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。

高機能電源⑯速度計の設計検証

オペアンプ固体差による三角波振幅とH/Lレベルのバラツキが解り、KATO蒸機の常点灯特性も明確になりましたので、速度計表示への影響確認が必要になりました。

【中山平駅構内】


★速度計への影響確認と判断
1.検証目的と条件
高機能電源9速度計の設計のシミュレーションで常点灯未調整および低電圧調整すると、速度計が上昇しても走行開始せず精度も悪く実用外になると解りました。 従って高機能電源は常点灯調整して使う前提で設計検証を進めます。

検証目的は三角波バラツキ影響と、常点灯電圧が低い蒸機とその他の車両との差異の2点です。 三角波バラツキは10個の実験結果からその両端に近い上記2条件にしました。 常点灯電圧、走行開始電圧は蒸機0.7V/0.8V、その他1.5V/2.0Vを使います。


心臓バクバクです、速度計実用化に三角波調整回路が必要かもしれませんし、車種選択がEC/DC、EL/DL、SLの3切替必要になり、設計やり直しも想定されるからです。


2.各タップ最高出力電圧
最初に一番気になる各タップ最高出力電圧を検証しました。 三角波バラツキでTEST1/2差が1V以上ならタップ基準電圧の意味がなくなり、再設計するしかありません。

タップA
TEST2は常点灯調整電圧が低いSLのみ12Vに少し達しませんが、他は若干の余裕で12Vに達します。 TEST1は全て12V、ダイヤル制御通常方式に例えれば目盛9.5-10は変化なしの飽和状態です、ただし高機能電源は飽和状態でも速度計が上昇します。 最高ノッチで12V出力が必要な場合はタップA選択が必須です。
タップB-E
中高速域8-11Vでは、三角波バラツキが各タップ最高出力電圧0.4-0.5Vの差として表われます。 無視できる値ではありませんが、最大0.5Vの幅に収まるなら最初からやり直す必要はないと判断しました。 まずはホッと一息です。
タップF-H
低速域5-7Vでは、三角波バラツキが各タップ最高出力電圧0.2-0.3Vの差に収まるので許容できると思います。

なお、高機能電源タップ回路はA:12V~G:6Vで設計を進めて来ましたが、回路変更せずにR59/2.7kΩとR60/10kΩ間に新たにタップH:5Vを設けて検証条件に加えました。


3.各タップ最高速度(実速換算値)
前項最高出力電圧を車両最高速度に置き換えます。 EC/DCとEL/DLはギア比により、EL/DLとSLは常点灯調整の違いにより、同じ電圧でも速度が違います。

三角波バラツキが最高出力電圧の差となり、EC/DCは4-12km/h、EL/DLは3-8km/h、SLは3-7km/hの最高速度差として表われます。 最大±3%未満に収まるのでOKとします。 具体的には、E:8V割り付けノッチのEC/DC最高速度が、Aさんの電源は147km/h、Bさんの電源は152km/h、Cさんの電源は155km/hという違いなので問題ないと思います。


4.各タップ速度計表示
前項最高速度時の速度計表示を検証します。 俯瞰して鑑賞するレイアウトでは感覚的に約80%の速度に見える事を念頭にご覧ください。

タップA
TEST2のSLを除き出力電圧は12Vで飽和しますが、Vcomp分圧方式の速度計は飽和しません、その結果TEST1/2は同速度なのに速度計表示が約10km/h違ってしまいます、またTEST1のEC/DCはオーバーレンジで速度計表示は1になります。
TEST1/2比較
前項表と一緒にTEST1/2を比較するとほぼ完全に速度計表示差が一致します、例えば、
・EC/DC D:9V:最高速度180km/hと171km/h、表示速度148km/hと139km/h
・EC/DC F:7V:最高速度130km/hと123km/h、表示速度110km/hと103km/h
・EL/DL E:8V:最高速度108km/hと103km/h、表示速度92km/hと86km/h
・SL F:7V:最高速度92km/hと87km/h、表示速度82km/hと77km/h

次に速度計表示が感覚速度に合ってるか確認します、最高速度と速度計表示の比を取りました。 TEST1/2比較で三角波バラツキ影響は少なく、SLの非現実的高速域でEL/DLと差が大きくなりますが、実用低速域は合っており80%-91%なのでOKとします。


以上の結果から、三角波バラツキは最高出力電圧と最高速度に影響を与えますが、速度計表示には影響を与えない事が解りました。 常点灯調整を行えば十分に実感的な速度表示により運転を楽しむ実用性があり設計やり直し不要、ヤレヤレです。


5.設計検証をして感じた事
最高ノッチはタップB:11Vが良い
絶対に12Vが必要でない限り、最高ノッチはタップBが良いと思います。 最高出力電圧11.1-11.6V、EC/DC/SLは非現実的速度まで、EL/DLも実速換算値150km/h以上出ます。 速度計オーバーレンジがなく精度も高く、他ノッチとの繋がりも良くなります。
ノッチ数は5でも良い
速度計動作確認と評価でE-231系を調べた際、最高ノッチが5である事を知りました。 新型車両が5ノッチなら電源が5ノッチでも良いハズです、選択肢が多いのは良い事ですし、6ポジションロータリースイッチのポジション数変更も不要になります。

【新お薦め仕様制御特性】
そこでノッチ数4前提のお薦め仕様A/B1/B2提案を統合し、新お薦め仕様11V/9V/8V/7Vの4ノッチ、及び6Vを加えた5ノッチを提案します。 特性は上図の様になり、5ノッチ化のロータリースイッチB側は抵抗なしでノッチ1/2を直結します。

【新お薦め仕様各ノッチ最高速度】・・・実速は更に速く速度計表示です
最高ノッチは急加速/高速走行用です。 他ノッチはONのまま定速走行にも使える仕様で、現実的速度域で様々な運転パターンを楽しめると思います。


筆者仕様は更に低速にしたい
従来線で重連貨物列車運転時、現在の3ノッチ9V/8V/7V電源は高速過ぎて登りでノッチOFFするなど速度調整が面倒で、4ノッチ化し6Vを加えました。 でも想定25‰の峠越えを力行また力行でループトンネルから出る速度が66km/hはまだ高過ぎます。

【『保存蒸気を訪ねて②』より転載】
1963年、八ヶ岳の裾野を見渡す飯盛山から33‰勾配に挑むC56を見た事がありますが、上る煙の進行速度は非常に遅く、恐らく40km/h出てるかどうかだったと思います。

【改訂筆者仕様制御特性】
そこで4ノッチを各1Vシフトし8V/7V/6V/5Vに変更する事にしました。 50km/h強はまだ速いかもしれませんがより実感的になります。

【改訂筆者仕様】
DC125km/hも夜行急行牽引DD51の89km/hも十分な速度です。 筆者の場合は実験用に12V予備電源があるので、運転専用に割り切りました。


ではまた。

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