直流機34【電験3種 機械】電機子反作用の頻出論説とは？令和5年度下期 A問題1 完全解説

電験3種の機械科目で頻出の電機子反作用の論説問題。本記事では、令和5年度下期 A問題1を解説します。この問題は【機械】令和元年度A問題2と同一内容の再出題です。

繰り返し出る＝確実に得点すべき定番論点。「反作用磁束は主磁束と直角、全体としては減磁」を軸に整理しましょう。

令和5年度下期 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5年度下期 A問題1

直流機の電機子反作用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) 直流発電機や直流電動機では、電機子巻線に電流を流すと、電機子電流によって電機子周辺に磁束が生じ、電機子電圧を誘導する磁束すなわち界磁磁束が、電機子電流の影響で変化する。これを電機子反作用という。

(2) 界磁電流による磁束のベクトルに対し、電機子電流による電機子反作用磁束のベクトルは、同じ向きとなるため、電動機として運転した場合に増磁作用、発電機として運転した場合に減磁作用となる。

(3) 直流機の界磁磁極片に補償巻線を設け、そこに電機子電流を流すことにより、電機子反作用を緩和できる。

(4) 直流機の界磁磁極のN極とS極の間に補極を設け、そこに設けたコイルに電機子電流を流すことにより、電機子反作用を緩和できる。

(5) ブラシの位置を適切に移動させることで、電機子反作用を緩和できる。

出題のポイント：電機子電流の磁束が主磁束をゆがめる

電機子巻線に電流が流れると、その起磁力 \( F_a \) が界磁の起磁力 \( F_f \) と合成され、磁束分布がゆがみます。これが電機子反作用。磁束密度が零になる電気的中性軸は幾何学的中性軸から回転方向へずれ、ブラシ位置とのずれが整流不良（火花）の原因になります。

ポイント解説：緩和対策は「補償巻線」「補極」「ブラシ移動」

電機子反作用の緩和には、①補償巻線（磁極片のスロットに設け、電機子電流を流して反作用磁束を打ち消す）、②補極（N極とS極の間＝幾何学的中性軸に設け、電機子巻線と直列に接続）、③ブラシを電気的中性軸へ移動、の3つがあります。

問題の解説：誤りは (2)（令和元年度と同じ）

反作用磁束は主磁束と直角方向で、強め合う部分は飽和し弱め合う部分は磁気不足になるため、全体としては減磁。「常に同じ向き」「電動機＝増磁・発電機＝減磁」という記述が誤りで、正解は (2) です。

選択肢	正誤	ポイント
(1)	正しい	電機子反作用の定義どおり
(2)	誤り	向きは場所により異なる。全体では減磁
(3)	正しい	補償巻線＝磁極片
(4)	正しい	補極＝N・S極の間
(5)	正しい	ブラシ移動で緩和

まとめ：電機子反作用

項目	内容
現象	電機子電流の磁束が主磁束をゆがめる（直角方向）
影響	中性軸の移動、整流不良、全体として減磁
対策	補償巻線／補極／ブラシ移動

同一問題の【機械】令和元年度A問題2、発電機側の穴埋め【機械】平成23年度A問題1もあわせてどうぞ。