直流機33【電験3種 機械】電機子反作用（論説）とは？令和元年度 A問題2 完全解説

電験3種の機械科目で頻出の電機子反作用に関する論説問題。本記事では、令和元年度 A問題2を解説します。

カギは「電機子反作用の磁束は主磁束と常に同じ向きになるわけではない」こと。強め合う部分と弱め合う部分があり、磁気飽和のため全体としては減磁に働きます。

令和元年度 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】 令和元年度 A問題2

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励磁磁束が、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：主磁束と電機子磁束をベクトルで考える

電機子電流がつくる起磁力は、主磁束の起磁力とおおむね直角方向に作用し、空隙磁束分布をゆがめます。磁極の一方では強め合い、他方では弱め合いますが、強め合う側が磁気飽和するため、全体として磁束は減少します。電気的中性軸も移動しますが、その方向は発電機と電動機で逆であり、常に回転方向へ移るとは限りません。

ポイント解説：電機子反作用の影響と3つの対策

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)「常に同じ向き・電動機は増磁」

電機子反作用の磁束は主磁束に対して直角方向（交差磁化）に生じ、磁極の半分では強め合い、残り半分では弱め合います。強め合う側は磁気飽和するため、全体としては磁束が減る（減磁作用）。「ベクトルが常に同じ向き」「電動機なら増磁・発電機なら減磁」という決まりはなく、正解は (2) です。

選択肢	正誤	ポイント
(1)	正しい	電機子電流の磁束が主磁束に影響＝電機子反作用
(2)	誤り	同じ向きになるわけではない。飽和により全体で減磁
(3)	正しい	補償巻線＝磁極片に設けて打ち消す
(4)	正しい	補極＝N・S極の間に設ける
(5)	正しい	ブラシを電気的中性軸へ移動して緩和

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
影響	電気的中性軸の移動、整流不良（火花）、全体として減磁
対策	補償巻線（磁極片）／補極（N・S間）／ブラシ移動

同一問題が【機械】令和5年度下期A問題1で再出題。補極・補償巻線の穴埋めは【機械】令和6年度上期A問題1をどうぞ。