【電験3種 機械】直流機の励磁方式と磁気飽和｜令和8年度上期 問1

直流機の励磁方式と磁気飽和を見分ける問題です。直巻発電機では、負荷電流の変化が磁束を変え、発生する電圧にも影響します。

問題文と選択肢｜【電験3種】令和8年度上期 機械 問1

問題文

問１ いろいろな直流機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) 電機子と界磁巻線が並列に接続された分巻発電機は，回転を始めた電機子巻線と磁極の残留磁束によって，まず低い電圧で発電が開始される。その結果，界磁巻線に電流が流れ始め，磁極の磁束が強まれば，発電する電圧が上昇し，必要な励磁が確立する。

(2) 電機子と界磁巻線が直列に接続された直巻発電機は，出力電流が大きく界磁磁極が磁気飽和する場合よりも，出力電流が小さく界磁磁極が磁気飽和しない場合のほうが，出力電圧が安定する。

(3) 電源電圧一定の条件下で運転される分巻電動機は，負荷が変動した場合でも，ほぼ一定の回転速度を保つので，定速度電動機とよばれる。

(4) 直巻電動機は，始動時の大きな電機子電流が大きな界磁電流となる。直流電動機のトルクは界磁磁束と電機子電流から発生するので，大きな始動トルクが必要な用途に利用されてきた。

(5) ブラシレスDC モータでは，直流機におけるブラシと整流子の機械的接触による整流の働きを半導体スイッチで電子的に実現する。

出典：電気技術者試験センター・公式問題PDF／公式解答PDF

解答・解説

1. STEP1負荷電流が界磁を変える仕組みを確認する直列回路 → 磁束 → 起電力
2. STEP2磁気飽和で磁束の変化が小さくなることを確認する同じ電流変化でも、磁束変化が異なる
3. STEP3選択肢（2）を訂正し、他の記述を確認する誤りの訂正と、4つの正しい特徴

STEP1｜負荷電流が界磁を変える仕組みを確認する

直巻発電機の電機子・界磁巻線・負荷は一つの直列回路です。したがって、負荷電流と界磁電流は同じ大きさになります。負荷電流が変わると、界磁巻線が作る磁束も変わります。

kは機械の構造で決まる定数、Φは磁束、nは回転速度です。導体が磁束を横切って生じる起電力を巻線全体で足すと、この関係になります。回転速度が一定なら、EはΦに比例します。

STEP2｜磁気飽和で磁束の変化が小さくなることを確認する

未飽和の領域では、界磁電流を増やすと磁束も大きく増えます。鉄心が磁気飽和に近づくと、それ以上電流を増やしても磁束の増加は小さくなります。

図では、同じΔI_fに対するΔΦを比べています。飽和領域のほうが磁束・起電力の変化が小さいので、「未飽和のほうが電圧が安定する」という選択肢（2）は逆です。

STEP3｜選択肢（2）を訂正し、他の記述を確認する

（1）分巻発電機は、残留磁束による小さな起電力から界磁電流が流れ、電圧が立ち上がります。（3）分巻電動機は、界磁がほぼ一定なので、負荷が変わっても速度の変化が比較的小さくなります。

（4）直巻電動機は始動電流によって界磁も強くなり、大きな始動トルクを得られます。（5）ブラシレスDCモータは半導体スイッチで電子的に整流するため、ブラシと整流子の機械的接触を使いません。これらは正しい記述です。

最後に、3つだけ確認