Nゲージレイアウト国鉄露太本線建設記

運転よりシナリー重視コンセプトで、昭和40年代後半の風景再現を目指しレイアウトを製作中です。映像・画像を交えながら、製作記に加え、随想や旅行記も発信します。2016年9月より延伸線建設に着手しました。

露太本線の良く解るポイント切替電気講座②

本講座第一回に、好意的なコメント及び質問を頂戴しありがとうございました。 『良く解る』の看板に偽りありとならなかった様でホッとしています。 続編です。


1-3.ポイントスイッチの動作
前回、ポイントマシンは電気を磁力に変えて鉄芯を動かす部品「ソレノイド」だと説明しました。 電気を磁力に変えて動く皆さんお馴染みの部品は何でしょうか?、そう「モーター」です。 モーターは回転運動、ソレノイドは往復運動、違いはそれだけでしょうか?、実はもっと大きく違うのです。 その違いを理解いただく例え話をします。

モーターは持久力部品、陸上アスリートに例えるならマラソンランナー、一方ソレノイドは瞬発力部品砲丸投げ選手です。 器用なモーター君は半分や1/5の力で長く走り続ける事ができますが、不器用なソレノイド君は鉄芯を状態保持バネの力に打ち勝って引けるか引けないか、二者択一のデジタルです。 ソレノイドは仕事が終ったら電源接続を外して使う部品です。 電磁石を作動し続ける事は、目前に砲丸千個並べて次々投擲させられるソレノイド君状態で、発熱して電熱器となり、ポイントをこんがり焼き上げます。 

【露太本線コントールパネルの一部】
KATO/TOMIXポイントスイッチを使用された方は解ると思いますが、スイッチレバーを弱い力で押すとバネを伸ばす様な抵抗感があり、その後パチッと切り替わります。 ソレノイド型ポイントマシンスイッチには以下2点の特殊な機構が組み込まれています。
①切替動作の途中で一瞬だけ接点をONにする機構。
②レバー操作速度に係らずスイッチの切替速度を常に一定にする機構。

上記①でソレノイド電磁石を作動させ、鉄芯動作後に電源接続を外して電熱器になるのを防いでいます。 また②でソレノイド電磁石作動時間を一定に保っています。

その動作を横軸時間、縦軸ソレノイド電磁石電流で表すとこの様になります。 ポイントスイッチ操作開始時は接点OFFで電流ゼロ、パチッと切り替わる途中の一瞬接点がONして電磁石に電流を流し、再びOFFになる様子を表しています。 ポイントマシンは電圧を高くするとシャキシャキ動く、縦軸はどうして電流なの?、これも当然の疑問です。 

『フレミングの左手の法則』どこかで聞いた覚えはあるけど忘れた、ですよね。 覚える
必要はありません。 大切なのは磁力は電流によって決まる、電圧は登場しません。


これからの講座は『時間と電流波形グラフ』を使って進めます。 理解を助ける為の強引な例え話です、車のエンジンスペックを思い浮かべてください。 電圧は馬力、最高速度を決めます、電流はトルク、出足の発進加速を決めます。 瞬発力部品のポイントマシンソレノイドは磁力で動くので、馬力よりトルクが重要なのです。


第二章:純正ポイントスイッチ切替の動作解析
2-1.ソレノイド電流の測定
さて前項の『時間と電流波形グラフ』には目盛がありません、測定により縦軸電流を確定させます。 使用するのは筆者手持ちのTOMIXポイントです。

最初にポイント制御端子から内蔵ポイントマシンソレノイドの抵抗値を測定しました。
測定法は本題に関係ないので割愛します、測定結果は7.4Ωでした。

次に同じく筆者手持ちのTOMIXパワーパックポイント切替出力電圧を測定しました。 測定結果は11.28V、公称12Vの94%、趣味用機器にしても誤差が大きいと思います。

二つの測定結果から、純正スイッチでポイントマシン切替時のソレノイド電流は1.52Aと解りました。数式は使わない約束です、『オームの法則』で計算できます。


2-2.実効電流の測定
『実効電流』って何???ですよね。 他に適当な言葉がなく使ったので説明します。

前項で1.52Aと解ったソレノイド電流、点線の様に半分0.76Aで倍の時間に変えたらどうなると思います?。 持久力部品N車両モーターなら大凡半分の速度で倍の時間走行し、ほぼ同じ距離移動します、つまりグラフ面積に比例した仕事をします。(N車両消費電流は0.2-0.3A、あくまで例え話です念の為) 一方、瞬発力部品ソレノイドはウンウン唸っても鉄芯を引けず仕事をしません、一定以上の磁力がないと切替できないのです。

【実効電流測定実験の様子】
そこでソレノイド電流を変化させながら10回中何回正常に切替可能か試験しました。

結果は上表の通り、0.05A刻みで測定すると1.05Aから切替が怪しくなり0.9Aでピクピクしても一度も正常切替できなくなりました。 つまり安定的に切り替えるには最低1.1Aのソレノイド電流とスイッチON時間が必要な事が解りました。

この実験結果を時間と電流グラフに書き加えるとこの様になります。 電流1.1A以下のグレー領域は、磁力が不足で鉄芯を引寄せられない、仕事ができずに電気を無駄遣いしている領域です。 実際の切り替えに寄与しているのは図のオレンジ色領域の面積です。


ここまで理解していただいて始めてコンデンサ切替法の設計ができる様になります。


ではまた。

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