迴路控制（closed-loop control），繪出這兩種控制方法的控制方塊圖，並且列舉閉迴路控制最主要的兩個優點。



4.頻寬（bandwidth）是控制系統重要的性能指標之一，試繪圖並且以文字說明頻寬的定義。



5.一部外激式（separately excited）直流電動機，輸入電樞之額定電壓為640 V，額定電流為200 A，電樞迴路總電阻為0.2 Ω；磁場額定電流為10 A。此直流電動機原輸入電樞電壓610 V，磁場電流10 A，驅動1/4 額定轉矩之負載，運轉於基準轉速（base speed）800 rpm。若將磁場電流調降為5 A，則輸入電樞電壓應如何調整，使電動機仍運轉於800 rpm。



6.一部三相4 極，440 V，60 Hz，50 hp 感應電動機，驅動固定轉矩負載，運轉於額定轉速1728 rpm。若電動機轉速突然下降為1710 rpm，請繪出感應電動機之轉矩對轉速特性曲線，並說明三種可能原因。



7.一部三相12 極Y 接之同步機額定為380 V，200 A，60 Hz，同步電抗為3 Ω，電樞繞線電阻很小可忽略。若將此同步機併入三相220 V，60 Hz 電力系統做為同步電容運轉。說明並聯後應如何調整，並計算同步機可提供之最大虛功率。