直流機の特性と計算 ミニテスト【第3回】

正解：（3）界磁巻線を別の電源で励磁する
励磁は、界磁巻線に電流を流して磁束をつくることです。日本電気技術者協会の講座は、その電源を別電源にする方式を他励、自己の起電力を使う方式を自励、と分けています。他励は、界磁電流を、負荷と関係なく決められます。
（1）自励の説明です。自励は、つなぎ方で分巻・直巻・複巻に分かれます。（2）自励のうちの直巻です。負荷の電流が、そのまま界磁電流になります。（4）永久磁石の機械には、界磁巻線も励磁の電源もありません。磁束が一定なので、計算では、界磁電流を変えない他励と同じ式が使えます。ただし、磁束を強めたり弱めたりはできません。（5）他励にも界磁巻線があります。違うのは、電源の取り方だけです。
電動機にすると、他励と分巻は、負荷が変わっても磁束が変わらず、速さが少ししか下がりません（第1回の第1問の表の下）。4つのつなぎ方の式は、解説記事の「つなぎ方ごとの式」で見くらべられます。

正解：（3）直巻式
直巻発電機では、負荷へ出ていく電流が、界磁巻線も通ります。負荷がなければ界磁電流も0なので、端子にはほとんど電圧が出ません（残留磁束のぶんだけ）。負荷電流が増えると磁束が増え、端子電圧が上がっていきます。
（1）起電力は変わりません。電機子回路の抵抗で落ちるぶんだけ、ほぼ直線で下がります。下がりは小さめです。（2）端子電圧が下がると、界磁電流も減ります。起電力まで下がるので、他励より大きく下がります。（4）分巻の下がりを直巻界磁の磁束で補い、端子電圧をほぼ一定にした和動複巻です。無負荷でも電圧が出ています。（5）2つの界磁の磁束が、打ち消し合う向きです。負荷電流が増えると磁束が減って、大きく下がります。
どれも、日本電気技術者協会の講座の説明によります。直巻は、負荷しだいで電圧が大きく変わります。直巻発電機が用いられることは少ない、と同じ講座にあります。方式ごとの表は、第1回の第1問と、解説記事の「外部特性と電圧変動率」にあります。

正解：（3）86.5
電動機は、電気の入力から損失を引いていきます。
・入力：200×52＝10,400 W
・界磁の銅損：200×2＝400 W
・電機子電流：52−2＝50 A
・電機子の銅損：0.2×50²＝500 W
・損失：400＋500＋500＝1,400 W
・軸の出力：10,400−1,400＝9,000 W
・効率：9,000／10,400×100≒86.5%
（1）界磁の銅損を2回引いています。電機子に入る10,000 W から、1,400 W をまるごと引くと8,600 W です。（2）界磁電流を足して、電機子電流を54 A としています。足すのは発電機です。（4）発電機の形の式です（10,400／11,800）。10,400 W は入力なので、損失は引きます。（5）界磁へ行く2 A を、入力にも損失にも入れていません（9,000／10,000）。
動力に変わる電力は9,500 W です（10,400−400−500）。逆起電力×電機子電流の 190×50 と合います。発電機の効率は、出力に損失を足して求めます（第1回の第5問）。電力の流れは、解説記事の計算例6で追えます。

正解：（3）入れた抵抗で電力が熱になり、効率が悪い
電機子電流は、入れた抵抗も通ります。そこで「抵抗値×電流の2乗」の電力が、熱に変わります。日本電気技術者協会の講座にも、抵抗制御法は損失が大きく効率的でない、とあります。
（1）同じ講座で、装置の費用が高いとされているのは、電圧制御法です。抵抗制御は、可変抵抗があればできます。（2）抵抗を入れると、逆起電力が下がって遅くなります。定格より速くするには、界磁を弱めます。（4）抵抗を入れるのは、電機子回路です。他励や分巻の界磁巻線にかかる電圧は変わらず、界磁電流は動きません。（5）回っているかぎり、逆起電力は出ます。抵抗で落ちる電圧のぶん、小さくなるだけです。
同じ速さまで下げるのに、抵抗制御は電圧制御の2倍の入力が要り、その半分が熱になる計算が、第1回の第4問にあります。同協会の別の講座は、電機子の電圧を変える方式のほうが一般に多い、としています。そのうちの直流チョッパには、可変抵抗器での電力の損失がありません（解説記事の「電圧を変える装置」）。

正解：（2）約1/2倍
抵抗で落ちる電圧を0とみなすと、逆起電力は端子電圧と同じです。界磁電流が一定なら磁束も一定で、速さは逆起電力に比例します。端子電圧が半分なら、速さも半分です。電圧制御は、この関係を使います。
（1）電圧の2乗に比例させています。2乗になるのは、抵抗にかけた電圧と電力の関係です。（3）分巻のまま端子電圧を下げると、界磁巻線の電圧も半分になります。飽和していなければ磁束も半分になり、速さはあまり変わりません。この問題は、界磁電流を一定としています。（4）比が逆です。弱めると速くなるのは、磁束のほうです。（5）比を逆にしたうえで、2乗にしています。
抵抗で落ちる電圧を入れると、半分より遅くなります。180 V を90 V に下げて、速さが約44%になる計算が、第1回の第4問にあります。電圧・抵抗・界磁の3つの方法のくらべは、解説記事の計算例5です。