令和7年度 下期 機械 問1
直流分巻電動機の速度特性とトルク特性のグラフを選ぶ
出典：一般財団法人 電気技術者試験センター 令和7年度 下期 第三種電気主任技術者試験 機械科目 問題（問題文・選択肢は改変せず、公開PDFの該当ページをそのまま掲載しています）
解説
分巻電動機は界磁巻線が電機子と並列に入っている。端子電圧と界磁調整器の抵抗が一定なら界磁電流も一定なので、磁束Φは負荷が変わっても変わらない。この「Φ一定」が2本のグラフの形を決める。
**トルク** T = kΦIa。Φが一定なので T は電機子電流にほぼ比例する。負荷電流を横軸に取ると、無負荷電流I₀のところから右上がりの直線になる。
**回転速度** n = (V − IaRa)/(kΦ)。分子で減るのは電機子抵抗による電圧降下 IaRa だけで、これは端子電圧に対してわずか（定格でも数%）。したがって n は負荷が増えると少しずつ下がるだけの、ほぼ水平に近い緩やかな下降曲線になる。分巻電動機が「定速度電動機」と呼ばれるのはこのため。
「緩やかに下がる曲線がn、直線的に上がるのがT」の組合せを探すと(4)と(5)が残り、この2つは曲線と直線に付けた記号が逆になっている。上側の緩やかな曲線がn、下から立ち上がる直線がTになっているのは(5)。
したがって正解は(5)。
(1)〜(3)のように回転速度が右下がりに急落するのは**直巻**電動機の特性。直巻はΦが電機子電流とともに増えるので、n ∝ 1/Ia の双曲線状になり、無負荷にすると危険な速度まで上がる。分巻と直巻の速度特性を取り違えないことが、この種の問題の分かれ目になる。
選択肢ごとの理由
- (1)回転速度が双曲線状に急落しており、直巻電動機の特性。分巻は界磁が一定なので速度はほぼ変わらない。
- (2)(1)と同じく速度が急落する形。加えてnとTの記号が入れ替わっている。
- (3)nもTも急な曲線になっており、トルクが電機子電流に比例するという分巻の性質を満たしていない。
- (4)形は正しいが記号が逆。緩やかに下がる曲線がT、直線がnになっている。分巻でトルクが下がることはない。
- (5)正しい。Φ一定なので T ∝ Ia の直線、n = (V − IaRa)/(kΦ) の緩やかな下降曲線になる。
この論点は、データセンターの現場でこう出てくる
「界磁が一定なら速度がほぼ変わらない」という分巻の性質は、データセンターの補機を選ぶときの考え方にそのまま重なる。 DCで回転機が使われるのは主に冷却系（チラーのポンプ、冷却塔のファン、空調機の送風機）と非常用発電機まわり。ここで求められるのは「負荷が多少増えても回転数が変わらないこと」で、風量や流量が勝手に変わると室内の温度分布が崩れてホットスポットができる。いまは直流機ではなくインバータ制御の誘導電動機・PMモータが使われるが、インバータがやっているのは結局「界磁（磁束）を一定に保ったまま速度を指令どおりにする」という制御で、狙いは分巻の特性と同じ。 トルクが電流に比例するという関係も現場で効く。空調機のベルトが緩んだり、フィルタが目詰まりして風量が落ちたりすると、電動機の電流が普段と違う値に動く。DCでは各機器の電流をBEMSで常時記録しているので、電流の変化を「機械側で何かが起きたサイン」として拾える。電流とトルクが結び付いていると分かっていれば、その数字が読める。
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