《機械》〈回転機〉[H27:問2]直流機の特性に関する空欄穴埋問題

【問題】

【難易度】★★★☆☆(普通)

次の文章は,直流機に関する記述である。

図は,ある直流機を他励発電機として運転した場合と分巻発電機として運転した場合との外部特性曲線を比較したものである。回転速度はいずれも一定の同じ値であったとする。このとき,分巻発電機の場合の特性は\(\fbox {  (ア)  }\)である。

また,この直流機を分巻発電機として運転した場合と同じ極性の端子電圧を外部から加えて分巻電動機として運転すると,界磁電流の向きは発電機運転時と\(\fbox {  (イ)  }\)となり,回転方向は\(\fbox {  (ウ)  }\)となる。これらの向きの関係から,分巻機では,電源電圧を誘導起電力より低くすうことで,電動機運転の状態から結線を変更せずに\(\fbox {  (エ)  }\)ができ,エネルギーを有効に利用できる。

上記の記述中の空白箇所(ア),(イ),(ウ)及び(エ)に当てはまる組合せとして,正しいものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。
\[
\begin{array}{ccccc}
& (ア) & (イ) & (ウ) & (エ) \\
\hline
(1) &  \mathrm {A}  &  同じ向き  & 逆向き &  回生制動  \\
\hline
(2) & \mathrm {B} & 同じ向き &  同じ向き  & 回生制動 \\
\hline
(3) & \mathrm {A} & 逆向き & 逆向き & 発電制動 \\
\hline
(4) & \mathrm {B} & 逆向き & 同じ向き & 回生制動 \\
\hline
(5) & \mathrm {A} & 逆向き & 同じ向き & 発電制動 \\
\hline
\end{array}
\]

【ワンポイント解説】

直流機の問題はまず等価回路を描き,それを元に考えることが必要です。本問で直流電動機の仕組みを理解しておいて下さい。

1.他励発電機と分巻発電機の等価回路
図1に他励発電機の等価回路,図2に分巻発電機の等価回路を示します。図において,\(E\)は誘導起電力,\(V\)は端子電圧,\(I_{\mathrm {f}}\)は界磁電流,\(I_{\mathrm {a}}\)は電機子電流,\(R_{\mathrm {f}}\)は界磁抵抗,\(R_{\mathrm {a}}\)は電機子抵抗です。\(E > V\)の時発電機となり,\(E < V\)の時電動機となります。   

【解答】

解答:(2)
(ア)
図1,2の等価回路より,他励発電機の場合は,電機子電流\(I_{\mathrm {a}}\)が変化しても誘導起電力\(E\)には影響はないですが,分巻発電機の場合,端子電圧が低下した分,界磁電流が減り,誘導起電力\(E\)も低下します。従って,分巻発電機の方が端子電圧\(V\)の低下が大きくなります。

(イ)
(ウ)
ワンポイント解説「1.他励発電機と分巻発電機の等価回路」の通り\( E > V \)の時発電機となり,\( E < V \)の時電動機となります。従って,界磁電流や回転方向には変化がないので,どちらも同じ向きとなります。

(エ)
電動機運転の状態から,発電機運転にしてブレーキをかけることを回生制動と言い,エネルギーを回収することができます。