《機械》〈回転機〉[H29:問2]直流機の回生制動に関する論説問題

【問題】

【難易度】★★☆☆☆(やや易しい)

界磁に永久磁石を用いた磁束一定の直流機で走行する車があり,上り坂では電動機運転を,下り坂では常に回生制動(直流機が発電機としてブレーキをかける運転)を行い,一定の速度(直流機が一定の回転速度)を保って走行している。
この車の駆動システムでは,直流機の電機子銅損以外の損失は小さく無視できる。電源の正極側電流,直流機内の誘導起電力など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) 上り坂における正極側の電流は,電源から直流機に向かって流れている。

(2) 上り坂から下り坂に変わるとき,誘導起電力の方向が反転する。

(3) 上り坂から下り坂に変わるとき,直流機が発生するトルクの方向が反転する。

(4) 上り坂から下り坂に変わるとき,電源電圧を下げる制御が行われる。

(5) 下り坂における正極側の電流は,直流機から電源に向かって流れている。

【ワンポイント解説】

図1の直流機の等価回路において,\( \ V > E \ \)の時,直流電動機となり,\( \ I_{a} \ \)は図の左方向に流れます。一方,\( \ V < E \ \)の時,直流発電機となり,電機子電流\( \ I_{\mathrm {a}} \ \)は図の右方向に流れます。

1.直流機のトルク\( \ T \ \)
極数\( \ p \ \),全電機子導体数\( \ Z \ \),磁束\( \ \phi \ \),電機子巻線並列回路数\( \ a \ \),電機子電流\( \ I_{a} \ \)とすると,
\[
\begin{eqnarray}
T&=&\frac {pZ}{2\pi a}\phi I_{\mathrm {a}} \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\] で表され,\( \ p \ \),\( \ Z \ \),\( \ a \ \)は一定であるから,
\[
\begin{eqnarray}
T&=&k\phi I_{\mathrm {a}} \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\] となり,トルクは磁束と電機子電流の積に比例します。

【解答】

解答:(2)
(1)正しい
問題文の通り,上り坂においては,直流機は電動機として働くことになるので,電流は電源から直流機に向かって流れます。

(2)誤り
図1の通り,上り坂から下り坂に変わると,電機子電流\( \ I_{\mathrm {a}} \ \)が反転しますが,電圧は\( \ V > E \ \)の関係が\( \ V < E \ \)となるだけであり,誘導起電力\( \ \underline E \ \)の方向は同方向となります。

(3)正しい
直流機が発生するトルクの方向は,ワンポイント解説「1.直流機のトルク\( \ T \ \)」の通り電機子電流\( \ I_{\mathrm {a}} \ \)の向きと同方向となります。したがって,トルクの方向は反転します。

(4)正しい
問題文の通り,上り坂から下り坂に変わるときは,電源電圧\( \ V \ \)を下げ,\( \ V < E \ \)となるように制御が行われます。

(5)正しい
問題文の通り,下り坂においては,直流機は発電機として働くことになるので,電流は直流機から電源に向かって流れます。