船用電學與自動控制概要 申論題歷屆試題與參考架構
普通考試，民國 103～115 年共 13 份試卷、52 題，其中 45 題附參考答題架構。考這一科的類科：輪機技術。本頁列出歷年全部題目，參考架構只列開頭的「破題」，完整的答題架構、關鍵字與作答提醒請到站內查看。
115 年（考試時間 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
為什麼船舶電路中必須重視短路現象？請從電流、熱效應與保護裝置三個方面進行說明解釋。（25 分）
（25 分）
參考架構・破題
船舶為獨立封閉的電力系統，發電容量有限、電纜長度短、阻抗小，短路時電流可達額定值數十倍，會同時造成設備燒毀、火災與全船失電，危及航行與人命安全，因此必須從電流、熱效應與保護三方面說明其危害與對策。
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- 2
船舶照明設備依光源可分為白熱燈、螢光燈與高強度氣體放電燈（HID），請說明這三種照明設備的特性。（25 分）
（25 分）
- 3
電力計器主要構件可分為驅動裝置、控制裝置與制動裝置，請說明這三個主要構件的重要功能。（25 分）
（25 分）
參考架構・破題
指示型電力計器（如電流表、電壓表、功率表）要能穩定指示待測量，必須有三種轉矩配合：驅動轉矩使指針偏轉、控制轉矩使指針停在正確位置、阻尼轉矩使指針迅速穩定。
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- 4
請說明船用電機進行絕緣電阻檢驗的重要性，以及使用高阻計時應注意的安全事項。（25 分）
（25 分）
參考架構・破題
絕緣電阻反映電機絕緣狀況，船舶環境潮濕、含鹽、震動、高溫，絕緣易劣化。定期以高阻計（Megger）檢驗可預防接地與短路故障；同時，高阻計輸出高壓，操作必須遵守安全程序。
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114 年（考試時間 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
在使用交流電系統時，請說明何謂有效功率（P）、虛功率（Q）、視在功率（S）的物理意義、數學方程式以及三者之間的關係為何？（請註明單位及符號）（25 分）
（25 分）
- 2
請以船用主機調速器（機械式、液壓式、電子式均可）為例，說明船舶主機速度控制閉迴路控制系統的工作原理為何？（25 分）
（25 分）
參考架構・破題
閉迴路速度控制的核心是「量測輸出、與設定值比較、以誤差修正輸入」的回授。以船用主機調速器為例，目標是不論負荷（波浪、船速、螺槳負載）如何變動，都能維持主機轉速接近設定值。以電子式調速器說明最清楚。
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- 3
說明船用空調冰水主機的系統保護機制與警報項目為何？（25 分）
（25 分）
- 4
計算下列電路中流過 R2 電阻的電流大小及方向為何？（25 分）
（25 分）
113 年（考試時間 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
有一 2 馬力三相∆型連接馬達的功率因數為 0.8（滯後） ，該馬達的效率為 82%。如果馬達連接到線電壓為 120 V 的三相電源，請計算馬達運轉的線電流和相電流大小。（提示：1 馬力等於 746 W。）（25 分）
（25 分）
- 2
船舶自動化系統是指使用電子、機械和電腦系統來控制和監控各種船上的操作，請敘述在船舶上安裝船舶自動化系統具有那些好處？（25 分）
（25 分）
- 3
有一 208 V、10 馬力、4 極、60 Hz、Y 型連接感應馬達以 5%的滿載速度運轉。請計算該運轉條件下的同步轉速、轉子轉速和軸扭力（shaft torque）。（25 分）
（25 分）
參考架構・破題
本題為感應馬達基本計算：由極數與頻率求同步轉速，再依轉差率求轉子轉速，最後由輸出功率與轉速求軸扭力。題意的「5%」宜解讀為滿載轉差率 5%，作答時建議註明此假設。
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- 4
請敘述開迴路（open-loop）和閉迴路（closed-loop）控制系統各有那些優缺點？（25 分）
（25 分）
112 年（考試時間 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
在負回授控制系統中，調變P、I、D三個控制器的設定參數對於系統響應的輸出表現會有何影響？（25分）
（25 分）
參考架構・破題
PID 控制器是負回授系統中最常用的補償器，三個參數分別對應「現在誤差、過去累積誤差、未來誤差趨勢」。本題應先寫出控制律，再逐項說明調大各參數對上升時間、超越量、安定時間與穩態誤差的影響。
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- 2
請計算以下電路圖的輸出Vout，並詳列推導過程。（25分）
（25 分）
- 3
請說明船用交流發電機並聯的步驟與條件。（25分）
（25 分）
- 4
船舶配電裝置中分配電盤DB（distribution board）按供電負載的種類可分成幾種？（25分）
（25 分）
111 年（考試時間 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
在自動控制系統中，比例積分（PI）控制方法與比例微分（PD）控制方法是常用的控制方法，請分別說明這兩種控制方法的特性。 （25 分）
（25 分）
- 2
在電阻-電感（R-L）串聯的交流電路中，假設交流電源之電壓 E = 220伏特（V），電壓頻率為 60 赫茲（Hz），電阻 R = 200 歐姆（Ω），電感L = 1 亨利（H），請問此電路中之電流 I 為多少安培？（25 分）
（25 分）
- 3
在直流電動機的制動方法中，請分別說明動力制動法與再生制動法之特點有何不同？（25 分）
（25 分）
- 4
請條列出邏輯電路中，NOT、AND、OR、NAND、NOR 五種邏輯閘的真值表（Truth Table）。（25 分）
（25 分）
110 年（考試時間 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
有一風扇由 220 V、7 馬力（hp）串激式直流電動機驅動，當其連接至220 V 電源且速度控制電阻 RSC 為 0 時，吸取 25 A 並以 300 rpm 的速度運轉。假設直流電動機的電樞電阻為 0.6 Ω，場繞組電阻為 0.4 Ω，風扇所需的轉矩與電動機速度的平方成正比，以及忽略旋轉損耗和電樞反應（armature reaction），請計算：
（一）傳遞到風扇的功率和電動機所產生的轉矩。（10 分）
（二）將電動機速度降低至 200 rpm 所需的 RSC 值，並以該速度傳送給風扇的功率。（15 分）
（25 分）
參考架構・破題
本題為串激式直流電動機的計算題。關鍵是串激機磁通正比於電樞電流（不考慮飽和），且風扇負載轉矩與轉速平方成正比。先求反電勢與電磁功率，再用轉矩比例關係求新的電流與外接電阻。
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- 2
某電路的電源為三相平衡 ABC 相序，若已知電壓表讀數 Vm=230 V（均方根植） 、功率計讀數 Wm=−200 W。、電流表讀數 Am=15 A（均方根植）請問負載吸收的三相總實功率與無功率為多少？（25 分）A IN OUT 平衡三相B阻抗負載C
（25 分）
- 3
假設某系統的轉移函數為Y ( s) 2s 12 G ( s) 2 R( s) s 2s 5求系統的脈衝響應 g(t)。（25 分）
（25 分）
參考架構・破題
轉移函數依上下文應為 G(s)＝Y(s)/R(s)＝(2s＋12)/(s²＋2s＋5)。脈衝響應就是 G(s) 的拉氏反轉換 g(t)＝L⁻¹{G(s)}，關鍵在把分母配方成 (s＋1)²＋2²，再把分子拆成對應 cos 與 sin 的兩項。
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- 4
考慮某一線性系統的微分方程式為y (4) 3 y (3) 2 y 3 y 2 y u u ,其中，u 是輸入而 y 是輸出，y(4)是 y 的四階導數，y(3)是 y 的三階導數。請問該系統穩定嗎？需詳細證明答案的合理性。（25 分）
（25 分）
參考架構・破題
依上下文，微分方程應為 y⁽⁴⁾＋3y⁽³⁾＋2y''＋3y'＋2y＝u'＋u（缺字處為微分符號）。穩定與否由特性方程式（分母多項式）決定，用羅斯－赫維茲（Routh-Hurwitz）準則判斷右半平面根數，即可證明系統不穩定。
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109 年（考試時間 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
在船上使用電力的設備很多，包括動力機械設備、電氣照明設備、航海通信設備。請問船上使用的這三種設備，通常各包含那些裝置？（25分）
（25 分）
參考架構・破題
本題考船舶電力負載的分類。先說明船舶電力由主發電機經主配電盤（及應急配電盤）分送各負載，再依「動力機械」「電氣照明」「航海通信」三大類逐一列出主要裝置與用途，答案要有分類層次，不要只寫成一串名詞。
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- 2
自耦變壓器是常用的電力系統設備裝置。請說明自耦變壓器的構造、原理及其使用的場合和時機。（25分）
（25 分）
參考架構・破題
自耦變壓器是一、二次側共用同一繞組的變壓器，功率一部分靠電磁感應、一部分靠直接傳導傳送。作答依「構造→原理→優缺點→使用場合與時機」四段展開，並附接線示意圖與電壓、電流關係式。
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- 3
考慮下圖之油壓傳動控制裝置，假如在左側施以作用力 F1 30 kgf ，左側活塞截面積 A1 6 cm 2 ，此時產生右側之推力 F2 125 kgf 。請問右側活塞截面積 A 2 是多少平方公分？請問此油壓傳動控制裝置所根據的是那一種原理？（25分）F2 F1 A1 A2
（25 分）
本題含圖表或公式，請對照原卷 PDF。
- 4
船用監視系統主要的目的在於監視與顯示機艙中各運轉設備的工作狀況，一個完整的監視系統，應該具有那些功能？（25分）
（25 分）
參考架構・破題
機艙監視系統（監測與警報系統）是無人當值機艙（UMS）的核心，目的在連續掌握設備狀態、及早發現異常並通知值班人員。作答先講目的與組成，再分項列出一個完整系統應具備的功能。
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108 年（考試時間 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
請說明下圖如果 MCF 激磁線圈發生斷路而無法激磁，當按下 PBF 按鍵式開關時，電路（含燈號）與馬達的反應。（25 分）R S T PBOFF PBF MCR OL NFB MCF MCF RL1 MCF MCR PBR MCF MCR MCR TH-RY RL2 BZ MCF MCR M GL
（25 分）
本題含圖表或公式，請對照原卷 PDF。
- 2
請說明迪摩根定理（De Morgan’s laws）的布林代數式及邏輯電路轉換，並以真值表證明之。（25 分）
（25 分）
- 3
請說明下圖串激式直流發電機（Series excited DC generator）的克西荷夫電壓方程式。（5 分）並依據該方程式說明當負載電流增加時，激磁的變化與端電壓的變化情形。（20 分）Ia I負載Ra E V R Rs Is
（25 分）
本題含圖表或公式，請對照原卷 PDF。
- 4
某變壓器之一次側線圈圈數為 100 匝，二次側線圈圈數為 10 匝，假設經量測得知一次側的電阻為 10 歐姆、輸入電壓為 110 伏特，考慮無損失的情況下，請問其輸出的電壓、電流與輸出電阻值為何？（25 分）
（25 分）
參考架構・破題
本題是理想變壓器的電壓、電流與阻抗轉換計算。先求匝數比，再依電壓與匝數成正比、電流與匝數成反比、阻抗與匝數平方成正比的關係求解，最後用 V2／I2 驗算。
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107 年（考試時間 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
請說明交流電動機的「制動」方法有那幾種。（25 分）
（25 分）
參考架構・破題
電動機制動是讓轉動中的電動機迅速停止或限制速度的方法，分為電氣制動與機械制動兩大類。作答依各種方法逐一說明原理、操作方式、優缺點與船上應用（起貨機、錨機、絞纜機）。
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- 2
一部短並激之複激式直流發電機，其並激磁場電流為 2 安培，電樞電阻為 0.05 歐姆，串激磁場電阻為 0.02 歐姆。假設通過負載之電流為 100 安培，端電壓為 200 伏特，請求出：
（一）電樞中之感應電動勢。（15 分）
（二）電樞中產生之總功率。（10 分）
（25 分）
參考架構・破題
短並激複激式發電機的並激場繞組直接跨接在電樞兩端，串激場繞組與負載串聯，因此串激場電流等於負載電流，電樞電流等於負載電流加並激場電流。先畫等效電路，再依 KCL、KVL 求感應電動勢與電樞總功率。
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- 3
請說明在兩部交流發電機有載並聯運轉時，何謂追逐擺動（Hunting）？可用什麼方法加以防止？（25 分）
（25 分）
- 4
船用柴油主機控制系統在柴油主機起動的過程中、加速過程和定速後的轉速自動控制過程中，都設置了一系列的油量限制，其中包括「起動油量限制」及「最大油量限制」，請說明這兩種油量限制的目的。（25 分）
（25 分）
參考架構・破題
柴油主機遙控與調速系統在起動、加速、定速各階段設油量限制，目的是在安全與性能之間取得平衡。本題聚焦「起動油量限制」與「最大油量限制」，要分別說明設置理由、作用時機與若不限制的後果。
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106 年（考試時間 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
請繪製「感抗」、「電流」與「頻率」之關係圖，並詳述功率因數提升的意義。某單相電感設備其功率 P = 100 kW，由頻率 f = 60 Hz，電壓 u(t ) = 440 2sin(376.8 ⋅ t ) V 之交流電供電，其功率因素為 0.7，若欲將功率因素提升至 0.9，所需並聯之電容值為何？（25 分）
（25 分）
- 2
為何三相同步電動機無法自行啟動？三相異步電動機的啟動方式有全壓啟動及減壓啟動，請詳述個別之運作方式及其優缺點。（25 分）
（25 分）
參考架構・破題
本題前半問同步電動機為何不能自行起動（轉子慣性跟不上旋轉磁場，平均轉矩為零），後半比較三相感應（異步）電動機的全壓起動與各種減壓起動方式。作答要說明原理、運作方式並列出優缺點。
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- 3
機艙中常用「熱電耦」作為溫度感測元件，請詳述其工作原理。於運用熱電耦量測工作物件之「平均溫度」及「溫度差」時，熱電耦的設置方式及使用時所應注意事項為何？請詳細說明之。（25 分）
（25 分）
參考架構・破題
熱電耦利用席貝克效應（Seebeck effect）將溫差轉成熱電動勢，是機艙排氣溫度、軸承溫度量測常用元件。作答先講原理與基本定律，再分別說明量「平均溫度」（並聯）與「溫度差」（反向串聯）的接法，最後列使用注意事項。
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- 4
請詳述「差壓式流量計」、「超音波測速器」、「壓電式壓力感測器」及「差動式熱式火災感測器」個別之工作原理，並說明為何「差動式熱式火災感測器」只對火災產生作動，對暖氣或天候溫度升高並不會引起作動？（25 分）
（25 分）
參考架構・破題
本題考四種常見船用感測器的量測原理，最後一問的關鍵在於「差動式」看的是溫度上升的速率，不是溫度的絕對值。四種感測器各寫原理，篇幅大致平均；最後一問要單獨成段，寫清楚。
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105 年（考試時間 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
一 10 KV，500 A 的三相同步發電機之功率因數為 0.8，其短路比為 1.4，電樞電阻忽略不計，其額定輸出為多少 KW？（10 分）電壓調整率為多少%？（15 分）
（25 分）
- 2
直流接地偵察法有指示燈法（10 分）與伏特計法（15 分），請繪出其接線圖並說明其動作原理。
（25 分）
參考架構・破題
船用直流系統（例如蓄電池、緊急電源）通常是不接地系統，一極接地時不會馬上跳脫，必須靠接地偵察裝置及早發現。本題要求畫出指示燈法與伏特計法的接線圖並說明原理。
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- 3
試以兩個輸入之 NAND 閘（A、B）取代 AND（6 分）、OR（6 分）、XOR（6 分）തതതതത，如下圖所示。及 XNOR（7 分），並繪出邏輯閘圖。例如：NOT 閘 Y=A·A A Y
（25 分）
本題含圖表或公式，請對照原卷 PDF。
- 4
為什麼直流電動機起動時，起動電流會很大？（6 分）控制直流電動機速率的方法有幾種？並說明之。（19 分）
（25 分）
104 年（考試時間 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
三相交流發電機進行並聯時，電方面的要件為何？各要件如果不滿足而進行並聯會有何不良的效應？（25 分）
（25 分）
- 2
請寫出三相交流感應電動機的同步速率公式並說明其意義。又何謂轉差率？實際轉速與同步速率間之關係為何？（25 分）
（25 分）
- 3
繪出三相交流感應電動機的 Y-△起動之電路圖（含控制電路），其起動電流（Y 接法）為全電壓直接起動（△接法）的比例為何？請證明之。（25 分）
（25 分）
參考架構・破題
Y-△起動是降壓起動：起動時接成 Y，讓每相繞組只承受線電壓的 1／√3；轉速上升後再切換成 △ 運轉。本題要畫主電路與控制電路，再證明起動電流是全壓起動的 1／3。
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- 4
對一個不具數學模式的實際動態系統，評估其反應速度、相對穩定性及準確度的指標有那些？請分別說明之。（25 分）
（25 分）
參考架構・破題
系統沒有數學模型時，不能從轉移函數推導極點，只能做實驗：給一個步階輸入，從量到的響應曲線讀出時域性能指標。本題要按「速度、相對穩定性、準確度」三類分別說明。
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103 年（考試時間 90 分鐘） 原卷 PDF
- 1
試比較交流同步電動機與交流感應電動機之優缺點。（25 分）
（25 分）
參考架構・破題
同步電動機與感應電動機的根本差別在於轉子：前者轉子直流激磁、以同步速運轉；後者轉子靠感應電流、必須有轉差。本題要從這點延伸，比較轉速、功率因數、起動、構造、維護與用途。
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- 2
一部三相線繞型交流感應電動機，極數為 20，接在 220 伏特，60 Hz 之三相電源上作滿載運轉，效率為 90 %。若此時轉子頻率為 1.2 Hz，轉子銅損為 350 W，風損與摩擦損等為 150 W。請問：
（一）轉子輸出功率為多少 kW？（15 分）
（二）轉子輸入功率為多少 kW？（10 分）
（25 分）
- 3
當船舶在惡劣海況下航行時，船用柴油主機的控制一般採用轉速與負荷聯合控制模式，請說明採取此一控制模式的原因及其特性。（25 分）
（25 分）
參考架構・破題
惡劣海況下螺槳會出水、入水交替，負荷劇烈變動。只用轉速控制的話，調速器會跟著猛加、猛減油門，造成超速、超負荷與熱負荷波動。所以要引入負荷（油門、扭矩）訊號，與轉速一起控制。
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- 4
請證明下列布林代數式的等效關係：
（一） A + AB = A + B 。（10 分）
（二） (A + B)(A + C) = A + BC 。（15 分）
（25 分）
參考架構・破題
本題考布林代數的化簡與證明。第（一）小題照字面「A + AB = A + B」並不成立（依吸收律 A + AB = A），原卷應該是 A 上方的反相符號在轉檔時遺失，正確題意為 A + A̅B = A + B。第（二）小題是分配律的對偶形式。作答時先註明這點，再分別用代數法與真值表證明。
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題目來源：考選部考畢試題查詢平臺（政府資訊公開資料）；參考架構為本站自撰，僅供準備方向參考，非官方標準答案。最後更新：。