令和5年度第三種電気主任技術者下期試験　機械科目 問10 解説 問1 問1

選択肢(2)は、界磁磁束と電機子反作用磁束のベクトル関係を「同じ向き」としている点が誤りであり、実際には両者は直交する関係にあります。

電機子反作用のメカニズム

直流機において、界磁巻線に電流を流すと、主磁極から電機子（回転子）へ向かう界磁磁束が発生します。次に、電機子が回転して電機子巻線に電流が流れると、今度はその電機子電流によって電機子周辺に新たな磁束、すなわち電機子反作用磁束が生じます。

このとき、界磁磁束と電機子反作用磁束は、物理的な配置から直交する向きに発生します。界磁磁束が極間を通って真っ直ぐ進むのに対し、電機子反作用磁束はブラシの軸（幾何学的中心軸）に沿って現れるためです。このように両者が直交した状態で合成される現象を「交差磁化作用」と呼びます。

直交関係が引き起こす影響

この直交する磁束の合成により、磁極内の磁束密度分布が歪みます。具体的には、磁極の片側で磁束が強まり、反対側で弱まるという偏りが発生します。これが電機子反作用の基本原理です。

もし仮に、界磁磁束と電機子反作用磁束が選択肢(2)のように同じ向きであれば、単純に磁束が増減（増磁または減磁）するだけですが、現実は直交しているため、磁束の歪みが主な問題となります。ただし、ブラシを幾何学的中心軸からずらした場合には、電機子反作用磁束の一部が主磁極の磁束と逆向きの成分を持つようになり、これによって減磁作用が生じることもあります。

電機子反作用を緩和する対策

設問の他の選択肢は、この電機子反作用を抑制するための技術です。

1. 補償巻線の配置: 主磁極の磁極面に巻線を埋め込み、電機子電流と逆向きの電流を流すことで、電機子反作用磁束を打ち消します。
2. 補極の設置: 磁極の中間に小さな磁極（補極）を置き、電機子電流を通すことで、ブラシ軸上の磁束を局所的に打ち消し、整流を改善します。
3. ブラシ位置の調整: ブラシを回転方向にずらすことで、電機子反作用によって生じる磁束の偏りを調整し、整流特性を改善できます。

界磁の磁極が作る真っ直ぐな磁束の流れと、電機子巻線を通る電流が作る直交する磁束の向きを重ねてみると、磁極の端で磁束が押しやられる様子が見えてきます。

参考リンク

• 直流機の電機子反作用と整流の基本（電気主任技術者試験対策）
• 【実演】直流電動機の電機子反作用を分かりやすく解説（Youtube動画）
• 直流機の電機子反作用に関する定義（電気学会用語解説）