※本記事にはプロモーション（広告）が含まれています。
- 「電機子反作用の影響を答えよ」という穴埋め問題で、名前だけ覚えていて中身が説明できない
- 磁束分布の図を見ても「何がBefore で何がAfterか」がわからない
- 補極と補償巻線の違い、何となくで覚えているが説明できない
- 電機子反作用が「なぜ起きるか」を原因から理解する
- 磁束分布のBefore/Afterで「何が変わるのか」を視覚的に整理
- 減磁作用・中性点移動・整流悪化の3つの影響
- 補極・補償巻線の役割と違い
電機子反作用は、電験三種の機械科目の直流機の問題でよく問われるテーマです。「影響を3つ書け」「補極の目的は？」という穴埋めが定番です。この記事では丸暗記ではなく、図解で原理を理解した上でキーワードを押さえる順番で解説します。
電機子反作用とは、電機子電流がつくる磁束が、界磁の主磁束を乱す現象です。直流機では、①磁束分布のかたより（交差磁化作用・偏磁）、②主磁束の減少（減磁作用）、③電気的中性点の移動による整流の悪化（ブラシの火花）が起きます。対策は補極と補償巻線で、どちらも電機子と直列につなぎます。
電機子反作用とは？まず「原因」から理解する
直流機（発電機・電動機）が動作すると、電機子コイルに電流Iaが流れます。この電流は磁界を作ります（アンペールの法則）。この「電機子電流が作る磁束」が、界磁が作る主磁束を乱す現象が電機子反作用です。
主磁束（界磁磁束）
界磁コイルが作る磁束Φf
N極→S極へ均一に流れる
これが起電力・トルクの源
電機子磁束
電機子電流Iaが作る磁束Φa
ブラシの軸方向（交差軸方向）に発生
これが主磁束を「邪魔」する
合成磁束（歪んだ磁束）
Φf と Φa の合成
分布が偏り、中性点がずれる
これが電機子反作用の結果
製造ラインのプレス機で、型（金型）が正確に位置を保っているのに、加工中の振動が型を少しずつずらしてしまうイメージです。界磁磁束が「型の正確な位置」で、電機子電流が「加工中の振動」。振動（電機子反作用）が大きいほど、型（磁束分布）のズレも大きくなります。
「電機子反作用」を試験の得点につなげるなら、機械科目の教科書で前後の単元とあわせて押さえておくと安心です。TAC出版『みんなが欲しかった！』シリーズの、電験三種「機械」の教科書と問題集です。フルカラーの教科書に重要な過去問が付いています。
3つめの対策「ブラシの移動」と、その限界
補極や補償巻線がない小さな直流機では、ブラシの位置を電気的中性点のほうへずらして、整流を良くする方法もあります。ただし、中性点の移動量は負荷電流で変わるので、ある負荷に合わせると、別の負荷ではずれてしまいます。また、ブラシをずらすと電機子の磁束の一部が主磁束を打ち消す向きになり、減磁作用が強まります。このため、負荷が大きく変わる機械には向きません。
| 対策 | どこに | 効く範囲 | 負荷の変化への追従 |
|---|---|---|---|
| 補極 | 幾何学的中性点（主磁極の間） | 整流中のコイル付近 | 電機子と直列なので自動で追従する |
| 補償巻線 | 主磁極の磁極面のスロット | 磁極面全体 | 電機子と直列なので自動で追従する |
| ブラシの移動 | ブラシの取り付け位置 | 整流 | 追従しない（ある負荷でしか合わない） |
同期機の電機子反作用｜力率で「交差磁化・減磁・増磁」が変わる
電機子反作用は同期機（同期発電機・同期電動機）でも起きます。同期機では、電機子電流と起電力の位相の関係（力率）によって、作用の種類が変わるのが特徴です。同期発電機の場合は次のとおりです。
| 負荷の電流 | 電機子反作用 | 主磁束への影響 |
|---|---|---|
| 起電力と同じ位相（力率1・抵抗負荷） | 交差磁化作用 | 磁束分布がかたよる（主磁束と直角の向き） |
| 起電力より90°遅れ（誘導性の負荷） | 減磁作用 | 主磁束を弱める（端子電圧が下がる） |
| 起電力より90°進み（容量性の負荷） | 増磁作用 | 主磁束を強める（端子電圧が上がる） |
同期電動機では電流の向きが発電機と逆になるので、遅れ電流で増磁作用、進み電流で減磁作用と、関係が逆になります。発電機の「遅れ＝減磁、進み＝増磁」を覚え、電動機は逆と覚えると混乱しません。
直流機の電機子反作用は「偏磁・減磁・中性点の移動」。同期機は力率で決まり、発電機は力率1で交差磁化、遅れで減磁、進みで増磁。電動機は遅れと進みが逆。
よくある質問
同期発電機では、電機子反作用を同期リアクタンスとして等価回路に入れて計算します。ベクトル図で確かめられます。
ポチップ
磁束分布のBefore / After：何がどう変わるか
試験の選択肢に出てくる磁束分布の図は、「Before（無負荷）」と「After（負荷あり）」の2パターンを頭に入れておけば対応できます。
BEFORE：無負荷時（電機子電流＝ゼロ）の磁束分布
→ N極からS極へ均一に流れる。中性点は左右対称の中央に位置する。
AFTER：負荷時（電機子電流あり）の磁束分布
→ 磁束が歪み、密な部分と疎な部分ができる。電気的中性点が幾何学的中性点からずれる。
電機子磁束Φaは、ある場所では主磁束Φfと同方向（加算→密）、別の場所では逆方向（減算→疎）になります。これが磁束分布の歪みの正体です。
電機子反作用の3つの影響【ここが穴埋め問題の核心】
電機子反作用は3つの影響を引き起こします。これが試験の「穴埋め問題の定番」です。順番と内容をセットで覚えましょう。
電機子磁束が主磁束に重なることで、磁極面の磁束分布が不均一になります。一方の磁極端では磁束が増加し、他方では減少します。この不均一な分布を「偏磁」といいます。
鉄心が磁気飽和しているとき、密になった側の磁束増加量は飽和で頭打ちになります。一方、疎になった側は磁束が大きく減少します。その結果、増加分 ＜ 減少分 となり、トータルの磁束Φが減少します。これを「減磁作用」といいます。
磁束分布が歪むと、電機子コイルの起電力がゼロになる位置（電気的中性点）が幾何学的中性点からずれます。ブラシは幾何学的中性点に固定されているため、ブラシ位置で短絡されるコイルに電流が残り、整流が悪化して火花が発生します。
| 影響 | 原因 | 結果 |
|---|---|---|
| ①偏磁作用 | Φf と Φa の合成 | 磁束分布が不均一・歪む |
| ②減磁作用 | 磁気飽和で増加分 ＜ 減少分 | 平均磁束Φが減少、E・V低下 |
| ③中性点移動 | 磁束分布の歪みによる | 整流悪化・ブラシで火花発生 |
発電機と電動機で中性点はどちらに移動する？
「発電機と電動機で中性点の移動方向が逆」というのも頻出の穴埋めポイントです。理由を一度理解すれば、暗記しなくても導けます。
→ 直流発電機
中性点は回転方向に移動
（電機子電流の方向が発電方向と同じ）
→ 直流電動機
中性点は回転方向と逆に移動
（電機子電流の方向が発電機と逆）
電機子電流の向きが発電機と電動機では逆になるからです。電動機は外部から電圧を加えて電流を流す（V = E + IaRa）。発電機は電流を外部に送り出す（V = E − IaRa）。電流の向きが逆 → 電機子磁束の向きが逆 → 中性点の移動方向が逆、という流れです。
直流電動機の速度制御と始動法
対策①：補極（コンミテーティングポール）
電機子反作用の対策は主に2つあります。まず1つ目の補極（別名：補間極・コンミテーティングポール）から説明します。
補極の仕組みと設置場所
補極は主磁極の間（幾何学的中性点の位置）に設置される小さな磁極
ブラシで短絡されているコイル（整流中のコイル）に逆向きの起電力を発生させ、整流を改善する。電機子反作用による中性点移動の影響を打ち消す。
電機子と直列に接続します。負荷電流が増えると補極の磁束も自動的に増えるので、電機子反作用の変化に自動追従します。
補極は整流区間（ブラシ付近）のみを改善します。磁極面全体の歪みや減磁作用は補償しきれません。
「補極は幾何学的中性点に設置し、電機子と直列接続する。目的は整流改善（火花の防止）」この3点が穴埋めに出ます。
対策②：補償巻線（コンペンセーティングワインディング）
補極が「ブラシ付近のみ」を改善するのに対し、補償巻線は磁極面全体の電機子反作用を打ち消す、より根本的な対策です。
補償巻線の仕組み
スロット（溝）が掘られており、
補償巻線が埋め込まれている
負荷電流が流れると、
電機子磁束と逆向きの磁束を発生
磁極面全体で電機子磁束を
打ち消し、主磁束が均一に保たれる
補極と補償巻線の比較
| 比較項目 | 補極 | 補償巻線 |
|---|---|---|
| 設置場所 | 幾何学的中性点（磁極間） | 主磁極の磁極面のスロット |
| 対象範囲 | 整流区間（ブラシ付近）のみ | 磁極面全体 |
| 接続方法 | 電機子と直列 | 電機子と直列 |
| 目的 | 整流改善・火花防止 | 電機子磁束を全面的に打ち消す |
| 効果範囲 | 部分的 | 完全（根本対策） |
| コスト | 比較的安価 | 高価（大型機・電気機関車等に使用） |
大型の直流機では、補極と補償巻線の両方を同時に使用します。補償巻線が磁極面全体の歪みを解消し、補極が残った整流区間の問題を補います。試験では「電機子反作用の対策を2つ答えよ」という問いにこの2つで答えます。
試験の穴埋め問題パターン集
電機子反作用は「穴埋め問題」として頻繁に出題されます。代表的なパターンと答えをまとめました。
「電機子反作用の影響を3つ答えよ」
① 磁束分布の歪み（偏磁作用）
② 減磁作用（全磁束の減少）
③ 電気的中性点の移動（整流悪化）
「直流発電機において、電機子反作用により電気的中性点は（ ）方向に移動する」
→ 回転方向（電動機は逆方向）
「補極は（ ）に設置し、電機子と（ ）接続される。目的は（ ）の改善である」
→ 幾何学的中性点（磁極間） ／ 直列 ／ 整流（火花防止）
「補償巻線は（ ）の磁極面のスロットに設けられ、電機子磁束を（ ）させることで電機子反作用を打ち消す」
→ 主磁極 ／ 相殺（キャンセル）
「電機子反作用により磁束が減少するのはなぜか」
→ 鉄心が磁気飽和しているため、磁束が増加する部分の増加量よりも、磁束が減少する部分の減少量が大きくなり、平均磁束が減少するから。
直流機マスターへの道｜全9ステップの全体像
直流機の学習は、以下の9ステップで進めるのが最速です。順番を絶対に飛ばさないでください。前のステップを理解していないと、次の記事でつまずきます。特に電機子反作用は「飛ばすと後で必ず詰む」最重要ポイントです。
- 1
- 2
-
3
今ココ｜電機子反作用とは？｜磁束の歪みと減磁作用直流機の最重要現象。これを飛ばすと発電機・電動機の特性で必ず詰まるこの記事を読んでいます
- 4
- 5
- 6
- 7
- 8
- 9
まとめ：電機子反作用を「一枚の図」で覚える
| 電機子反作用とは | 電機子電流Iaが作る磁束Φaが、界磁の主磁束Φfを乱す現象 |
| 影響① | 磁束分布の歪み（偏磁）：一方は磁束密、他方は疎になる |
| 影響② | 減磁作用：磁気飽和で増加分 ＜ 減少分 → 平均Φが減少 → E・V低下 |
| 影響③ | 電気的中性点の移動：整流悪化・火花発生。発電機→回転方向、電動機→逆方向 |
| 対策①補極 | 幾何学的中性点に設置・電機子と直列接続。整流（ブラシ付近）を改善 |
| 対策②補償巻線 | 主磁極の磁極面スロットに設置・電機子と直列接続。電機子磁束を全面的に打ち消す根本対策 |
電機子反作用は「3つの影響 → 2つの対策」という構造で整理できます。Before/Afterの磁束分布図を頭にイメージしながら、「なぜ減磁するのか（磁気飽和）」「補極はなぜ直列なのか（自動追従のため）」という理由を押さえておくと、どんな問われ方にも対応できます。
電験三種の試験でどう問われるかは、過去問で確かめるのがいちばんの近道です。電験三種の過去10年分の試験問題をまとめた過去問題集です（2026年度版）。
ポチップ
「どこから手をつければいいかわからない」「計算問題で手が止まる」と感じたら、講義と問題演習がセットになった通信講座を使う方法もあります。SATの電験三種講座(第三種電気主任技術者講座)は、フルカラーのテキストと講義動画で学べて、メールなどで質問もできます。料金や内容は公式サイトで確かめてください。
メーカーで電気設計と品質保証に携わってきた経験をもとに執筆しています。むずかしい専門用語をできるだけ使わず、はじめて学ぶ人がつまずかないように、図とたとえで説明することを大切にしています。
次に読むべき記事
この記事の内容がわかったら、直流機の次のテーマに進みましょう。続けて読むと、現場でそのまま使える知識になります。
テーマ別に、もっと深く学ぶ
気になるところから読んでも大丈夫です。どの記事も、はじめて学ぶ人向けにやさしく書いています。
