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整流器(せいりゅうき)とは
May 1, 2017.
「整流器(せいりゅうき・Rectifier)」と言うのは交流を直流に変換するための電子部品です。鉄道模型の世界では長らくセレン整流器が使用されてきましたが、現在ではシリコン・ダイオードが主流です。実物の電気機関車でも1962年(昭和37年)製のED74以降の機関車はシリコン・ダイオードを使用していますし、それ以前にイグナイトロンやエキサイトロンと言った水銀系の整流器を搭載していた機関車も後にシリコン・ダイオードに交換されています。
シリコン(＝珪素)は端的に言ってしまえば砂粒の中に無数に存在しますので、殆ど無尽蔵です。当然砂粒そのままでダイオードになるわけではありませんから、精錬し若干の添加物、と言うか不純物を混ぜて使用するのですが、安価であることには違いありません。シリコン・ダイオードは電圧降下が0.7V程度とこの種の整流素子の中ではいささか大きめなのと、比較的過電流に弱いのが欠点ですが、価格が安いので定格目一杯で使わずに、仮に1Aとか2Aとか程度しか流さない鉄道模型用であっても、100A用や200A用などを使ってしまえば過電流なんか怖くも何ともありません(暴論ですけど)。
セレン整流器が使用されなくなったのは主として大きさの問題と環境対策的な問題があるからです。金属板にセレンを塗布すれば整流器の素片が出来上がりますが、何分にも板を開いたような状態で使う訳ですからかなり設置場所を取ります。1A用のセレン整流器と言うのは、大雑把ですが500A用のシリコン整流器と大差無いような大きさになります。更に、セレン自体は重金属の一種ですから、この種の素材を使うこと自体が決して好ましいこととは言えないからです。但し、セレンは自然界に少量ながら存在している物質ですから極端に目くじらを立てるような筋合いのものでもありません。特に関東地方では富士山が噴火した影響だからなのか、どんな場所でも地質調査をすればセレン、ヒ素、カドミウムはほぼ確実に検出されますから気にしていたのでは生活自体が成り立たなくなります。関東ローム層の地域で地質調査をしてセレン、ヒ素、カドミウムが検出されなかったとしたら、それは単に客土してある場所を知らずに地質調査しちゃったから検出されなかったと言うだけの話です。
鉄道模型用の整流器としては概ね上述の通りですが、鉄道模型以外の世界では亜酸化銅整流器や整流管(整流専門の真空管)も用いられており、実物の鉄道の世界では大容量であることが求められるので回転変流器が使用されています。回転変流器と言うのも少々判りにくい存在ですが、実態としては交流モーターで直流発電機を回していると言うだけの代物です。こうすれば、交流を回転変流器に入力すれば、直流出力を得ることが出来ます。直流モーターで交流発電機を回す装置もありまして、古い電車に使用されている電動発電機がまさしくそのものです。
ブリッジ・ダイオード
Jan 1, 2024.
現在、最も一般的に使われている整流器はシリコン・ダイオードですが、1本づつバラバラに売られているものと、4本を1個のケースに纏めて売られているものがあり、後者は「ブリッジ・ダイオード」と呼ばれます。上の写真は、ブリッジ・ダイオードの一例です。
パワーパックなどに使用されるものは大抵は後者のブリッジ・ダイオードです。4本が1つに纏まっているので配線が簡単であるのと、大電力を扱う回路では上の写真の例のように放熱器(＝ヒートシンク)を取り付けるのに穴があけてあって、取り付けには穴を1個あけるだけで済むから工作しやすいと言うメリットもあるからです。現実的にはブリッジになっていないダイオードをパワーパックに使う理由はほぼ無いと言ってもよろしいでしょう。
「大容量のダイオードを使えば過大電流なんか怖くない」と言うような、大胆不敵なんだか傍若無人なんだか判らないようなことを少し上の方に書き殴ってありますが、実はこの種の100A用とか200A用とかの大電流用のダイオード・ブリッジはヒートシンク(放熱器)に取り付けるためのネジ穴が本体中央に1個開けてある場合が多いです。ヒートシンクとの接触面積も大きく取れる点も好都合です。なんなら1000A級のモノを使った処で、大した価格差はありません。無駄金と言ってしまえばそれまでですが、下手に保護回路に金を使うよりも、容量の大きいダイオードを使って「ちょっとやそっとの過電流ではビクともしない」とやった方が合理的かも。
上の写真のブリッジ・ダイオードの中央の穴は、正しく放熱器(＝ヒートシンク)取り付け用の穴でして、この種のネジ穴は概ねM5とかM6とかのボルト・ナットが使用できるようにしてある場合が多いです。この程度の大きさの部品の場合は「放熱器を取り付ける」と言うよりも、「放熱器に取り付ける」と考えた方が宜しいでしょう。多少の価格差であれば、この種の太いボルト1組で取り付けられるブリッジ・ダイオードを使う方が絶対便利です。もうちょっと小容量のモノになると左右に取り付けネジ穴が2つに分かれて開けてある品物がありますが、あれは間違いなく止めた方が良いでしょうねぇ。取付穴が2つあると言う事は穴あけ加工を2か所しなければならないと言う事ですから工作が面倒になります。
バラバラのダイオード4本をブリッジ基盤に組み上げたものです。基盤の両面にダイオードが取り付けてあり、この基板1枚でブリッジ・ダイオード1個分になります。西澤工業の古いNゲージ用パワーパックに使用されているものですが、このパワーパックの製造時期が古いモノはセレン整流器を使用しています。
蛇足
Jan 1, 2024.
ダイオードをブリッジとして(ブリッジ・ダイオードとして)販売せずに、1本づつバラバラで販売しているモノは、余程小さいか、余程大きいか、製造が古くてブリッジにしていなかった骨董品かの、いずれかの場合が圧倒的に多いです。普通の整流用ダイオードはブリッジのような接続をした上で使うのが極めて一般的なので、最初からブリッジとして販売されているモノの方が好都合だからです。
セレン整流器
Jan 1, 2024.
セレン整流器は、鉄板にセレンを塗布して素子(素片？)を作ります。耐圧は、そのままでは30V程度でしか無いために使い難いので、通常は複数枚の素子(素片？)を直列接続して使います。あたかも放熱器のような外観をしているセレン整流器が多いのは、耐圧を稼ぐために複数の素子を直列に繋いでいるからであって、直流2線式の鉄道模型のパワーパックに使う程度であれば大して電圧が高い訳でもないので、余り大袈裟な形状になる事はありません。
何やら判りにくい物体ですが、同じ大きさの板が4枚重なっているのがセレン整流器です。左端にやや小さい板がありますが、部品実装用の金属板(≒整流器取付板？)が接近して写っているだけです。4枚重ねになっているのは、単純に4枚のセレンを塗布した素片でブリッジを組んでいるからです。概ねセレン整流器と言うのはこのような形状をしています。容量が大きいと単純に大型化したり、おしゃれな人が設計すると素片が円形になっているとか、それだけです。
「セレン」自体がヒ素、カドミウムなどと同様の毒性の強い重金属なので健康被害が懸念されるために、現在では余り使用されません。尤も、セレンもミネラルの一種なので欠乏すると健康を損なう恐れがあります。当然過剰摂取しても健康被害はありますが、関東ローム層の地域であれば富士山が噴火した際にヒ素、セレン、カドミウムなどの混ざった土砂を大量に噴出しているので、今更騒いだ処でどうなると言うモノでもない位、普通に身の回りに存在するものです。日常的に泥や土を大量に摂取したり、セレン整流器を舐めながら生活すると言うような事でもしない限りは余り目くじらを立てるほどのモノではありません。
セレン整流器自体は積極的に使われる事が無くなってから既に50年程度は経過していますので、今からこれを鉄道模型に限らず、何等かの電子機器に使う必要性は皆無です。趣味的な意地を貫き通すためならば話は別ですが、それ以外には敢えてセレン整流器を鉄道模型に使う必要性はありません。
ライト用セレン
May 3, 12017.
「ライト用セレン」もセレン整流器の一種で整流する機能はありますが、整流することが目的で使うモノではありません。電流を一方方向にしか流さないと言う点では普通のダイオードと機能は同じですが、この事を利用して「前進時は点灯するが後退時は点灯しない」と言うような機能を与えてあるものです。簡単に言ってしまえば、ライト用のシングルセレンと言うのはヘッドライトやテールライトに使用する電球にダイオードを1個だけ直列に接続してあるだけのものです。接続する際にヘッドライトとテールライトでダイオードを接続する向きを変えておけば、「前進時は点灯するが後退時は点灯しない」と言う機能が実現します。「ダブルセレン」とはどうなっているのかと言うと、シングルセレンが2個セットになっていると言うだけの事です。
要するに、「ブリッジになっていない1本づつバラバラ」のダイオードを電球の配線に直列に接続すればライト用セレンの内でも「シングルセレン」と呼ばれるものと同じ結果を得ることが出来ます。それならばライト用セレンを使ってパワーパックの整流器として使えるのかと言うと、支障なく使えます。但し、元来が「ライト用」として売られているセレン整流器は小容量のものですから、実用性はかなり低いと言わざるを得ません。少なくとも、ライト用セレンで許容電流を表示して販売していたものがあったかどうか、些か怪しいですからかなり不安は伴います。
前照灯・尾灯用にしてもパワーパックの整流用にしても、手持ち部品の中にライト用セレンが大量に余っているとか言うことでも無ければ、新規に工作する車輛やパワーパックに敢えて使うまでもないと思います。
水銀ガス入り整流管
Jan 1, 2024.
これは以前に販売されていた「水銀ガス入り整流管」で、要するに真空管の一種です。現在では趣味性の特に強い真空管アンプに使われる程度です。手持ちの真空管があるので折角だから写真を載せておきますが、真空管は鉄道模型に不向きです。理由は簡単で、真空管は元来高圧・小電流で動作するものだからです。鉄道模型は最高電圧が12Vと言う辺りからお判りになると思いますが、低圧・大電流で使用するものです。余程オーディオがお好きで、真空管アンプをお使いになっている方が「折角だから鉄道模型の電源も整流管を使う事にしたよ」とかってご友人を煙に巻くとか、それ以外に整流管を使う理由は無かろうと思います。
水銀ガス入り整流管。