直流機37【電験3種 機械】補極と補償巻線の頻出穴埋めとは？平成28年度 A問題2 完全解説

電験3種の機械科目で問われる補極と補償巻線の穴埋め。本記事では、平成28年度 A問題2を解説します。この問題は【機械】令和6年度上期A問題1と同一文の再出題です（選択肢の組合せ違い）。

繰り返し出る定番。「電機子・電気的・火花・補極」の4点セットで確実に取りましょう。

平成28年度 機械科目 A問題2：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28年度 A問題2

　次の文章は、直流機に関する記述である。

　直流機では固定子と回転子の間で直流電力と機械動力の変換が行われる。この変換を担う機構の一種にブラシと整流子とがあり、これらを用いた直流機では通常、界磁巻線に直流の界磁電流を流し、(ア) を回転子とする。

　このブラシと整流子を用いる直流機では、電機子反作用への対策として補償巻線や補極が設けられる。ブラシと整流子を用いる場合には、補極や補償巻線を設けないと、電機子反作用によって、固定子から見た (イ) 中性軸の位置が変化するために、これに合わせてブラシを移動しない限りブラシと整流子片との間に (ウ) が生じて整流子片を損傷するおそれがある。なお、小形機では、補償巻線と補極のうち (エ) が一般的に用いられる。

　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	電気的	火花	補償巻線
(2)	界磁	幾何学的	応力	補極
(3)	電機子	電気的	火花	補極
(4)	電機子	電気的	火花	補償巻線
(5)	電機子	幾何学的	応力	補償巻線

出題のポイント：補極と補償巻線の位置・接続・役割

補極は主磁極間の幾何学的中性軸付近、補償巻線は主磁極の磁極片表面のスロット内に設けます。どちらも電機子巻線と直列に接続し、負荷電流に比例した磁束で電機子反作用へ自動的に追従します。補極は整流帯の反作用を打ち消して整流を改善し、補償巻線は主磁極下の磁束のゆがみを抑えます。小形機では構造が比較的簡単な補極が一般的です。

ポイント解説：電気的中性軸のずれが火花を生む

電機子反作用で磁束分布がゆがむと、磁束密度が零になる電気的中性軸が幾何学的中性軸から移動します。ブラシが幾何学的中性軸のままだと、整流中のコイルに電圧が誘導されて火花が生じ、整流子片を損傷します。

問題の解説：電機子・電気的・火花・補極

空欄	答え	理由
(ア)	電機子	回転子は電機子
(イ)	電気的	ずれるのは電気的中性軸
(ウ)	火花	ブラシと整流子片の間に火花
(エ)	補極	小形機では補極が一般的

したがって、正解は (3) です。

まとめ：補極と補償巻線

対策	設置場所	特徴
補償巻線	磁極片のスロット	効果大だが高価（大形機）
補極	N極とS極の間	安価で簡単（小形機で一般的）
共通	－	電機子巻線と直列に接続

同一問題の【機械】令和6年度上期A問題1、反作用の論説【機械】令和5年度下期A問題1もあわせてどうぞ。