直流機35【電験3種 機械】発電機の電機子反作用（穴埋め）とは？平成23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機子反作用。本記事では、平成23年度 A問題1の穴埋め問題を解説します。

カギは「電機子巻線の電流が界磁巻線の磁束に影響する」という主客の整理と、「主磁束減少→端子電圧低下」「中性軸のずれ→ブラシ位置の導体に起電力→短絡」の因果関係です。

平成23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23年度 A問題1

　次の文章は、直流発電機の電機子反作用とその影響に関する記述である。

　直流発電機の電機子反作用とは、発電機に負荷を接続したとき (ア) 巻線に流れる電流によって作られる磁束が (イ) 巻線による磁束に影響を与える作用のことである。電機子反作用はギャップの主磁束を (ウ) させて発電機の端子電圧を低下させたり、ギャップの磁束分布に偏りを生じさせてブラシの位置と電気的中性軸とのずれを生じさせる。このずれがブラシがある位置の導体に (エ) を発生させ、ブラシによる短絡等の障害の要因となる。ブラシの位置と電気的中性軸とのずれを抑制する方法の一つとして、補極を設けギャップの磁束分布の偏りを補正する方法が採用されている。

　上記の記述中の空白箇所(ア)、(イ)、(ウ)及び(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	電機子	減少	接触抵抗
(2)	電機子	界磁	増加	起電力
(3)	界磁	電機子	減少	起電力
(4)	電機子	界磁	減少	起電力
(5)	界磁	電機子	増加	接触抵抗

出題のポイント：電機子反作用が電圧低下と整流不良を生む

負荷電流が電機子巻線に流れると電機子起磁力が生じ、界磁による主磁束と合成されて磁束分布がゆがみます。磁気飽和のため総主磁束は減少し、誘導起電力と端子電圧が低下します。また発電機では電気的中性軸が回転方向へ移動し、旧ブラシ位置の短絡コイルに起電力が残るため、火花や整流不良が生じます。

ポイント解説：補償巻線・補極・ブラシ移動の役割

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：電機子・界磁・減少・起電力

空欄	答え	理由
(ア)	電機子	負荷を接続したとき電流が流れるのは電機子巻線
(イ)	界磁	影響を受けるのは界磁巻線の磁束（主磁束）
(ウ)	減少	磁気飽和により全体として主磁束は減る → 端子電圧低下
(エ)	起電力	中性軸からずれた位置の導体には磁束があり起電力が発生 → ブラシ短絡の障害

したがって、正解は (4) です。

まとめ：発電機の電機子反作用

空欄	答え
(ア) 電流が流れる巻線	電機子
(イ) 影響を受ける巻線	界磁
(ウ) 主磁束	減少
(エ) ずれた導体に発生	起電力（答(4)）

論説版は【機械】令和元年度A問題2、補極・補償巻線の詳細は【機械】令和6年度上期A問題1をどうぞ。