電験三種 令和6年度上期 機械 問2｜電気機器（直流機）

電験三種「機械」の「電気機器（直流機）」に関する問題（令和6年度上期 問2）。正答は(2)です。

【基本公式】直流電動機：誘導起電力E=V-IaRa [V]。E=kΦN（kΦ=定数×界磁磁束）。

正答(2)「840」の計算：

初期状態：V₁=110V, Ia=50A, Ra=0.20Ω, N₁=1200min⁻¹

E₁=V₁-IaRa=110-50×0.20=110-10=100V

変化後：V₂=80V（Ia変化なし=50A, kΦ変化なし）

E₂=V₂-IaRa=80-50×0.20=80-10=70V

N₂/N₁=E₂/E₁=70/100=0.7→N₂=1200×0.7=840min⁻¹。

「励磁電流と電機子電流を一定に保つ」→Φ一定→E∝N→N∝E。

【電気機器（直流機）電圧変化時の回転速度計算の解法と要点】（令和6年度上期 問2）

【基本公式・定義】

E=V-IaRa [V]（電動機）

E=kΦN（kΦ=定数、Φ=界磁磁束→Φ一定時はE∝N）

【計算過程】

条件：Ra=0.20Ω、Ia=50A（一定）、励磁電流一定→kΦ一定

初期：V₁=110V

E₁=110-50×0.20=110-10=100V

N₁=1200 min⁻¹

変化後：V₂=80V

E₂=80-50×0.20=80-10=70V

速度比：N₂/N₁=E₂/E₁=70/100=0.70

N₂=1200×0.70=840 min⁻¹→選択肢(2)

【直流電動機の速度制御方法まとめ】

①電機子電圧制御（V変化）：本問の方法→滑らかな速度制御・効率良（定トルク制御）

②界磁弱め制御（Φ減少→N増加）：定出力制御（基底速度以上）

③電機子抵抗制御：抵抗で電圧降下→速度低下（銅損大・効率悪→非推奨）

【電気機器（直流機）電圧制御の深層解析と電験三種合格戦略】（令和6年度上期 問2）

【核心論点と正答根拠】

E₁=110-10=100V, E₂=80-10=70V, N₂=1200×70/100=840 min⁻¹→(2)正答。

【直流電動機の4象限制御】

第1象限（正転・電動）：V>E、Ia>0。

第2象限（正転・制動）：V<E（回生）、Ia<0（電流逆転）→発電機動作で電力回収。

第3象限（逆転・電動）：V<0、Ia<0。

第4象限（逆転・制動）：V<0、Ia>0（逆転時回生）。

4象限チョッパ：H型ブリッジ回路で全象限制御可能。電車・EV・クレーンに使用。

【サイリスタレオナード方式とPWMチョッパの比較】

サイリスタレオナード：直流電動機+サイリスタコンバータ→可変電圧供給。応答速度中程度。

PWMチョッパ：パルス幅変調でVd制御→応答速度高速・効率高・ノイズあり（EMI対策要）。

現在はPMSM+インバータ制御がシェア拡大中（整流子レス・高効率・永久磁石）。

【電験二種・実務への接続】

電験二種：直流機の過渡特性（過渡等価回路・電流応答時定数τ=L/R）・ループゲイン設計。

実務：直流電動機の定期点検→整流子・ブラシの摩耗検査・絶縁抵抗測定・接地確認。