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③

前回までポイントマシンと純正ポイントスイッチ使用時の電流波形を解説してきました、ご理解いただけた前提で進めます。 ネット情報に動作原理や工作記事は数多くあれど、信頼性・安全性・設計手法の解説は見当りません。 どうせ始めた講座なら、今後の標準技法になる物にしたいと欲も出てきました、設計手法にはデータがまだ不足しています、今回は信頼性設計を中心に説明します。


第三章:コンデンサポイント切替の動作原理とメリット
3-1.動作原理

動作原理は皆さんご存知だと思いますが、これから採用する方の為におさらいします。

説明図はスライドスイッチになっていますが、実際は2Pトグルスイッチを使います。 この状態にスイッチを切り替えると、電源から電磁石Aソレノイドを通してコンデンサが充電され、その充電電流でポイントマシンを作動させます。 充電完了すると電流が流れなくなるので、トグルスイッチでもソレノイドが過熱する事はありません。

トグルスイッチを切り替えるとコンデンサに充電された電気(正しくは電荷)が電磁石Bソレノイドを通して放電され、放電電流でポイントマシンを作動させます。 電気的には皆さんが理解している動作原理は正しく非の打ちどころがありません。 でも大切な事が抜けているのです、それが今回のメインテーマ信頼性設計です。


3-2.メリット
コンデンサポイント切替の公開情報には2つのメリットが書かれています。
①Pecoポイントを2線で制御でき配線の負荷を軽くできる。
②トグルスイッチでポイント開通方向を表示できる。
①はPecoユーザーだけのメリットです、②は純正スイッチも開通方向を表示します。

露太本線コントールパネルは、左右2chコントーラ中央に本線x3、構内線x7のフィーダーセレクタを設置し、2P&3Pトグルスイッチで左右chまたはオフを選択する方式です。 その間にポイント・腕木式信号機スイッチを一部連動化して置いてますが、ポイント数20以上のレイアウトでは、スイッチスペースと操作性でこの方式は使えません。

本講座開始までコンデンサポイント切替に興味がなく気付きませんでしが(鈍っ)、採用者が多いのはこの例の様にコントロールパネルにポイント切替トグルスイッチを配置し、小型化と操作性向上を両立する事が最大のメリットだと思います。


第四章:信頼性設計
4-1.信頼性への筆者懸念
コンデンサポイント切替に使用されるコンデンサはアルミ電解コンデンサです、低価格、小型で大容量実現可能だからです。 特に1000μF以上の大容量コンデンサは、AC/DC、DC/DC電源出力に使用される事が多いので、その用途向けに設計されています。


★筆者懸念 その1 急速放電特性は大丈夫か?
一番身近な電源ACアダプターを例に説明します。 ACコンセントに差した瞬間から出力に含まれるリップル(直流に重畳された交流分)を吸収する役割のアルミ電解コンデンサは急速充電に非常に強い部品です、その様に設計されているからです。


一方、急速放電で使うカメラフラッシュ用コンデンサは用途に合わせた専用設計です。 アルミ電解コンデンサの急速放電耐性は、製造メーカー向け納入仕様書に記載されているハズですが公開資料には載っていません。 部品保証範囲外の使用ならば信頼性を損ないます。 筆者経験からすると多分大丈夫、しかし確認できないので注記しました。


★筆者の懸念 その2 最初に壊れるのはコンデンサ
トグルスイッチをへし折る力で操作したり、ポイントマシンをとんでもない高電圧で作動させない限り、最初に寿命を迎え壊れるのはアルミ電解コンデンサです。 ポイント切替システムの寿命を決めるアルミ電解コンデンサの信頼性を高くするべきだと思います。


4-2.アルミ電解コンデンサ信頼性向上策
★部品選定で可能な信頼性向上
一番使われそうな2200μF/35Vを例に秋月電子通商リストから2種例示します。
①(通常型)アルミ電解コンデンサ・・・皆さんが選ぶ部品、安いですから。
・商品コード:P-08427
・仕様:2200μF 35V 105℃
信頼性保証時間:2000H
・価格:60円/個
②電源用アルミ電解コンデンサ・・・筆者お薦め
・商品コード:P-02723
・仕様:2200μF 35V 105℃
信頼性保証時間:10000H
・価格:100円/個
信頼性保証時間とは、この時間経過後の初期値からの劣化を示す仕様で、それ自体が寿命ではありませんが、価格は1.7倍、寿命は5倍と考えて良いと思います。 ACアダプター出力用として使用頻度が低い安物は①、そうでない物は②を使用しています。


★配線法で信頼性が大きく変わる
ヘビーユーザーが1時間/日レイアウトに通電(運転ではありません)する仮定で約6年で2000H、実力余裕を加えても10年前後で寿命リスクが高まります。 でも、チョットした工夫で信頼性を大きく向上する秘策があります。

上記の良くある線路配置、本線と待避線のある駅です。 左右のポイント配線を信頼性に配慮して行う人はまず居ないと思います。 筆者がコンデンサポイント切替を使うなら、本線定位側が放電側になる様に配線します、放電時は寿命カウンター停止だからです。


設置後でも定位が充電側なら、マシン配線を入れ替え、トグルスイッチを180度回転させれば放電側に変わります。 通電時常に寿命カウンターが進むか、待避列車で反位に切り替えた時だけ進むか、その差は10倍以上あるのではないでしょうか? これをやるだけで電解コンデンサとレイアウト、どっちが先にくたばるか(笑)になると思います。
 
解り易く、かつ正確で役立つ情報発信を優先すると手間がかかります。 今回はここまでとし、安全性は次回にします。 コメントお待ちします。


ではまた。

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