※本記事にはプロモーション（広告）が含まれています。
- 直流機と誘導機の等価回路、どっちがどっちだったか混同する
- 「同期速度」は誘導機にも同期機にも出てくるけど、何が違うの？
- 鉄損と銅損、どの機器でも出てくるけど、効率が最大になる条件は全部同じ？
- 変圧器は「回転しない」のに、なぜ4機の仲間に入っているの？
- 個別には勉強したけど、横断的に比較する問題が出ると全然解けない
- 直流機・誘導機・同期機・変圧器の共通点と相違点を比較表で一目整理
- 構造・原理・等価回路・損失・速度制御・用途を横断的に比較
- 各機器の詳細解説記事へのリンクを完備（このページがハブ＝地図の役割）
電験三種・機械科目の配点の約6〜7割を占めるのが「4機」です。直流機、誘導機（誘導電動機）、同期機（同期発電機・同期電動機）、変圧器——この4つの電気機器を総称して「4機」と呼びます。
個別の記事でそれぞれの機器を深掘りしていますが、R06年（上期）問7のように「4機を横断的に比較する正誤問題」が出題されることがあります。このタイプの問題は、各機器を個別に理解しているだけでは解けません。「共通点」と「相違点」を並べて比較する視点が必要です。
この記事は、4機の学習の「地図」です。まず全体像をつかんでから、気になる機器の詳細記事に飛んでください。
4機とは、電験三種の機械科目で中心になる直流機・誘導機・同期機・変圧器の4つの電気機器のことです。どれも鉄心と巻線でできていて電磁誘導で動き、鉄損と銅損が出る点は共通です。違いは、直流機は整流子とブラシで直流を扱い、誘導機は滑りの分だけ同期速度より少し遅く回り、同期機は同期速度ちょうどで回り、変圧器は回転せずに電圧だけを変える点にあります。
4機の全体像｜なぜこの4つがセットなのか
まず「なぜ変圧器が4機に含まれるのか？」という疑問に答えます。変圧器は回転しません。モーターでも発電機でもありません。しかし変圧器は、電磁誘導の原理で動作する電気機器という点で他の3つと共通しています。
実は4機すべてに共通するのは「電流が流れるコイル」と「磁束」が存在すること。この2つの相互作用で、電圧を変換したり、回転力を生み出したり、電気を発電したりしています。
直流機
直流で回転
整流子+ブラシ
電動機 / 発電機
誘導機
交流で回転
滑りで動作
電動機がメイン
同期機
交流で回転
同期速度で回る
発電機がメイン
変圧器
回転しない
電圧を変換
静止器
① すべて電磁誘導の原理を利用している
② すべて鉄心（コア）と巻線（コイル）で構成されている
③ すべて鉄損（ヒステリシス損+渦電流損）と銅損（I²R損）が発生する
④ 効率が最大になる条件：鉄損 = 銅損（全機器共通！）
「4機に共通する特性」として、上記の①〜④が正しいかどうかを問う問題です。特に④の「効率最大条件 = 鉄損＝銅損」は、変圧器でも誘導機でも同期機でも直流機でも同じ。「〇〇機では効率最大条件が異なる」→ ×（誤り）のひっかけが定番です。
「4機の比較表」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。
ポチップ
構造の比較｜何が回転し、何が固定されているか
4機の最大の違いは「構造」です。何が回転するか、磁束をどうやって作るかが機器ごとに異なります。
| 項目 | 直流機 | 誘導機 | 同期機 | 変圧器 |
|---|---|---|---|---|
| 電源 | 直流 | 交流（三相） | 交流（三相） | 交流 |
| 固定子 （ステータ） |
界磁 （磁束を作る） |
固定子巻線 （回転磁界を作る） |
電機子巻線 （電圧が誘導される） |
1次巻線+2次巻線 （同じ鉄心に巻く） |
| 回転子 （ロータ） |
電機子 （電圧が誘導される） |
かご形 or 巻線形 （誘導電流が流れる） |
界磁 （磁束を作る） |
なし （回転部がない） |
| 特徴的な部品 | 整流子+ブラシ | かご形導体 （またはスリップリング） |
スリップリング （界磁への給電用） |
鉄心（コア） （磁気結合） |
「直流機の電機子は固定子側にある」→ ×（誤り）。直流機の電機子は回転子側です。一方、同期機の電機子は固定子側にあります。直流機と同期機では、「電機子」と「界磁」の位置が逆になっている点が超重要です。
大型の同期発電機では、電機子に大電流が流れます。この大電流をスリップリングで取り出すのは困難。そこで小電流で済む界磁側を回転子にして、大電流が流れる電機子を固定子にしています。これを「回転界磁形」と呼びます。
構造をもっと詳しく知りたい方はこちら
直流機の構造と原理｜電機子・界磁・整流子の役割を完全図解 →
三相誘導電動機の原理｜回転磁界から同期速度まで完全図解 →
円筒形回転界磁形とは？同期機の構造と突極形との違いを図解 →
変圧器の基本原理｜電磁誘導から巻数比まで完全マスター →
動作原理の比較｜何が回転力を生んでいるか
4機はすべて「電磁誘導」を利用していますが、回転力（トルク）を生み出す仕組みはそれぞれ異なります。
| 項目 | 直流機 | 誘導機 | 同期機 | 変圧器 |
|---|---|---|---|---|
| 動作原理 | フレミングの左手の法則 （電磁力F=BIL） |
アラゴの円板の原理 （回転磁界と誘導電流） |
磁石の吸引・反発 （同期速度で回転） |
相互誘導 （ファラデーの法則） |
| 回転速度 | 電圧・界磁で調整 （連続可変） |
同期速度より遅い N = Ns(1-s) |
常に同期速度 Ns = 120f/p |
回転しない |
| 滑り（s） | 概念なし | あり（s>0） s=0だとトルク=0 |
s=0 （常に同期） |
概念なし |
| 主な用途 | 電動機：クレーン、EV 発電機：減少傾向 |
産業用モーターの90% ポンプ、ファン、コンベア |
発電所の発電機 力率改善用電動機 |
電圧の昇降圧 送電・配電・家庭用 |
・誘導機：同期速度より遅い（滑りs > 0）。滑りがないと回転磁界との速度差がなくなり、誘導電流が流れず、トルクが出ない。
・同期機：常に同期速度ぴったり（s = 0）。負荷が増えても速度は変わらず、代わりに負荷角δが変化する。
「誘導機は同期速度で回転する」→ ×（誤り）。これは正誤問題の最頻出ひっかけです。
動作原理をもっと詳しく知りたい方はこちら
直流機の誘導起電力とトルク｜E=kΦNの公式を導出から計算例まで →
滑り（すべり）sとは？誘導電動機の公式 s＝(Ns−N)/Ns と計算例を図解 →
同期発電機の出力と負荷角δ｜P=(VE₀/Xs)sinδの意味を完全図解 →
変圧器の基本式を完全マスター｜巻数比aから電圧・電流・インピーダンスを一発計算 →
等価回路の比較｜「なぜ似ているのか」を理解する
4機の等価回路は一見バラバラに見えますが、実は「変圧器の等価回路がベース」になっています。誘導機の等価回路は変圧器の二次側に「負荷抵抗」を加えたもの。同期機は逆起電力と同期インピーダンスで表現。直流機は最もシンプルで抵抗と逆起電力だけです。
| 項目 | 直流機 | 誘導機 | 同期機 | 変圧器 |
|---|---|---|---|---|
| 等価回路の 構成要素 |
V = E + RaIa （逆起電力E+電機子抵抗） |
変圧器+可変抵抗 r₂'(1-s)/s |
V = E₀ + jXsI （同期インピーダンス） |
1次巻線抵抗+漏れリアクタンス +励磁回路 |
| 変圧器との 関係 |
直接の関係なし （直流回路） |
変圧器の2次側に 負荷抵抗を追加 |
逆起電力E₀ + 同期リアクタンスXs |
基本形 （すべての原型） |
| 等価回路で 求めるもの |
電機子電流Ia トルクT |
二次電流I₂' トルクT、出力P |
電機子電流Ia 出力P、負荷角δ |
二次電圧V₂ 電圧変動率ε |
誘導機の固定子（ステータ）は変圧器の1次側、回転子（ロータ）は2次側に相当します。違いは、2次側が回転すること。回転を「滑りs」で表現した抵抗 r₂'(1-s)/s が等価回路に加わります。変圧器の等価回路が理解できていれば、誘導機の等価回路は自然に理解できます。
表の変圧器の列にある漏れリアクタンスや励磁回路（励磁電流・鉄損）の意味は、変圧器の用語辞典｜漏れリアクタンス・励磁電流・鉄損で1語ずつイメージから確かめられます。同期機の列の負荷角δと出力の関係（P＝(VE₀/Xs)sinδ）は、同期発電機の出力と負荷角δで式の意味から解説しています。
等価回路をもっと詳しく知りたい方はこちら
直流機の計算パターン完全網羅｜頻出5パターンを途中式ありで完全解説 →
三相誘導電動機の等価回路｜複雑な回路をイメージで攻略 →
同期発電機の等価回路とベクトル図｜無負荷誘導起電力E₀の求め方 →
変圧器の等価回路を完全攻略｜一次換算・簡易等価回路・%Zを図解でマスター →
損失と効率の比較｜4機に共通する「鉄損と銅損」
4機すべてに鉄損（鉄心で発生するヒステリシス損+渦電流損）と銅損（巻線の抵抗で発生するI²R損）が存在します。そして効率が最大になる条件も共通しています。
| 項目 | 直流機 | 誘導機 | 同期機 | 変圧器 |
|---|---|---|---|---|
| 鉄損 （固定損） |
電機子鉄心で発生 （負荷に無関係） |
固定子鉄心で発生 （負荷に無関係） |
固定子鉄心で発生 （負荷に無関係） |
鉄心で発生 （負荷に無関係） |
| 銅損 （可変損） |
電機子巻線 I²Ra （負荷に比例して増加） |
1次+2次巻線 I²r （負荷に比例して増加） |
電機子巻線 I²Ra （負荷に比例して増加） |
1次+2次巻線 I²r （負荷に比例して増加） |
| 機械損 | あり （軸受摩擦、風損） |
あり （軸受摩擦、風損） |
あり （軸受摩擦、風損） |
なし （回転部がない） |
| 効率最大条件 | 鉄損 ＝ 銅損（固定損 ＝ 可変損）のとき、効率が最大になる ← 4機すべて共通！ | |||
損失と効率をもっと詳しく知りたい方はこちら
変圧器の損失と効率｜鉄損・銅損・最大効率条件を完全マスター →
トルクと出力の関係｜P₂:P:Pc = 1:(1-s):s を完全マスター →
電験三種 機械の10分野と勉強の順番
速度制御と始動法の比較｜「どうやって回すか」「どうやって止めるか」
| 項目 | 直流機 | 誘導機 | 同期機 | 変圧器 |
|---|---|---|---|---|
| 速度制御法 | ①電圧制御 ②界磁制御 ③抵抗制御 |
①周波数制御（VVVF） ②極数切替 ③二次抵抗制御 ④電圧制御 |
速度制御しにくい （常に同期速度） 周波数を変えるしかない |
該当なし （タップ切替で電圧調整） |
| 始動法 | 始動抵抗器で 電機子電流を制限 |
①直入れ始動 ②Y-Δ始動 ③始動補償器 ④インバータ始動 |
自力始動できない →始動用誘導電動機 →インバータで始動 |
該当なし （突入電流に注意） |
| 特筆事項 | 分巻：定速度特性 直巻：変動速度特性 無負荷で暴走注意 |
Y-Δ始動で 始動電流が1/3 始動トルクも1/3 |
乱調（ハンチング） 脱調に注意 V曲線（力率調整） |
励磁突入電流 （定格の数十倍） 並行運転の条件 |
同期電動機は、停止状態から交流電源を投入しても自力では回り出しません。回転磁界の回転速度（同期速度）にいきなり追従できないからです。始動には補助的な手段（始動用巻線・インバータなど）が必要です。「同期電動機は直入れ始動で始動できる」→ ×（誤り）。
速度制御・始動法をもっと詳しく知りたい方はこちら
直流電動機の速度制御｜界磁制御・電圧制御・抵抗制御の違いと始動法 →
誘導電動機の始動法｜直入れ・Y-Δ・始動補償器をイメージでマスター →
三相誘導電動機の速度制御｜4つの方法をイメージでマスター →
同期電動機の特徴とV曲線｜力率改善と同期調相機を完全図解 →
変圧器の並行運転の条件｜4つのルールを図解でマスター →
試験と種類の比較｜無負荷試験・短絡試験・特性試験
4機にはそれぞれ「特性を知るための試験」が存在します。これらの試験名と目的を混同させる正誤問題が出ます。
| 試験 | 直流機 | 誘導機 | 同期機 | 変圧器 |
|---|---|---|---|---|
| 無負荷試験 | 無負荷特性 （E vs If） |
無負荷試験 （鉄損+機械損を測定） |
無負荷飽和曲線 （E₀ vs If） |
無負荷試験 （鉄損+励磁電流を測定） |
| 短絡試験 | — | 拘束試験 （回転子を固定＝s=1） |
三相短絡試験 （短絡比Ksを求める） |
短絡試験 （銅損+%Zを測定） |
| 試験の目的 | 界磁電流と 起電力の関係を把握 |
等価回路の 定数を決定 |
同期インピーダンスXs と短絡比Ksを決定 |
鉄損・銅損・%Z を分離して測定 |
変圧器の無負荷試験で鉄損と励磁電流が、短絡試験で銅損と%Zがわかる理由は、変圧器の試験｜無負荷試験・短絡試験で何がわかる？で図解しています。
試験の詳細をもっと知りたい方はこちら
短絡比とは？同期発電機の%同期インピーダンス・無負荷飽和曲線との関係を図解 →
変圧器の試験｜無負荷試験・短絡試験で何がわかる？完全図解 →
各機器の完全攻略マップ｜ここから全記事にアクセスできます
各機器には、1記事で全体像を掴める「完全攻略マップ（ロードマップ）」記事があります。まだ個別の機器を深掘りしていない方は、ここから始めてください。
正誤問題で狙われる「4機横断のひっかけポイント」総整理
| No. | ひっかけ選択肢の例 | 正誤 | 正しい知識 |
|---|---|---|---|
| 1 | 誘導電動機は同期速度で回転する | × | 同期速度より遅い（滑りs > 0） |
| 2 | 直流機の電機子は固定子側にある | × | 直流機の電機子は回転子側。同期機と逆 |
| 3 | 変圧器には機械損が発生する | × | 変圧器に回転部はない。機械損なし |
| 4 | 同期電動機は直入れ始動で始動できる | × | 同期機は自力始動できない。補助手段が必要 |
| 5 | 効率が最大になる条件は機器ごとに異なる | × | 鉄損＝銅損のとき効率最大。全機器共通 |
| 6 | 直巻直流電動機は無負荷で運転すると危険である | ○ | 正しい。無負荷で界磁電流が減り暴走する |
| 7 | 同期発電機の並行運転には、電圧・周波数・位相・相順を一致させる必要がある | ○ | 正しい。並行運転の5条件（+波形一致） |
直流電動機の種類と特性｜分巻・直巻・複巻の速度-トルク曲線を一目で比較 →
同期発電機の並行運転の条件｜5条件と無効横流・同期化力を図解 →
よくある質問
まとめ
この記事のポイント
○ 4機すべてに共通：電磁誘導の原理、鉄心+巻線の構造、鉄損+銅損の発生
○ 効率最大条件は鉄損＝銅損（4機すべて共通）
○ 直流機の電機子は回転子、同期機の電機子は固定子（位置が逆）
○ 誘導機は同期速度より遅く回転（滑りs > 0）、同期機は常に同期速度
○ 同期電動機は自力始動できない。直巻直流電動機は無負荷で暴走
○ 誘導機の等価回路は変圧器の発展形
○ 変圧器は回転しないが、電磁誘導の原理で動作する静止器として4機に含まれる
4機の横断比較問題は、個別の知識だけでは解けません。「共通する原理は何か」「各機器の固有の特徴は何か」を表で整理して、違いを明確にしておくことが重要です。各機器の詳細が気になったら、この記事に貼られたリンクから個別の解説記事に飛んでください。この記事が、あなたの4機学習の「地図」になれば幸いです。
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。
比較表の4機のうち、整流子とブラシのある直流機の構造は次の記事で図解しています。
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、機械科目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。
