直巻直流機の速度特性について

質問

直流機の界磁は界磁電流に比例するハズ。
また、直巻の場合界磁電流と電機子電流はイコールのハズ。
なのに、本を見ていると
「無負荷になると界磁電流が小さくなり高速度になり危険である」
と書いてありました。
まず、無負荷になるとなぜ界磁電流が小さくなるのか分かりません。
また、界磁電流が小さくなったのなら電機子電流も小さくなり回転数は低くなるのではないのでしょうか？
どなたか教えてください。

回答No.1

foobar · ベストアンサー

簡単のため界磁が飽和してない領域で考えると
1.直流電動機のトルクは、電機子電流*界磁電流に比例
2.直流電動機の逆起電力(速度起電力)は回転数*界磁電流に比例
3.電機子電流は　(電源電圧-速度起電力)/回路抵抗　で、回路抵抗が充分小さければ、速度起電力と電源電圧がほぼ一致する
4.直巻なので、界磁電流=電機子電流
です。
電動機は、定常的にはこれらの式を同時に満足するような速度とトルクで運転します。(電源電圧が一定なら、2、3から界磁電流と速度は反比例する、また、1と4が加わって速度とトルクの平方根は反比例する)
で、無負荷にしてトルクがおおきく下がると、高回転にまで加速します。

このプロセスを個別に見ると、
・負荷トルクを非常に小さくする(無負荷にする)と1.から電機子電流、界磁電流が減る向きに作用します。
・すると、2.から電動機の速度起電力が減って、3.で電機子電流、界磁電流が増え、発生トルクを増大させる(電動機を加速する)向きに作用します。
・結果、電源電圧と、電機子電流(=界磁電流)、速度起電力がつりあうような、速度とトルク(高回転になるので、機械損によるトルクも増える）になるまで加速します。

お礼

foober様、別の質問にも親切に回答していただきありがとうございました。
大変参考になりました。
今後とも精進していきます。