弱め界磁制御
出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2022/04/30 14:44 UTC 版)
抵抗制御・組合せ制御が最終段に達すると、電動機の印加電圧は最大となり、これ以上の電圧向上はできなくなる（下図の第一段階）。この状態で回転速度をさらに上げていくと逆起電力が増加し、回転速度に反比例して電機子電流（ I a {\displaystyle I_{a}\,} ）が低下する（下図の第二段階）。また、直巻電動機は電機子と界磁を直列としていることから、電機子電流がそのまま界磁電流となり、磁束（ ϕ {\displaystyle \phi \,} ）・電機子電流とも低下し、結果としてトルク（ T {\displaystyle T\,} ）は回転数の2乗に反比例して急激に低下してしまう（右図赤線）。 T = k ⋅ ϕ ⋅ I a {\displaystyle T=k\cdot \phi \cdot I_{a}} ここでトルクの低下を抑制するには弱め界磁を用いる。下図の第三段階に示すように、界磁電流の一部を短絡したり別回路に流すことで界磁を弱めると、逆起電力が低下し電機子電流が回復する。このとき界磁磁束は小さくなるためトルクの低下は免れないものの、電機子電流を確保することで速度上昇にともなうトルクの低下幅を抑制できる（右図青線）。 界磁を弱める方法として、界磁の中間にタップを設けて界磁の一部を短絡する方法（界磁タップ制御または部分界磁式）や、界磁と並列に抵抗を配置して界磁電流の一部をバイパスさせる方法（界磁分流制御または分路界磁式）がある。いずれも段階的に界磁を制御する方法が採られ、ほぼ電機子電流が一定となるように制御する。これにより出力（=トルク×回転速度）を一定に保ったまま、加速することができる。界磁タップ制御は電動機の界磁巻線そのものにタップ端子を設ける必要があり、界磁磁束の制御段数も界磁分流制御ほど多くできないという欠点がある。 図解 - 弱め界磁制御第一段階第二段階第三段階 回転速度が上がり、印加電圧が最大となった状態。 さらに回転速度を上げると、逆起電力が上昇し電流が減少する。電圧はこれ以上上げられない。 界磁電流をの一部をバイパスして界磁を弱めると、逆起電力が低下し、電流が確保できる。 弱め界磁は電圧を変えることなく中高速域のトルク特性を向上できるが、際限なく界磁を弱めていくと電機子反作用により磁束が乱れ、整流不良を起こしてしまうことから、一般に全界磁（弱め界磁を用いない状態）の35%程度にまで弱めることが限界とされる。さらに界磁を弱める場合は、電機子反作用を抑える補償巻線を界磁に付与することで25%程度まで可能となる。 また、弱め界磁はトルク向上の手段として用いられる以外に、逆にトルクを抑制する目的で使われる場合もある。逆起電力は回転速度に比例するため、回転速度がごく低い起動時はほとんど発生しない。したがって起動時に界磁を弱めた場合、逆起電力の影響はごく小さく、電機子電流はほとんど増加しない一方で、界磁磁束のみが小さくなることから、トルクは抑えられる方向へ作用する。この特性を利用して起動時のトルクを低く抑え、発車時の衝動を抑制する方式を弱め界磁起動と呼ぶ。
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