直流機38【電験3種 機械】直流発電機の電圧の確立とは？平成21年度 A問題1 完全解説

電験3種の機械科目で問われる直流発電機の電圧の確立。本記事では、平成21年度 A問題1の論説問題（正しいものを選ぶ）を解説します。

カギは自励発電機の電圧確立のメカニズム（残留磁気→起電力→界磁電流→磁束増…の繰り返し）と、方式ごとの違いです。

平成21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21年度 A問題1

直流発電機に関する記述として、正しいのは次のうちどれか。

(1) 直巻発電機は、負荷を接続しなくても電圧の確立ができる。

(2) 平複巻発電機は、全負荷電圧が無負荷電圧と等しくなるように（電圧変動率が零になるように）直巻巻線の起磁力を調整した発電機である。

(3) 他励発電機は、界磁巻線の接続方向や電機子の回転方向によっては電圧の確立ができない場合がある。

(4) 分巻発電機は、負荷電流によって端子電圧が降下すると、界磁電流が増加するので、他励発電機より負荷による電圧変動が小さい。

(5) 分巻発電機は、残留磁気があれば分巻巻線の接続方向や電機子の回転方向に関係なく電圧の確立ができる。

出題のポイント：励磁方式ごとの電圧確立条件

他励発電機は別電源から界磁電流を供給します。分巻などの自励発電機は残留磁気による小さな起電力から界磁電流を生じ、磁束と電圧が増える正帰還で電圧を確立します。ただし界磁起磁力が残留磁束を強める接続・回転方向が必要です。直巻発電機は負荷電流が界磁電流なので無負荷では確立できません。平複巻は直巻起磁力を調整し電圧変動率を0にします。

ポイント解説：残留磁気から正帰還で電圧が立ち上がる

自励発電機は「残留磁気 → 小さな起電力 → 界磁電流 → 磁束増 → 起電力増…」のサイクルで電圧を確立します。このサイクルが働くには、界磁電流の起磁力が残留磁気を強める向きでなければなりません。

問題の解説：正しい選択肢は（2）平複巻

平複巻発電機は、負荷電流が流れると直巻巻線の起磁力が磁束を補い、全負荷電圧＝無負荷電圧（電圧変動率零）となるよう調整した発電機。これが正しい記述で、正解は (2) です。

選択肢	正誤	ポイント
(1)	誤り	直巻は界磁電流＝負荷電流。無負荷では確立できない
(2)	正しい	平複巻＝電圧変動率零になるよう直巻巻線を調整
(3)	誤り	他励は別電源なので方向によらず確立できる
(4)	誤り	端子電圧降下→界磁電流は減少。電圧変動は他励より大きい
(5)	誤り	接続方向・回転方向が不適切だと残留磁気を打ち消し確立できない

まとめ：電圧の確立

方式	電圧の確立
他励	別電源 → 方向によらず確立できる
分巻（自励）	残留磁気＋適切な接続方向・回転方向が必要
直巻（自励）	負荷を接続しないと確立できない
平複巻	直巻巻線で電圧変動率零に調整

励磁方式の分類は【機械】令和4年度下期A問題1、外部特性は【機械】平成30年度A問題2をどうぞ。