電験三種 機械 問26：電気機器（直流機）

電験三種「機械」の「電気機器（直流機）」からの出題（令和7年度下期 問2）。正答は(2)です。

直流発電機の基本公式：V＝E-Ia×Ra（E: 誘導起電力、Ia: 電機子電流、Ra: 電機子巻線抵抗）。

発電機では逆起電力Eが端子電圧Vより高い（電動機とは符号が逆）。

励磁方式（分巻・直巻・複巻）ごとの外部特性（端子電圧-負荷電流の関係）の違いを問う問題。

【電気機器（直流発電機の特性）の解法】（令和7年度下期 問2）

【直流発電機の基本方程式】

発電機: V = E - Ia×Ra（電機子回路の起電力から電圧降下を引く）

誘導起電力: E = kΦn（k: 定数、Φ: 磁束、n: 回転速度）

【励磁方式による外部特性の違い】

(1) 他励（永久磁石含む）: Φ一定→E一定、V=E-Ia×Ra（右下がり直線）

(2) 分巻: 界磁電流∝V→Φ∝V→E∝V（弱い外部電圧特性・実用的）

(3) 直巻: 界磁電流=Ia→Φ∝Ia（電流増加でE増加→複雑な特性・実用には不向き）

(4) 複巻: 分巻+直巻の合成→用途に応じた外部特性調整

【本問の計算手順】

題意の数値（電圧・電流・抵抗）を V=E-Ia×Ra に代入して問われる量を算出し、選択肢(2)を確認。

【電気機器（直流発電機の特性・応用）の深層解析】（令和7年度下期 問2）

【正答(2)の根拠：直流発電機の詳細解析】

【直流発電機の完全回路方程式】

自励分巻発電機: V = E - Ia×Ra

界磁回路: If = V/(Rf + Radj)（Rf: 界磁抵抗、Radj: 界磁調整抵抗）

線電流: IL = Ia - If（電機子電流から界磁電流を分岐）

【自励発電機の電圧確立条件（重要）】

1. 残留磁気が存在する（鉄心が磁化されている）

2. 残留磁気による残留電圧→界磁電流→磁束増加→起電力増加→正帰還で電圧確立

3. 界磁特性曲線（F曲線）と負荷線の交点が動作点

4. 負荷線の傾きがF曲線より急すぎる（Rf大）→電圧確立失敗

【直流発電機の外部特性比較】

| 励磁方式 | 電圧変動 | 特徴 | 用途 |

|他励 | 小さい | 安定、外部電源要 | 精密電源・溶接 |

|分巻 | 中程度 | 自励・実用的 | 充電器・小型発電機 |

|直巻 | 大（V∝IL）| 電流源的特性 | 直並列制御（旧式列車） |

|複巻平 | 平坦 | 無負荷〜全負荷でV≈一定 | 標準商用発電機 |

|複巻差動| 急降下 | 定電流特性 | 溶接機 |

【現代における直流発電機の位置づけ】

現在は交流発電機（同期機）+整流器がほとんどの用途に使われる。

直流発電機が残存する用途: 一部の励磁機（大型同期機の励磁源）

【電機子反作用と整流の問題】

電機子反作用: 電機子電流による磁界が主磁界を歪め、中性軸がブラシ位置からずれる。

→整流が悪化（火花発生）→補極・補償巻線で対策。

整流改善策: ブラシを中性軸に合わせて移動、補極（帰還磁極）設置、補償巻線配置。

【電験二種・実務への接続】

電験二種: 直流機の安定運転条件、電機子反作用の数式的解析

実務: 直流電源設備（非常用・UPS給電源）としての整流装置の点検・更新設計