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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。
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