直流発電機の効率と損失を完全攻略！「銅損＝鉄損」で最大効率

この記事で身につくこと

電験三種「機械」科目の重要項目、直流発電機の 効率（η） と 損失 の関係。

「効率の計算」と聞くと身構えてしまいますが、エネルギーの流れと損失の内訳 さえ整理すれば驚くほどシンプルに解けます。

読み終わるころには、

• 効率の式が頭に思い浮かぶ
• 銅損と鉄損の違いを即答できる
• 最大効率の条件を説明できる

ようになります。

暗記フレーズ：効率は「損失」がカギ

効率 = 出力 ÷ (出力 ＋ 損失) 銅損 ＝ 鉄損 のとき効率最大

この2行が頭にあれば、効率の計算問題で迷うことはありません。

エネルギーの流れ：入力＝出力＋損失

発電機は、機械的な「入力」がそのまま全部「出力」になるわけではありません。 途中で 損失 として一部が失われ、残った分が電気の「出力」として出てきます。

   機械的入力
       ↓
  ┌─────────┐
  │ 発電機内 │
  └─────────┘
       ↓
   電気出力 ＋ 損失（食品ロスのように失われる分）

つまり、

効率 η = 出力 ÷ 入力 = 出力 ÷ (出力 ＋ 損失)

💡 試験のコツ：効率の問題が出たら、まず「出力わる、出力足す損失」と頭の中で唱えてください。

つまり 効率を上げたければ、損失を減らせばよい。 試験では「効率そのもの」より 「損失」にフォーカス されることが多いんです。

損失の正体は「銅損」と「鉄損」の2つ

主な損失は次の2種類です：

① 銅損（どうそん）— 可変損

巻線（コイル）に電流が流れることで起こる ジュール熱 の損失。

• ドライヤーや電子レンジを使うと、コードが温かくなる現象と同じ
• 電気を使用中（電流が流れているとき）のみ発生
• 電流の2乗に比例 して大きくなる
• 負荷の大きさで変動するので 可変損 と呼ばれる

② 鉄損（てっそん）— 固定損／無負荷損

鉄心（コア）で起こる損失。ヒステリシス損 と 渦電流損 からなる。

• 通電している間ずっと発生
• 負荷に関係なくほぼ一定
• 負荷で変わらないため 固定損 または 無負荷損 と呼ばれる

損失	別名	発生条件	大きさ
銅損	可変損・負荷損	電流が流れているとき	電流の 2乗 に比例
鉄損	固定損・無負荷損	通電中ずっと	負荷に関係なく 一定

⚠️ 試験頻出のひっかけ：「銅損は通電中ずっと発生する」と書いてあったら 誤り。銅損は電流が流れるときのみ。

最大効率の条件：銅損 ＝ 鉄損

ここが試験で最も狙われるポイントです。

損失の合計が最小 → 効率最大

になるのは、銅損 ＝ 無負荷損（鉄損） が等しいとき。

理由を視覚的に説明すると：

負荷	銅損	鉄損	合計損失	効率
軽い	小	一定	鉄損が大きく見える	低
中間（銅損＝鉄損）	中	一定	最小	最大
重い	大（2乗で増える）	一定	銅損が支配的	低

「銅損が増えすぎず、鉄損とつり合う点」がスイートスポット。 そこで両者の合計が最も小さくなり、効率が最大になります。

💡 重要：この 「可変損 ＝ 固定損」で効率最大 の関係は、直流機だけでなく 変圧器 でも共通する鉄板ルールです。後の単元で再登場するので頭に刻んでおきましょう。

まとめ：直流発電機の効率攻略チェックリスト

項目	内容
効率の式	η = 出力 ÷ (出力 ＋ 損失)
損失の種類	銅損（可変） ＋ 鉄損（固定／無負荷）
銅損の特徴	電流の2乗に比例・電流が流れるときのみ
鉄損の特徴	通電中ずっと一定・負荷に無関係
最大効率の条件	銅損 ＝ 鉄損

暗記フレーズ：効率は出力÷(出力＋損失)、銅損＝鉄損で最大

この考え方は 変圧器 でも全く同じです。一度マスターすれば二度おいしい単元なので、しっかり押さえておきましょう。