電験3種の機械科目で問われる直流電動機の運転（始動・速度制御・逆転・制動）。本記事では、令和4年度上期 A問題1の穴埋め問題を解説します。
カギは「始動抵抗は電機子回路に直列」「静止レオナード方式＝電圧制御」「逆転は電機子電流の反転」「電源に送り返す＝回生制動」の4点です。
令和4年度上期 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】 令和4年度上期 A問題1
次の文章は、直流電動機の運転に関する記述である。
分巻電動機では始動時の過電流を防止するために始動抵抗が (ア) 回路に直列に接続されている。
直流電動機の速度制御法には界磁制御法・抵抗制御法・電圧制御法がある。静止レオナード方式は (イ) 制御法の一種であり、主に他励電動機に用いられ、広範囲の速度制御ができるという利点がある。
直流電動機の回転の向きを変えることを逆転といい、一般的には、応答が速い (ウ) 電流の向きを変える方法が用いられている。
電車が勾配を下るような場合に、電動機を発電機として運転し、電車のもつ運動エネルギーを電源に送り返す方法を (エ) 制動という。
上記の記述中の空白箇所(ア)〜(エ)に当てはまる組合せとして、正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
| (ア) | (イ) | (ウ) | (エ) | |
|---|---|---|---|---|
| (1) | 界磁 | 抵抗 | 界磁 | 発電 |
| (2) | 界磁 | 抵抗 | 電機子 | 発電 |
| (3) | 界磁 | 電圧 | 界磁 | 回生 |
| (4) | 電機子 | 電圧 | 電機子 | 回生 |
| (5) | 電機子 | 電圧 | 界磁 | 回生 |
出題のポイント：4つの運転テーマを対応づける
本問は、始動・速度制御・逆転・制動という4テーマを、それぞれどの回路を操作するか、またはエネルギーがどこへ移動するかで対応づける問題です。始動時は逆起電力が0、静止レオナード方式は電機子電圧を制御、逆転は応答の速い電機子電流を反転、電源へ電力を返す場合は回生制動、という流れで整理します。
ポイント解説：始動・制御・逆転・制動を回路で整理
始動・速度制御・逆転・制動の4テーマは、それぞれ「どの回路をいじるか」「エネルギーがどこへ行くか」で整理すると迷いません。
問題の解説：4つの空欄を順に確定する
| 空欄 | 答え | 理由 |
|---|---|---|
| (ア) | 電機子 | 始動時 E＝0 の過電流を防ぐ。界磁に入れると弱め界磁→過速度で危険 |
| (イ) | 電圧 | 静止レオナード方式＝可変直流電圧で制御（電圧制御法） |
| (ウ) | 電機子 | 電機子電流の反転は応答が速い（界磁反転は遅い） |
| (エ) | 回生 | 運動エネルギーを電源に送り返す＝回生制動 |
したがって、正解は (4) です。
「始動抵抗は電機子に直列」「レオナード＝電圧制御」「逆転は電機子側」「電源に返す＝回生、抵抗で消費＝発電制動」
始動抵抗を界磁回路に入れるのは危険（界磁電流減 → 磁束減 → \( N=E/K\phi \) で過速度）。また、回生制動（電源へ返す）と発電制動（抵抗器で熱として消費）を混同しないこと。
まとめ：直流電動機の運転
| テーマ | キーワード |
|---|---|
| 始動 | 始動抵抗を電機子回路に直列・段階的に減らす |
| 速度制御 | 界磁制御・抵抗制御・電圧制御（静止レオナード＝電圧） |
| 逆転 | 電機子電流の向きを反転（応答が速い） |
| 制動 | 回生制動＝電源へ送り返す／発電制動＝抵抗で消費 |
始動抵抗の計算問題は【機械】平成30年度A問題1、電動機特性の論説は【機械】令和7年度上期A問題1をどうぞ。
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