電験三種 H25年 機械 問1 問題と解説

　問 題　　　　　

直流電動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. 分巻電動機は、端子電圧を一定として機械的な負荷を増加したとき、電機子電流が増加し、回転速度は、わずかに減少するがほぼ一定である。このため、定速度電動機と呼ばれる。
2. 分巻電動機の速度制御の方法の一つとして界磁制御法がある。これは、界磁巻線に直列に接続した界磁抵抗器によって界磁電流を調整して界磁磁束の大きさを変え、速度を制御する方法である。
3. 直巻電動機は、界磁電流が負荷電流(電動機に流れる電流)と同じである。このため、未飽和領域では界磁磁束が負荷電流に比例し、トルクも負荷電流に比例する。
4. 直巻電動機は、負荷電流の増減によって回転速度が大きく変わる。トルクは、回転速度が小さいときに大きくなるので、始動時のトルクが大きいという特徴があり、クレーン、巻上機などの電動機として適している。
5. 複巻電動機には、直巻界磁巻線及び分巻界磁巻線が施され、合成界磁磁束が直巻界磁磁束と分巻界磁磁束との和になっている構造の和動複巻電動機と、差になっている構造の差動複巻電動機とがある。

 

 

 

 

 

　解 説　　　　

直巻電動機の回路図は次のように描くことができます。

• E：誘導起電力[V]
• V：端子電圧[V]
• I_a：電機子電流[A]
• I：負荷電流[A]
• I_f：界磁電流[A]
• R_a：電機子巻線の抵抗[Ω]
• R_f：界磁巻線の抵抗[Ω]

よって、(3)にある「界磁電流が負荷電流と同じ」という部分は正しい記述です。また、未飽和領域では界磁磁束が負荷電流に比例するのもその通りですが、トルクは(負荷電流に比例する)界磁磁束と、負荷電流との両方に比例するため、要するにトルクは負荷電流の2乗に比例することになります。

よって、(3)の「トルクも負荷電流に比例する」が誤りで、正しくは「トルクは負荷電流の2乗に比例する」となります。

参考までに直巻電動機のトルク特性を表すグラフを以下に示します。下図を見ると、青色の線がトルクと電流との関係であり、トルクが電流の2乗となっていることがわかります。

また、分巻電動機など、ほかの電動機のトルク特性について知りたい方は、直流電動機の回転速度特性、トルク特性のページを参照してください。