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。
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(1)
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。
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(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。
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(3)
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。
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(4)
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。
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(5)
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。
要点
正解は(5)。直流機では、起電力・トルク・回転速度の関係を式で整理して判断する問題です。 直流機の基本式から起電力、電流、トルク、速度のどの関係を使うかを先に整理することが要点です。 各選択肢を事実関係や条文と照らし、外れる箇所を一つずつ消していくと判断しやすくなります。
詳細解説
この問題では、直流機の基本式から起電力、電流、トルク、速度のどの関係を使うかを先に整理することがポイントです。
直巻電動機では、界磁巻線が電機子回路と直列に入っているため、界磁電流は負荷電流と同じです。未飽和領域では磁束 \(\phi\) は電流 \(I\) に比例するので、
\[
\phi \propto I
\]
とみなせます。一方、電動機のトルクは
\[
T=k\phi I_{a}
\]
で与えられるので、ここに \(\phi \propto I\) を代入すると
\[
T \propto I^{2}
\]
となります。したがって、(5) の「トルクも負荷電流に比例する」という記述が誤りです。
この問題でつまずきやすいのは、界磁磁束が電流に比例することだけを見て、トルク式の \(I_{a}\) をもう一度掛けることを忘れてしまう点です。直巻電動機は始動トルクが大きいという特徴がありますが、その根拠はまさにこの二乗比例にあります。類似問題でも、直巻電動機は始動に強い、分巻電動機は定速度、複巻電動機は両者の性質を併せ持つ、という整理で押さえるという整理が有効です。よって正解は (5) です。
