直流機26【電験3種 機械】直流電動機の特性の頻出論説とは？平成25年度 A問題1 完全解説

電験3種の機械科目で頻出の直流電動機の特性に関する論説問題。本記事では、平成25年度 A問題1を解説します。この問題は【機械】令和7年度上期A問題1と同じ内容が選択肢の並び替えで出題された再出題問題です。

それだけ狙われやすい定番論点ということ。カギは \( N=(V-I_aR_a)/K\phi \) と \( T=K\phi I_a \) の2式です。

平成25年度 機械科目 A問題1：問題文と選択肢

まずは、実際の試験問題を確認してみましょう。

電験3種 機械科目 【直流機】 平成25年度 A問題1

直流電動機に関する記述として、誤っているものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。

(1) 分巻電動機は、端子電圧を一定として機械的な負荷を増加したとき、電機子電流が増加し、回転速度は、わずかに減少するがほぼ一定である。このため、定速度電動機と呼ばれる。

(2) 分巻電動機の速度制御の方法の一つとして界磁制御法がある。これは、界磁巻線に直列に接続した界磁抵抗器によって界磁電流を調整して界磁磁束の大きさを変え、速度を制御する方法である。

(3) 直巻電動機は、界磁電流が負荷電流（電動機に流れる電流）と同じである。このため、未飽和領域では界磁磁束が負荷電流に比例し、トルクも負荷電流に比例する。

(4) 直巻電動機は、負荷電流の増減によって回転速度が大きく変わる。トルクは、回転速度が小さいときに大きくなるので、始動時のトルクが大きいという特徴があり、クレーン、巻上機などの電動機として適している。

(5) 複巻電動機には、直巻界磁巻線及び分巻界磁巻線が施され、合成界磁磁束が直巻界磁磁束と分巻界磁磁束との和になっている構造の和動複巻電動機と、差になっている構造の差動複巻電動機とがある。

出題のポイント：界磁接続から速度・トルク特性を読む

分巻電動機は界磁が電源と並列で磁束がほぼ一定となるため、速度は負荷が増えてもわずかに低下するだけで、トルクは電機子電流に比例します。直巻電動機は界磁と電機子が直列で、未飽和領域では磁束が電流に比例するためトルクは電流の2乗に比例します。複巻電動機は分巻界磁と直巻界磁を併用し、磁束が加わる和動と差し引かれる差動があります。

ポイント解説：N-I特性とT-I特性を図で比較

回転速度は \( N=\dfrac{V-I_aR_a}{K\phi} \)、トルクは \( T=K\phi I_a \)。分巻は \( \phi \) 一定なので N はほぼ一定（定速度電動機）で \( T\propto I_a \)。直巻は \( \phi\propto I \) なので N は負荷で大きく変わり、\( T=K\phi I=K’I^2 \) と2乗に比例します。始動時（回転が小さい＝電流大）はトルクが非常に大きく、クレーン・巻上機・電車に向きます。

問題の解説：誤っている選択肢は（3）

直巻電動機では \( \phi\propto I \)（未飽和領域）。トルクは $$ T=K\phi I=K(kI)I=K’I^2 $$ と負荷電流の2乗に比例するため、「トルクも負荷電流に比例する」が誤り。正解は (3) です。

選択肢	正誤	ポイント
(1)	正しい	分巻は定速度電動機
(2)	正しい	界磁制御法の定義どおり
(3)	誤り	T∝I²（2乗）。「比例」で止まるのが誤り
(4)	正しい	直巻は始動トルク大 → クレーン・巻上機向き
(5)	正しい	和動複巻／差動複巻の定義どおり

まとめ：直流電動機の特性

種類	磁束	回転速度	トルク
分巻	ほぼ一定	ほぼ一定（定速度）	T∝I
直巻	φ∝I	負荷で大きく変化	T∝I²（未飽和）
複巻	和動／差動	中間	中間

同一問題の【機械】令和7年度上期A問題1、運転法の穴埋め【機械】令和4年度上期A問題1もあわせてどうぞ。