スライドトランス使用のパワーパック
Jan 12, 2007.
目次
- 構想など
- パワーパックの構想
- パワーパックの回路構成
- 部品配置と操作部の意匠
- 配線用のコード(電線)について
- 工作する
- ケースの加工
- レタリングをする
- 部品の取り付け
- 配線する
- その後
- 保護回路のこと
- ツマミを取り付ける
- 松永製作所に関する追記
- FAQ
鉄道模型用のパワーパックを自作する話です。速度調整には松永製作所製のMT-105型スライドトランス(＝単巻摺動変圧器：たんまきしゅうどうへんあつき)を使います。市販のパワーパックも多数販売されていますからそれを買ってきても良いのですが、不満に感じる箇所があるので自作したような次第です。但し、パワーパックは普通の汎用・家庭用？の工具があればそんなに苦労せずに自作できますから、思い悩む程のことでもありません。
私自身は現在ではOn30ゲージ(≒Oゲージナロー)のようなナローゲージ専業？に近い立場を取りますが、この自作パワーパックがナローゲージ専用という訳ではありません。普通の、最高電圧が直流12Vの鉄道模型だったら、どんなものでも大抵は使用できます。出力電流の制約はありますから複数のモーター付きの動力車が編成中に多数連結されているようなものには使えないですが、消費電流が少ない分には差し支えはありませんのでNゲージやOナロー、Oゲージなどでも全く支障なく使用出来ます。その一方で、交流で走る鉄道模型用の、メルクリン方式の電動逆転機や、ライオネル方式のEユニットの動作を面倒見てやるような回路は搭載していません。その種の回路を追加すれば、メルクリンやライオネルなどの交流・三線式の鉄道模型でも問題なく使用することができます。
その昔の、鉄道模型趣味誌の1974年6月号(313号)に、編集スタッフだった赤井哲郎氏により松永製作所のMT-105と言うスライドトランスを使ってパワーパックを自作すると言う記事が掲載されています。この記事に出てくるMT-105と言う製品は今でも現役製品として販売されているようですが、この種の比較的単純なトランスの構造や原理は大昔に確立されているので発売開始以来40年、50年と言う年月が経過していても不思議ではありませんし、この製品の完成度が発売当初より高かったと言う証拠でもあります。この「MT-105」と言うスライドトランスを使って、私もパワーパックを自作しようと言う話しです。
実はこの記事を読んだ直後に「いつかはパワーパックの自作をする際に使おう」と思ってMT-105自体は買ってあり、着手までに30年以上も構想を温めていたというのですからなんとも気の長い話です。序でに書けば、30年放置していきなり通電してもビクともしないのですから、松永製作所のこの製品はトンでもなく優秀であるとも言えます。もう一つ序でを書くと、この記事の前哨戦的な「忘れられていたスライダックの良さに脚光を! スライダック制御」と言う記事が、これも赤井哲郎氏の手により1966年10月号(220号)のTMS誌に掲載されています。この種の単純な素子は実際に長持ちするし、記事を読んだ本人の記憶も長持ちしてくれるものです。
パワーパックの回路方式としては大昔にはレオスタットによる抵抗制御方式があり、近年はトランジスタなどの半導体を使った電圧制御方式が主流のようです。レオスタットが主流だった時代にはこれは高級志向のパワーパックに使用されるような部品であって、普及価格帯のパワーパックではカツミ模型店から販売されていたタップ式のパワーパックのように段階的にしか電圧を変えることが出来ないモノとか、カワイモデルのパワーパックのように最低電圧が4Vからと言うモノとか、、、スライドトランスを使ったパワーパックにはロクなものが市販されていなかったと言う印象を禁じ得ませんので、僭越ながらもう少し気の利いた代物を自作するつもりで工作したのが本コンテンツのパワーパックです。
尤も、TMS誌如きにはレオスタットの正しい使い方なんて説明できるだけの見識を持った筆者もスタッフもいないので仕方が無いからスライドトランスに逃げただけでしょうから、それに追従して一緒に敵前逃亡？するようなコンテンツを書くことに忸怩たる思いが無くは無いですが、、、。まぁ、スライドトランスを使うのが最短の逃げ道に違いはありません。
なお、スライドトランス(＝単巻摺動変圧器：たんまきしゅうどうへんあつき)のことを一般に「スライダック」と呼びますが、東芝の登録商標だった筈です。東芝製品以外のものを使うのに「スライダック」と呼ぶのは誤りです。このパワーパックに使ったのは松永製作所の単巻摺動変圧器であって、東芝製の単巻摺動変圧器ではないですから(このパワーパックには)スライダックは使っていないと言うことです。尤も「スライドトランス」と言う呼び方は東京理工舎の製品の名称です。山菱製品だとボルトスライダー、松永製作所の呼称はスライドレギュレータだったか？、余り拘り過ぎると収拾がつかないので、本稿では「スライドトランス」で押し切ります。
このパワーパックの設計上の最高電圧は直流12Vです。
このパワーパックを仕様変更せずに、Zゲージのように最高電圧8Vの鉄道模型に使う事は不向きです。
パワーパックの構想など
パワーパックの構想
Jan 12, 2007.
松永製作所のMT-105と言うスライドトランスの定格容量は50VA(＝100Vで0.5A)ですから、定格50W以下のパワーパックを自作することができるわけです。普通の鉄道模型用のパワーパックの最高電圧は12Vですから50Wのパワーパックを自作するのだとすれば約4.17A(50W÷12V≒4.17)の出力電流を確保できると言うことです。このスライドトランスと別のヒータートランスを組み合わせて電圧調整をすることが、本パワーパックの最大の特徴です。
電力とは、電圧と電流の積ですから、同じ電力でも電圧を上げれば電流は減少し、電圧を下げれば電流は増加します。上述の通り定格容量は50VA(＝100V×0.5A)ですから、古いパワーパックにありがちな最大電圧が16Vとすれば、3.125Aまで流せるパワーパックが作れます(16V×3.125A＝50W)。Zゲージ専用に最大電圧8Vに抑えれば6.25Aまで流せるパワーパックが作れます(8V×6.25A＝50W)。出力電圧を1/2にすれば出力電流は2倍になる、しかし電力自体は同じと言うことです。
私の場合はどちらかと言えば低速ノロノロ運転派ですし、普通に本線をびゅんびゅん走らせるような車輛も持っていないわけでは無いですから、パワーパックの最高出力電圧は12Vが適当です。それほど消費電力の大きい車輛も持っていませんので最大出力電流は2Aもあれば充分ですが、折角50VAのスライドトランスを持っているのに24W(＝12V×2A)分しか使わないのでは勿体ないような気がするので出力電流は3Aとします。4Aにも出来ますが、いわゆるヒータートランスと呼ばれるこの種の低圧トランスで出力が4Aのものは滅多に見掛けないので探して来るのが面倒ですし、5A用を流用するとなると3A用よりもかなり大型になってしまいます。
そんなこんなで回路構成やらは、私の深層心理の思い入れに対して忠実に決めてあります。客観的には科学的ではない箇所が多いですが、この辺りを好き勝手に、自分の思い入れに従って回路構成を決められるのも自作パワーパックの利点と言えます。「＊＊ゲージ専用」として作ったわけではありませんが、Nゲージ用パワーパックと考えた場合には些か過剰性能(出力電流の余裕が多過ぎる)かも知れません。また、Zゲージのように最高電圧が8Vまで、と言うような場合はモーターを焼き切らないように注意する必要があります。
但し、実際に得られる整流出力(＝交流を直流に変換した後の出力)はトランスに表示してある出力電流値(＝交流出力)の0.7倍程度に減少しますから、或る程度は勘案する必要があります。
パワーパックの回路構成
Jan 12, 2007.
上の回路図のような単純な回路です。普通のパワーパックと違うのはスライドトランスT1の他に、もう1個のヒータートランスT2を使い合計2個のトランスを使っていることと、出力が3系統有ることです。トランスを2個使っているのは一方がスライドトランスだからです、、、と言うのも変な表現ですが、普通に販売されているスライドトランスの定格は入力が0～100V、出力が0～100V、ないしは0～130Vと言うような規格のものばかりで、これをそのまま整流するわけには行かないからです。
交流100Vを全波整流して最大定格12Vの模型の車輛を走らせたのでは、結果は考えなくても想像が付きますし、一旦直流にしてから電圧を下げるよりも、交流のままの状態で電圧を下げる方が話が簡単だから、敢えて重くて大きいトランスを2個使っているわけです。私が自作したパワーパックだからこのような回路になったのではなくて、MT-105のような小型のスライドトランスをそのまま使ってパワーパックを製品化すれば、どんなメーカーの製品でも私が考案した回路と似たような回路のパワーパックが出来上がります。偉そうに「考案したんだ!!」「自作したんだ!!」と大見得を切る程の代物でもありませんけど、、、。
出力が3系統あるのは普通の直流出力の他に、電圧は変化するけれども極性は変わらない直流出力と、交流出力を持っているからです。「電圧は変化するけれども極性は変わらない直流出力」と言うのはリバース区間用であり、交流出力の方はなんと言うか、まぁ、実験用ですね。日本の電力会社から家庭用に供給されている交流100Vは正直な処電圧は怪しいのですが、周波数は極めて正確なので可変電圧の交流出力を持たせておけば50Hz専用・60Hz専用の低周波発振器もどきとしても使えなくはありません。
1番目に家庭用のコンセントに配電されている交流100Vを松永製作所のMT-105型スライドトランスで降圧します。これをT1とします。T1の入力電圧は100Vで固定、T1での出力電圧の変化の幅は0Vから100Vの範囲で可変となります。
2番目に，MT-105で降圧した電力を、別のヒータートランスT2で再度降圧します。一旦T1のスライドトランスを通っている電力を取り扱うのですから、T2の入力電圧は0Vから100Vの範囲で可変、出力電圧は0Vから12Vの範囲で可変となります。
3番目に、ダイオードブリッジD1で整流します。T1、T2、の出力は交流ですが、ダイオードD1を使って普通の直流二線式の鉄道模型用に全波整流して直流とします。これ以降と言うか、ダイオードを出た以降は直流になります。回路図で言えば、ダイオードよりも右側は直流が流れることになります。ダイオードの回路記号が4つ書いてありますが、この4つを一体にまとめたものがブリッジ・ダイオードです。少々電圧降下が大きく、この部分で約1.4V下がります。この点が難点と言えば難点です。
4番目が逆転スイッチで、普通の6P(双極双投)のトグルスイッチです。これをS2とします。逆転スイッチを2個使って一方をリバース区間用としたかったのですが、ケースのパネル面積の関係で断念しました。ケースを大きくするとかスイッチを小さなものにするとか、解決策は無くは無いですが、そのどちらもしたくなかったので少々不本意ですが、逆転スイッチは1個のみで手を打ちます。
これ以外にも色々と部品が取り付けてありますが、全て安全上の配慮や、使い易さを慮って用意したものです。上述のT1、T2、D1、S2だけをベニヤ板の上に取り付けた、と言う程度でもパワーパックとしては機能しないことはないですが、あくまでも使って使えないことは無いと言う程度です。
以下、順番に検証して行きます。
まず、トランスはT1とT2の2個を使わなければならないのは、実は本パワーパックの弱みでもあります。「定格容量が50Wで、1次側入力が100V、2次側出力が0Vから12V」と言うようなスライドトランスが普通に入手できるのであれば、これは非常に便利で好都合ですが、この種のスライドトランスは普通には市販されていません。面白くありませんが、このパワーパックのようにスライドトランスT1と、ヒータートランスT2と、トランスを2つ使う方式となります。
もう一つ、この種のスライドトランスは1次側と2次側が絶縁されていないので、別途、ヒータートランスT2を入れておかないと感電する可能性があるので、そのための安全対策でもあります。大昔のカワイモデル製のスライドトランスを使用したパワーパックはちゃんと1次側と2次側の配線が独立していて感電の可能性は無いようにしてあって、流石に製品として売るだけの配慮はしてあるものだと感心した記憶があります。どうなっていたかと言うと、ロの字型コアに1次側と2次側のコイルを独立巻き線にしてあったと言うことです。電圧調整は2次側のコイルを擦っているのですから、判り易いと言えばまさしくその通りです。
前述のように普通に市販されているスライドトランスの定格出力電圧は0～100Vとか、0～130Vが大部分で、2次側が12V程度と言う製品は出回っていないようです。安全面を考え併せると、トランスを2個使用した処で値段が高くなるのと、装置が大型化して重くなると言った程度ですので軽く目を瞑ります。
スライドトランスT1は既述の通り松永製作所のMT-105と言う製品です(写真右側)。もう1個のT2の方は豊澄電源機器製のHT-123と言うヒータートランスです(写真左側)。このトランスだと3Aまでしか流すことが出来ないので、MT-105との組み合わせではちょっと役不足なのですが、一回り規格が上で5A流せるHT-125と言う製品だと定格60W(＝12V×5A)となってしまい過剰性能なのでこれはダメです。それでは間を取ってHT-124と言う機種を使えば良いか、、、と言うとそう言う製品の設定が無いのでこれまたダメです。ケースの大きさとの兼ね合いもあって、HT-123が丁度良い処です。
なお、このパワーパックで使ったHT-123型トランスは36W型で取り付けはM4ビス2本使用ですが、これより容量の大きい5A仕様のHT-125型(＝60W型)や、同じ3A仕様でも2次側電圧の高いHT-163型(＝48W型)の取り付けはM4ビス4本仕様となり、取り付けは相応に面倒臭くなります。ビス4本止めの方が、トランスの唸り音防止と言う観点からは望ましい事ではありますけどね。
この種のT2のようなヒータートランスの出力電流は、普通は0.5A、1.0A、2.0A、3.0A、5.0Aのようになっています。「なっています」と言うか、このような品揃えにしてあるのが普通です。明確な理由は知りませんが4.0Aの品物は見掛けた記憶がありません。「商慣習です」と言えばその通りでしょうし、余りにも品揃えが細かくなっても意味が無いからと言う事でもありましょう。「細かく出力電流ごとに商品設定をした」としても、在庫管理が大変になるだけで営業的な利益には先ず繋がらないでしょう。仮に出力電流が4.0Aのヒータートランスをカタログに載せている製造会社があるとすれば、それは何らかの理由で特注を受けた品物が大量に余ってしまったから在庫処分の手段としてカタログの載せたと言う程度の理由しか思いつきません。
整流にダイオードブリッジD1を使うのは、本音を言うとこの箇所での電圧降下が1.4Vあるので少々気に入らないのですが、この際、その種の欠点は無視することとします。使用するダイオードはブリッジ・ダイオードであれば何でもかまいません、、、と書いてしまうと乱暴ですが、ダイオードは電気的には余り丈夫ではない方なので十二分に大きめの定格のものを選んでおけば宜しいし、価格はかなり安いものなので過剰定格なんて言葉は一切忘れて定格の10倍、20倍の容量を持つモノを買ってしまえば、なにも思い煩わないで済みますから素人の部品選択は気楽です。
本機に使用したのはKBPC2504と言うブリッジ・ダイオードで、定格400V・25Aのものです。端子の形状が独特ですが、これはいわゆるファストン端子を使うのが前提だからです。実際にはハンダ付けして配線しますので端子形状のことは気にする必要はありません。此処まで定格の大きいブリッジ・ダイオードの方が概ねネジ1本でシャーシに固定出来るようになっているので、取り付け方の点でも放熱面でも面倒が無くて好都合です。
なお、ブリッジ・ダイオードでの1.4Vの電圧降下がどうしても許せないのであれば、センタータップ整流用のヒータートランスを買って来ればダイオードはプラス側とマイナス側にそれぞれ1個づつ、合計2個しか使わないで済むので電圧降下も0.7Vで済みます。そこまで拘らなくても良かろうと思うので私はあっさり1.4Vの電圧降下に目を瞑ってブリッジ・ダイオードを使っています。
電源スイッチS1も逆転スイッチS2もNKKスイッチズ(日本開閉器)製のS-300系と言うトグルスイッチです。具体的な型番は逆転スイッチS2はS-333、電源スイッチS1はS-332となります。見掛けは全く同じ6Pのスイッチですが、逆転スイッチに使う方S-333の方は中立OFFあり、電源スイッチに使うS-332の方は中立OFF無しです。電源スイッチS1の方は手持ちの関係で6Pのものを使っていますが、新規に買い求めるのであれば単なる2Pのスイッチで充分です。
以前買い求めた品物は、切り替え動作の際になんとなく引っ掛かりを感じるので少々不満でしたが、今回使ったものはその辺りは大幅に改善されているようです。それでも、単に操作時の感触と言う点では、普通のラッキョウを引き伸ばしたようなスイッチノブの形状になっている単なるトグルスイッチの方が一日の長があります。
本来はこの系列のスイッチは交流専用のスイッチなのパワーパックのような直流回路に使うことは拙いのですが、低圧・低電流の回路なので、気づかないふりをしてこのまま使います。スイッチ自体の定格は交流125Vで25A、交流250Vで15Aです。定格出力3Aのパワーパックに使用するには、先ずは過不足は無いでしょう。
この種のスイッチ類で直流用と交流用の区別があるのは、直流回路ではスイッチの接点が開閉する際にアーク放電するのでそれに対する対策をしてあるか無いか、と言う理由からです。本コンテンツの様な定格36W(＝12V×3A)程度のパワーパックでは大したアーク放電が有るわけでもないから無視しても良かろうと言うことです。あくまでも、自分で作って自己責任で使うパワーパックですから、この程度の些細な危ない橋は正面突破してお終いですね。
石橋は叩いて渡らずとも「石橋が崩れる前に渡り切ってしまえば十分だ」と言うことになります。
ネオンランプL1はサトーパーツの製品です。いわゆるパイロットランプとして使用するモノですが、スライドトランスT1以降は常時電圧が上下するのでそれ以前の場所、なおかつ電源スイッチスイッチS2以降の場所でなければ意味がありませんから、回路的にパイロットランプを接続できる箇所は1カ所に限定されます。色は私の好みもあって緑色です。まぁ、赤だってオレンジだって、なんだって構わないですね。このネオンランプL1には常時交流100Vが掛かってますから、配線には相応の注意は必要です。
普通のレオスタットを使う方式や、トランジスタを使って電圧制御をする方式のパワーパックでは抵抗入りLEDをパイロットランプとして使うことも可能ですが、前述の通り本パワーパックではスライドトランスT1以降は常時電圧が変化しますからパイロットランプはT1以前の常時交流100Vが掛かっている場所にしか配線できませんからネオンランプを使用するのが適当です。
形状はパネル表面に飛び出す部分が丸くなっています。飛び出す部分が四角いものもあるのですが、ちょっとでも角度がずれると非常に見苦しくなります。意匠上の問題でどうしても四角いものでなけらばイヤだ！と言うことであれば仕方がありませんが、そのような理由が無いのであれば、丸いランプの方が無難です。丸い形状なのだから取り付け角度が何度ずれようが、外観には何ら悪影響が無いからです。
保護回路はヒューズF1と、サーキットブレーカーB1の2カ所です。ヒューズの方はトランスに入る手前に入れておきます。市販されている安物の胡散臭いパワーパックだとこの辺りは省略されていますが、電源トランスの1次側に保護ヒューズを入れないと言うのは横着し過ぎです。スライドトランスT1の前に入れなくて良いのかと言うと、そこはそれ、多少の横着は許しちゃいますのでヒューズF1だけに依存してしまっても良かろうと言うことです。
サーキットブレーカーB1(写真右)の方はIDECと言うメーカーの製品で、NRF10型と言う製品です。もっと大電力の交流100Vの回路に使うようなサーキットブレーカーならば相当に多くの製品が出回っていますが、このパワーパックのような小型の装置に使う程度の部品としては秋葉原近辺の部品店に出回っているのはIDECと日幸電気と、この2社程度でしかありません。最近は半導体で保護回路を組む回路設計が一般的ですが、サーキットブレーカーは単純明快なので以前から好んで使用しています。
ケースはタカチ電機工業のUC18-10-24DDと言う機種です。上下カバーがアルミ製で板厚が3mmと堅牢感が高いこと、前後のパネルはアルミの単なる1枚板で折り返し・折り曲げ加工をしていないので加工が容易であること、縦横比のバランスの良い形状であること、などの点からこの製品を選びました。出来が良いだけ相応に高額で、買い値は5000円を超えていたと思いますが、パワーパックの様に耐用年数の長い装置の外装には使用途中で嫌にならないで済むようなしっかりした品物を選んでおいた方が良いと思います。なによりもタカチ製品はデザインも品質も秀逸です。
ケースと同様に回路図には出てきませんが、出力端子はいわゆる「バナナターミナル」です。なんでこんなものが「バナナ」と関係があるのか、と言うと、このターミナルの相方となるプラグの方が食べ物のバナナを真っ直ぐに伸ばしたような形状をしているからです。チップジャックと呼ばれることもあります。
白・黒・赤の3色がありますが、交流出力は白-白、直流出力の方は赤-黒の組み合わせで使用します。もっとも、パワーパックの直流出力端子は頻繁に極性が変わるのが大前提ですから赤がマイナス極になったり、黒がプラス極になったりといった怪現象は頻繁に発生します。こればかりはどうにもならない話ですね。
部品配置と操作部の意匠
Jan 12, 2007.
パワーパックに限りませんが、自作するのであれば「絶対にこの部品を使わなければダメ」と言うことはありません。入手した部品を元にして現物合わせ的に意匠決めて行くこととなります。電気製品メーカーとして生産するのであれば部品の代金が10円も20円も違ってしまっては大事件ですが、自作する程度の生産量であれば気に入った意匠のものを気まぐれに買い付けてしまって、部品代金が1000円高かろうが2000円安かろうが大した問題とはなりません。
なによりも、部品選びはパワーパックに限らず電子工作の一番楽しい作業の一種ではありますが、設計した人間(＝自分自身)の美的感覚の優劣が一目で判ってしまう作業なので一番怖いとも言えます。そのようなわけで、加工図面のようなものはお見せしませんが、設計する際に何を留意したか、、、と言うようなことを書きます。大体、加工図面なんて描かないで作ってますし、配線図だってこのサイトにアップしない限りは必要性が無いですから(脳内配線図で用が足りる程度の回路です)。
このパワーパックはトランスを2個使いますが、1個(スライドトランスT1)は前面パネルに取り付けます。当然、装置全体の前方に重心が来ますので、もう1個のトランスT2はいささか後ろ気味に取り付ける必要があります。但し、余りに後ろにし過ぎると後部パネルに取り付ける出力ターミナルと支障しあうことになりますから、その辺りの兼ね合いを見極めながら場所決めをます。
運転中の操作に必要な部品類は、全て前面パネルに集中させます。出力ターミナルなどは一旦結線を済ませてしまえば運転中に手を触れる必要はありませんが、逆転スイッチ、電圧調整用のスライドトランスT1のツマミ、サーキットブレーカーの操作部などは、全て前面に取り付けます。サーキットブレーカーと言うのはショートさせないまでも、何らかの弾みで簡単に動作するしちょっとした過電流でも動作して回路を保護してくれないと困るわけですから、言い方を換えれば簡単に解除できる場所に無ければ不都合なわけです。
純粋に意匠的な問題ですが、スイッチ類やツマミ類などは前面パネル中央か、ないしは中央よりもやや下側に取り付けないと、なんとなく不安定な意匠になります。スイッチ類やツマミ類を1列に整列させてしまう配置にする場合は、もうちょっと高さの低いケースでなければ間の抜けた意匠になりがちです。
配線用のコード(電線)について
Feb 2, 2007.
鉄道模型をなさる人は妙に細い裁縫用の糸みたいな電線を使いたがります。Nゲージの入門セットなどに付属しているコード(電線)が相当に細いので、単に右へ習えしているだけかもしれませんが、あれはNゲージの車輛は単に小電流で走る車輛が大部分だからコード(電線)も細いだけのことです。前提条件の違う(消費電力の異なる)他のゲージで、コード(電線)の細さだけを真似することは、無意味である以前に猿真似以下の所行です。
この自作パワーパックの配線に使ったのはVSF電線と言うもので、耐圧300VのホームセンターやDIY店などで普通に売られている単なるビニール電線です。意外な処で「オートバックス」や「イエローハット」と言った自動車用品屋さんでも結構出回っています。低圧で比較的大電流と言う点では、自動車の内部配線も鉄道模型も似たようなものですから材料入手先としては好都合です。
VSF電線は耐圧が300Vと低い割には必要以上にビニール被覆が厚ぼったく、耐熱性と言う点では60℃までですから比較的低温で被覆が溶け出すので「大変使いやすい」とはお世辞にも言えません。その代わりに、どんな場所でも簡単に入手出来るし、使い慣れればどうにかなるのでこの電線で行きます。価格は.0.75スケアとか、1.25スケア程度で高くても1m辺り60円止まり、安ければ1m辺り40円台で購入できます。
太さが違えば許容電流も違うのはVSF電線に限りませんが、一般に入手しやすい太さの電線の許容電流値は概ね次の表の通りです。
| 0.5sq (外径φ2.5) |
0.75sq (外径φ2.7) |
1.25sq (外径φ3.1) |
2.0sq (外径φ3.4) |
|---|---|---|---|
| 5A | 7A | 12A | 17A |
普通のパワーパックの内部配線に話を限定すれば、この4種類を使い分ければ充分でしょう。もうちょっと極端に言えば、0.75スケアと1.25スケアの2種類だけでも充分に賄えると思います。2.0スケアともなると、流せる電流は多くなるものの、配線に使用するハンダ鏝の熱量がかなり大きくないと作業しにくくなるからでもあるからです。なお、「スケア」と言うのは「スクエア」が訛った言葉で、平方ミリメートルの意味です。「コンマ75スケアの電線」と言えば、「断面積が0.75平方ミリメートルの電線」と言う意味です。もうちょっと乱暴な呼び方をする人になると、「2平方ミリメートルの断面積を持つ電線」のことを「2スケの電線」と呼んだりします。
工作する
ケースの加工
Jan 12, 2007.
ケースの加工は基本的には丸穴を開けるだけですので、全部ボール盤で加工します。特に、板厚の厚い下側カバーにはトランス用の取り付け穴とブリッジ・ダイオード用の取り付け穴を合計3カ所あけなければならないのでボール盤か電動ドリルを使わなければ少々辛いです。前面・後面パネルは板厚が薄いのでこちらはハンドドリルでも大した苦労は無いと思いますが、大して高い工具でもないのでお持ちで無ければ電動ドライバードリルを購入なさることをお勧めします。私は勤務先にボール盤があったので拝借しましたが、たった1台だけのパワーパックを自作するに過ぎないので、単なる電動ドライバードリルでも全く支障なく作業はできます。
ハンドドリルだけで工作する場合は、最大の難関は下側のカバーの3カ所の穴ですから、これを減らす工夫をします。例えばブリッジ・ダイオードは後面パネルに取り付けるようにするとか、ボルト1本だけで取り付け可能なトロイダルトランスを使う(＝穴加工が1カ所だけで済む)とか、専用オプションのシャーシを買い求めてカバー自体への加工は避けるとか、板厚のある箇所への工作を減らすように工夫する余地は幾らでもあります。普通でしたらケースの上下カバーへの穴加工をすると言うことはしないのですが、このパワーパックに使用したタカチのUC18-10-24DDと言う製品は板厚は3mmあるもののあくまでもアルミ製なので強行します。電動工具が無くてケースのカバーが鐵板製やステンレス製でしたら、間違いなく穴加工を思いとどまった方が良いでしょう。
ケースやパネルを加工する際にはどうしても傷を付けがちなので、部材表面は十分に養生します。穴加工するからには部材自体に穴位置を印す必要がありますが、部材にメンディングテープやマスキングテープなどを貼った上で穴位置を印すとか、穴位置を記入した原寸大図面を再剥離可能な大判のタックシールにコピーして部材に貼り付けるなどの方法が考えられます。図面をコピーしたモノをセロテープなどで部材に貼り付けると言う方法もありますが、その場合は穴位置中心にポンチマークを打った段階で剥がしておいた方が宜しいでしょう。中途半端に紙切れが貼り付いていると穴加工の邪魔になります。
レタリングをする
Jan 26, 2007.
加工が済んだパワーパックのケースに部品を取り付ける前にレタリングを施します。市販のインレタ(＝インスタント・レタリング)を転写して、その上に剥離防止スプレーを噴射すればできあがりです。と、書いてしまえば簡単ですが、最近はこの種の工作に最適なサンハヤト製のインレタシートの流通量が少ないようで、入手は結構苦労します。
私が使ったのはレトラセットだったかのアルファベットの文字が1文字づつバラバラになっているものなので些か苦労しました。サンハヤト製にしても「オーディオ用」と称してAV機器のレタリングに都合良さそうな単語がまとまっているものはあっても「パワーパック用」などと言うものはありませんので、精々自らの美的感覚と相談しながら無様にならないように作業します(この部分は多分に自己批判を含んでいます)。
剥離防止用のスプレーはホルベイン工業の「フィクサチーフ」と言うものを使っています。確か、木炭画とか鉛筆画とかを描いた際に、触っても大丈夫なように表面保護をするための製品で、画材屋さんとかデザイン用品店などで売られています。上述のサンハヤトにも同種の剥離防止スプレーはあった筈ですが、私の使い方が悪いのか相性が悪いのか、サンハヤトの製品を使うと必ず剥離防止剤が出過ぎて表面が汚らしくなって失敗するので、この作業はもっぱらホルベインの製品を使っています。不器用な人間は妙なところで苦労するものです。
部品の取り付け
Jan 26, 2007.
この自作パワーパックに使用したタカチのUC18-10-24DDと言うケースは各部の構成部材が完全にバラバラになりますので、基本的にはどんな順序で部品を取り付けても大丈夫です。部品配置が密集した意匠の場合には、取り付け順序を考慮しないと部品を固定するためのメガネスパナが使えなくなったりしますが、そこまで密集してはいないので余り気にする必要はないと思います。
オプションの内部シャシーを買いませんでしたのでヒータートランスとダイオードは下側カバーに直接固定してあり、ターミナル類やスイッチ類は前面パネルと後面パネルに分散して取り付けてあります。結局、このケースの構成部材で部品を取り付けていないのは上側カバーだけと言うことです。上側カバーなんて言うものは、単なるボンネット程度の役割に止めて置かないと使いにくくて仕方が無いように思います。そのような訳で、まともなケースに収納してある私の電子工作物で、上側カバーに何らかの部品を取り付けたと言うものは皆無です。
先ず下側のカバーにトランスT2を取り付けます。使用するのは長さ15mmのM4ビスで、頭の形状がトラスヘッドとなっているものです。普通のナベビスでも構いませんが、トラスビスの方が頭の面積が広いのでワッシャを入れる手間が省けるのと、なんと言っても私にはトラスビスの方が格好が良いように思えるからです。
こんなことはまぁ、取るに足らないようなことではありますが、どうでも良いようなことであっても自分の信念と価値観に思うさまこだわることが出来ることこそが装置を自作する最大の利点ですのでこの部分のビスの形状には徹底してこだわります。
トランスは取り付け方が拙いと通電中に唸り音を発しますので、忘れずにスプリングワッシャもかませておきます。序でと言ってはなんですが、トランスの足下にはL型ラグも共締めしておきます。普通はこんな箇所にL型ラグを共絞めしないですが、何分にも此処以外にはL型ラグを固定するようなビスを通す穴がありませんので仕方がありません。
真空管アンプだとソケットを固定する際にL型ラグを共締めしたりしますが、やっている事はアレと同じです。パワーパックの場合はソケットなんか使わないので、トランスの取り付け穴を利用して同じような事をやっているだけです。
トランスの隣にはダイオードを取り付けます。長さ20mmのM5ビスで頭の形状が6角になっているものを使用します。取り付けに際し、ケースとの接触面には放熱用グリスを塗っておきます。ダイオードD1での電圧降下が1.4Vとすれば、最大出力電流が3Aなので、最大で4.2W発熱する可能性がありますから、放熱用グリスの塗布を省略するのはチト拙いです。放熱用グリス自体はいわゆる自作パソコンを組んだ際にCPUとヒートシンクの間に塗ったものをそのまま流用しています。発熱量が最大で4.2Wですから、経験的には特別にヒートシンクを用意しなくても、ケース自体で放熱させれば充分です。
ヒータートランスT2とブリッジ・ダイオードD1を取り付けた後に、下側カバーにゴム足を貼り付けます。ダイオード取り付けのためのM5ビスの頭部をそのままケース外部露出させていますので、自体に付属しているゴム足では高さが少々不足しますので別途買い求めます。ゴム足の種類も最近は非常に増えて、ピンクの無反発ゴム製とか、淡い水色のゲル状ゴムとか色々と目移りしてしまうのですが、心を鬼にして思い止まり、ごく普通の黒いゴムにしてあります。
部品類を実装した自作パワーパック(パワーユニット)の前面パネル。右端で1個だけ孤立しているのがスライドトランスです。この写真では主軸？の穴1個だけを開けた状態で取り付けていますが、本当は位置決め用に小さな穴をもう1個開けるのが正当です。私は穴あけを忘れたのでパネルの裏側にワッシャを入れて浮き上がらせて固定し、穴あけ忘れをごまかしました。
部品類は概ね6角ナットで固定するのですが、ご覧の通りにパネル前側に6角ナットの頭部が出てくるような不細工な箇所は、このスライドトランスの取り付け箇所のみですが、これもツマミを取り付ければ見えなくなってしまいます。
たまにトグルスイッチの取り付けに6角ナットを使って平然としている人がいますが、あれだけは止めた方が良いでしょう。幾らなんでも見苦し過ぎます。黒くて丸い物体の表面に「3A」の文字が見えるものはサーキットブレーカーB1ですが、これのみは嵌め込み式でナット止めとは無関係です。もっとも、このブレーカーにした処でパネルに固定するための仕掛けは(取り付けてしまえば見えなくなる)後ろ側にしかありませんので、普通に取り付けてやれば見苦しさは全くありません。
部品類を実装した自作パワーパック(パワーユニット)の後面パネル。右上の大きくて黒くて丸っこい物体がヒューズホルダー、その下の小丸がAC100Vのケーブルを通すためのコードブッシュです。左側に6個並んでいるのは出力ターミナルです。写真写りが悪いというか、私の撮影技量が低水準のため些か判然としませんが、左上・中上が赤、左下・中下が黒で、この4つが直流出力の端子です。右上・右下は白で、この2つが交流出力の端子です。
この種のいわゆる「バナナターミナル」は支柱の途中に、横から電線を挿し込んで使うための穴が開けてありますから、この穴の方向がばらばらにならないようにきちんと揃えておきます。穴の向きを揃えたから如何なると言うことではありませんが、この辺りで工作した人間の性格とか几帳面さとかが判ります。
部品を取り付け終わった前後パネルを、下側カバーに嵌めた状態。
部品を取り付け終わった前後パネルを、下側カバーに嵌めた状態。
大きくて丸い物体が松永製作所のスライドトランスMT-105で、これが取り付けてある方が前面パネルとなります。こうやって改めて写真を眺めてみると、ダイオードD1の取り付け位置はヒータートランスT2に近付き過ぎているようです。スライドトランスと干渉し合うことを警戒して離し気味の位置にしたのですが、逆にヒータートランスとの位置が近過ぎて配線作業は少々やりにくいかもしれません。
本パワーパックに使用したタカチのUC18-10-24DDと言うケースは、上下のカバーで前面パネル・後面パネルを挟み込んでいるだけです。ネジ止めで固定した、と言うようなことはしていません。この状態で上側カバーを被せてスイッチ類を操作すると前後のパネルがガタ付いて少々感じが悪いのですが、これから配線を済ませて行けばコード類に動きを規制されるし、コード類自体が緩衝材のような役目を果たしてくれるし、ガタ付きの心配は概ね解消されます。単純な構造ですが、巧く考えてあるものです。
配線する
Feb 2, 2007.
自作パワーパック(パワーユニット)の配線をします。先に白状しておきますが、ヒータートランスT2の足元に共締めしたL型ラグは、結局は使用しませんでした。配線に使ったのは既述の通りVSF電線と言うものです。配線はどんな順序でも良いのですが、下側になる箇所のハンダ付けを先に済ませておかないと残りの作業が面倒になります。例えば、このパワーパックの意匠で行けば、ヒータートランスT1は1次側(＝100V側)を先に配線する、ネオンランプやサーキットブレーカーよりもスイッチ類を先に配線する、と言った手順になります。
ビニール電線の色分けはプラグ付きACコードの黒は仕方が無いとして、ヒータートランスT2に入るまでの電圧の高い交流回路が白、ヒータートランス以後の電圧の低い交流回路が青です。直流回路の方はプラス側が赤、マイナス側が黒ですが、逆転スイッチS2以降は頻繁に極性が変わりますから、この部分のプラス・マイナスを云々しても仕方がありませんので、逆転スイッチS2以降は、スイッチレバーを上に倒した際にプラスになる方を赤、マイナスになる方を黒で配線しています。
電子工作で配線する際の注意事項なんて言うのは「間違えないように配線する」と言う以外には何もありませんが、このパワーパックに使用したタカチ電機工業製ケースのように、簡単に前後のパネルを脱着出来る構造になっているものを配線する場合は、電線類は十二分に冗長さを持たせた方が宜しいでしょう。
ハンダ付けの作業には60Wのハンダ鏝を使って作業をしました。10W級、20W級の熱量の少ないハンダ鏝ではハンダが流れにくいために長時間鏝を当て続けるために却って部品を傷めるので、半導体類のハンダ付けにも60Wのハンダ鏝で押し通すのが私の流儀です。電線が太くなればあっさり秘密兵器？の150Wのハンダ鏝を持ち出すだけです。
IC類のハンダ付けも60Wのハンダ鏝でやろうとすると大抵は「こいつは頭が可笑しいんじゃないか？」と言う顔をされますが、60Wのハンダ鏝で作業しても大丈夫なICを使うか、ソケットを使うか、60Wのハンダ鏝で作業ができないような軟弱なICは使うのを止めるか、このいずれかです。「表面実装のパーツはどうやってハンダ付けするのか？」と尋ねられたこともありましたが、明確に断言しておきました。「老眼が進んだから、表面実装のパーツは使わない(使えない)よ」ってね。
配線を済ませたパワーパック内部。
配線を済ませたパワーパック内部。
配線を済ませたパワーパック内部。
配線を済ませたパワーパック内部。
配線を済ませたパワーパック内部。
配線を済ませたパワーパック内部。
その後のパワーパック
保護回路のこと
Nov 17, 2007.
本自作パワーパック(パワーユニット)の出力段に使用しているサーキットブレーカーB1はIDEC(＝旧・和泉電気)の製品ですが、どうも動作が緩慢なようで、ショートした途端にスパっと落ちてくれません。以前に3端子レギュレータ使用のパワーパックをした際に使用した日幸電気製のサーキットブレーカーはかなり動作が素早いので期待していたのですが、些かアテが外れでした。恐らく、このIDECのブレーカーでは半導体の回路の出力段の保護は無理でしょう。トランス1次側のヒューズの代用にはなるかも。
そのような訳で、出力段をショートさせてもサーキットブレーカーよりも先に、トランスの1次側ヒューズF1の方が先に切れてしまいます。定格1Aの回路に1Aのヒューズを入れてあるのだから切れて当然ですが、1次側のヒューズばかりが切れてしまったのではサーキットブレーカーを使う意味がありません。そのような訳なので一計を案じ、ヒューズの容量を過大にして簡単に切れないようにします。「簡単に切れないヒューズで回路保護が出来るのか」と言えば多少問題はあるのですが、1次側ヒューズF1はトランス内部でレアショートした場合の回路保護が目的と言えなくも無いので、無理を承知で30Aのヒューズを入れます。
定格1Aの回路に30Aのヒューズなんか入れたら「こいつは頭が可笑しいのか？」と疑われても仕方が無いですが、帰宅途中に立ち寄った東急ハンズ渋谷店で売っていた同サイズのヒューズの中では最大容量のものが30Aのものだったのですから仕方がありません。本来ならば1Aのヒューズで切れ過ぎて困るのだから2Aのものを試し、3A、5A、と徐々に容量を大きくして行くのが当然ですが、値付けが高くて有名な東急ハンズで売っているヒューズですから1本辺り32円50銭。2A、3A、5A、と実験を繰り返すたびに32円50銭づつ消費したのでは敵いません。それでも2個使っているトランスのうち、最低どちらか1個がレアショートすれば恐らくは30Aのヒューズならばちゃんと切れる「筈」なので、これで押し切ることにします。
結果は、、、良好です。出力段をショートさせれば、若干の時間的なもたつきを感じるもののちゃんとブレーカーが動作します。ヒューズの方は定格突破・過大容量ですが、ブレーカー自体は定格通りの3Aのものですから、安全上の支障はありません。
上の写真は保護回路であるブレーカーが動作して「トリップした」状態です。通常は赤い帯状の部分は飛び出していないので見えませんが、この部分には「TRIP」の文字が彫り込まれています。
当然乍らこの状態では自作パワーパック(パワーユニット)の回路は遮断されているので出力はなにも出てきません。再度、本機を動作させるためには、飛び出した部分を奥まで完璧に押し戻してやる必要があります。単純にツライチ程度まで戻しただけではダメで、押し込むように戻してやれば再度使用できるようになります。簡単なロック機構が仕込んであって、普通に使っている場合はロック機構が働いたまま。過負荷になった場合のみ、ロック機構が解除されて中身の赤いハチマキを巻いた部分が飛び出してきて回路が遮断されると言うことです。
ツマミを取り付ける
Nov 17, 2007.
自作パワーパック(パワーユニット)のツマミはどうしようかと思って悩んでいまして、「KS-200(と言う名の小型旋盤)でアルミ丸棒から削り出そうか、、、」と思っていたのですが、安直ながら秋葉原のガード下の某部品店で良さそうなものを買い求めて来て済ませました。買値は1個740円(税込)ですから余り安くはないですが、私が買った店では、この品物が最高額で最大の大きさのツマミでした。
本機に使用したスライドトランスに限りませんが、レオスタットのような巻き線抵抗も同様で、抵抗体は細い電線を巻いてあるのですから表面は少なからぬ凹凸があります。凹凸の上をワイパーが擦って行くのですから感触は滑らかではありません。
ツマミを取り付けなければ、たった直径6.3mmしかないシャフトを直に摘んで操作しなければならないので快適とは言い難いです。それと同時に、ワイパーが抵抗体の凹凸の上を擦って行く際のゴリゴリ感が直接指に伝わってくるので、これまた、余り面白いものではありません。
個人的な体感によるものですが、この種の妙な感触を回避するためにはツマミ自体を直径が大きくて重いものにするしか方法は無いようです。多分、「フライホイール効果」と言った言葉で物理学的？に理論立てて説明できると思うのですが、私は物理学と金儲けが最も苦手なので、出来もしない説明はしないことにしておきます。オーディオ機器とかを弄った経験からして、ツマミは大きくて重いものを使った方が回転させた際の感触が宜しいと言う自分の過去の体験に基づいて回避策を講じてみたと言うことです。
それでは重ければ重い程良いかと言うと、、、多分その通りだと思いまが、ツマミの重さが10倍になったら感触が10倍向上するわけでも無いので程々に止めてあります。この辺りはあくまでも個人の主観なので、使う本人が納得できる範囲に止めるのが得策です。
松永製作所に関する追記
Jan 1, 2020.
このサイトの何処かに、、、何処に書いたかは余り明確に記憶していないのですが、松永製作所の住所を「神奈川県横浜市港北区綱島西＊丁目」と書いた記憶があるのですが、現在では移転しています。現在は、と言うよりは、移転したのは2020年(令和2年)の梅雨時です。移転先は同じく神奈川県横浜市内ですが、港北区(こうほくく)に隣接している鶴見区の駒岡(こまおか)と言う場所です。従って「住所は港北区綱島西云々」と言う記載が残っていれば、それは単に私が耄碌して見落としているだけですから、「住所は鶴見区駒岡云々」と脳内変換してお読みください。
因みに、移転先の鶴見区駒岡と言う場所は、内陸工業地帯のような場所です。元の港北区綱島西の住所地は、この文章を書いている時点では某大手不動産会社が分譲マンションを建設しています。多分、このマンションを買う人々は、この場所が低湿地帯に在る住宅地としては最低最悪に近い場所だなんてことは気付かずに買うのでしょうご愁傷さま。
FAQ
出力電流は増やせないか
June 14, 2008.
この自作パワーパック(パワーユニット)に使用したスライドトランスMT-105の「定格容量が50VA」と言う制約から、50W以下のパワーパックしか作ることは出来ません。最高出力電圧を12Vとすれば、最高出力電流は一義的に約4.17A(≒50VA÷12V)に決まってしまいます。Zゲージ専用パワーパックで出力電圧が8Vまでならば最大出力電流は6.25A(＝50VA÷8V)となります。これ以上の出力電流が欲しければスライドトランスをもっと容量の大きな機種に交換する必要があります。但し、普通に市販されているスライドトランスで50VAを超える容量の機種は軒並み出力電圧が0V～130Vの範囲で変化するものとなりますので、組み合わせて使用するヒータートランスの1次側が本機のような100Vの機種ではなく200Vのものを使う必要があります。
「出力電圧が0V～130Vの範囲で変化する」と言うことは出力電圧は最大で130Vになると言うことです。普通の直流二線式の鉄道模型の場合は最高電圧は12Vですから、T2のヒータートランスで電圧が凡そ1/10に降圧出来れば良いわけです。つまり、1次側が200Vのトランスで2次側に20V程度の端子があるものを使えば宜しい。しかしながら、最近のモーターの特性を考えると4Aもなければ走らない車輛と言うのは率直に言ってちょっと可笑しいです。時代物の相当に年期の入り過ぎたモーターを使っているのでしょうが、パワーパックの出力を増やすよりも、車輛整備の方が先決だと思います。
そうは言っても、限界に挑戦するようなつもりで最大出力向上を目指す潔さになんとなく快感が伴うことは判りますし、5インチゲージのような乗用の鉄道模型であれば出力電流が5Aやそこらでは不足であることも十分理解できます。例えば、モデルニクス社の5インチゲージ用のモーターで直流12V用のものは100Wのものだけです。100W÷12V≒8.3333、、、と言うことですが、これはあくまでも定格出力で廻している場合の話に過ぎません。いずれにしても、もっと大きな出力電流を取り扱えるトランスが必要な状況があり得ることは予想されますが、本機(MT-105)よりも出力の大きなスライドトランスは、例外なく2次側出力電圧は0V～130Vの範囲で変化するものになりますから、使う上では多少の工夫は必要です。
出力電流を減らせないか
Jan 26, 2007.
Nゲージなど、消費電流のごく少ない車輛だけを運転するのであれば、小型化・軽量化の一環として出力を減らしたくなるのも頷けないことではありません。この場合は単純にヒータートランスT2を容量の小さなものにすれば宜しいです。スライドトランスT1の方は、、、50VA型よりも小さいものは見掛けた記憶がありませんので、こちらはこのままで我慢するしかないと思います。どうしても小型化・軽量化したいのであればトランスを2個使う本パワーパックの方式は不向きですので、別の方式を考えた方が宜しいです。
2列車同時運転が可能か
「2列車同時運転」と言っても、同じ線路の上に同時に2本の列車を走らせてスライドトランスのノブを廻せば同じように加速して同じように減速する、と言う程度で良ければ最高出力電流の範囲内で可能です。但し、その種のネコとネズミの追い掛けっこのようなことを1つのエンドレス上でやっていて面白いかどうかは甚だ疑問です。素直にパワーパックを2台用意して、それぞれの列車を独立に制御出来るようにした方が宜しいでしょう。
「2輛以上の複数の動力車が1編成の中に入っても大丈夫か」と言うことであれば、全部の車輛の消費電流の合計がこのパワーパックの最大出力電流の範囲内に収まっていれば、当然乍ら支障なく使用できます。例えば、KATOの16番ゲージ(≒HOゲージ)の165系の3輛セットは照明などを含めた最大消費電流が0.55Aだったかですから3Aあれば5セット15輛編成は支障なく運転できると言うことです。この程度の余裕が有れば実用上は全く問題は無いと思われます。
レオスタット式よりもスライドトランス式の方が優れているのか
レオスタットと言うのはモーターと一緒に直列に回路に組み込んで電圧降下をさせて、その際のモーターとレオスタットでの電圧降下の仕方を按分して速度を変えるための素子です。従って、モーターの特性が違えばレオスタットの特性も変えてやらなければ、まともにモーターの速度制御はできません。「レオスタット方式では巧く走らない(＝ラビットスタートになる)」と言うのは単にレオスタットの使い方を間違えているだけ、大抵の場合は使い方を間違えていて、自分の無知の責任をレオスタットになすりつけているだけです。まともな特性のレオスタットと組み合わせて使用してどうやってもラビットスタートになるのは、大抵はレオスタットではなくて車輛の不具合が原因です。もうちょっとはっきり書いてしまえば「使い方が悪い」と言うことです。
その点を承知してレオスタット式のパワーパックを使うかどうかは個々人の価値観の相違によって評価の分かれる処ですからなんとも言えませんが、「パワーパックに使用するのに適当なトランジスタの定格を算出する方法」が書かれているホームページは存在しても、レオスタットの定格を算出する方法が書かれているホームページは私が知っている限りは見たことが無いし、レオスタットの定格の算出方法なんか載せても誰も有り難がらないでしょうから仕方の無いことではありますが。大昔の雑誌には「＊＊ゲージにはどんなレオスタットを使うと宜しい」程度のことはごく当たり前に書いてあったのですがね。
それは兎も角、スライドトランス方式よりもレオスタット方式の方が小型、計量、安価、です。スライドトランス方式の方が大きくて、重くて、値段が高いとも言えますが。スライドトランス方式の場合はモーターの消費電流には無関係に出力電圧を変化させることができますから、どんな特性のモーターを載せた車輛と組み合わせても運転操作がし易いと言う利点はあります。例えば電動ライブのように、車輛自体にレオスタットを組み込んでしまって特性の異なるモーターを使用する可能性が無い、と言うことであればレオスタット方式の方が良いと思います。
私の場合は半導体と言うか、バイポーラ・トランジスタや電界効果型トランジスタ(FET)を使ってパワーパックを自作することを批判するつもりは毛頭ありませんが、他人様と同じ方式のパワーパックを作っても面白くないので、年寄りの冷や水で意地になってスライドトランスやレオスタットを使ったパワーパックを作ろうとしていると言うことでもあります。「ロクに知りもしないくせにレオスタットの悪口を書く人間が多すぎるのが気に入らない」と言う不快感？が、「レオスタットに関する私的考察」と言う名前でレオスタット養護論文を書くに至った原動力でもありますな。
このパワーパックはDCCのコマンドコンソールの電源に使えるか？
DCCのコマンドコンソールの電源としても全く支障なく使えますが、電圧制御用のスライドトランスは結構値段が高いので、このパワーパックの使い方としては少々勿体ない使い方だと思います。別途、安定化電源でも用意した方が宜しいでしょう。もう一つ、本作例に限りませんが、普通のパワーパックの出力電圧は最高で直流12Vです。DCCの場合は確か、ピーク値で21Vだったかを常時レールに架けてやる必要があったように思います。最高出力が15Vとか18Vとかになるように、多少は回路の変更が必要かも知れないです。
このパワーパックはコアレスモーターを搭載した車輛に使えるか？
Jan 26, 2007.
使えないことはありませんが本パワーパックの直流出力は整流しただけですから、かなりのリップル成分を含んでいます。そう言った観点からすると、余りコアレスモーター向きとは言いがたいです。安定化電源回路を組み込んだパワーパックを使用された方が宜しいでしょう。但し、出力にリップル成分を含んでいるとは言っても、直ちにコアレスモーターが焼き切れてしまうと言うような心配をするほどのものではありません。
ライオネルやメルクリンなどの交流運転の鉄道模型にも使えるか？
本パワーパック(パワーユニット)でも走らせることは全く支障なくできますが、Eユニットなどの電動逆転機を動作させるための何らかの回路的な工夫は別途考える必要はあります。日本的な交流三線式のOゲージのように、各動力車に逆転スイッチを持たせてあるのであれば、本コンテンツの配線のままでも使用可能です。当然本機の最大出力電流よりも、運転する車輛の消費電流の方が少なくなければダメです。昔ながらの古いモーターを使っている車輛だと、定格突破で使用できない可能性がありますが、こればかりは車輛が悪いわけでも、パワーパックが悪いわけでもなくて、組み合わせが悪いと言うことです。
ブレーカーがあるのにヒューズも必要なのか？
本パワーパック(パワーユニット)の出力側に入っているブレーカーは装置(＝このパワーパック)を保護するためのモノですが、トランスの前に入っているヒューズはどちらかと言うと電源側、要するに家庭内配線を含めた全体の保護用ですので必須、省略不可です。容量は簡単に言ってしまえばトランスがレアショートした際の保護用みたいなものなので何Aでも構いません。実際にイカサマやって30Aのヒューズ入れちゃったし、なにを今更。市販の電気製品でこのヒューズを省略している品物は幾らもありますが、単なる手抜き、設計ミスの類いと考えた方が宜しいでしょう。ACアダプター使用の装置で、ACアダプターの方に保護回路が入っているのであればトランスの前のヒューズを云々する必要は無いかもしれないです。
別の種類のケースを使ってはダメなのか？
Mar 1, 2022.
パワーパック(パワーユニット)にどんなケースを使うか、と言うことはあくまでも審美眼的な問題に過ぎないですから、部品類がちゃんと収まる大きさであれば、どんな大きさのケースを使おうが支障はありません。極論を言えば、感電覚悟で使うのならばケースに収納する絶対的な必要性があるわけでもありません。
強いて言えば、本機に使用したNKKスイッチズ(日本開閉器)のS-300系と言うトグルスイッチは操作する際に比較的トルクが必要ですし、内部に仕込んであるバネが強いからなのか「パチンッ」と言う衝撃は比較的大きめです。その感触は、率直に言って余り気分の良いものではありません。それを避けるならば、或る程度堅牢で重量のあるケースを使う必要があります。例えば製造費用削減を考えて、板厚の薄い弁当箱的アルミシャシーを使うのであれば、もっと操作トルクが小さいスイッチを選んだ方が宜しいと思います。ペナペナなアルミシャシーにS-300系のような操作トルクが大きいトグルスイッチを使うと、何となく感触が貧乏ったらしくなります。
VAってなんだ？
Mar 1, 2022.
VAと書いて「ボルトアンペア」と読み、これは皮相電力の単位です。普通の電力の単位はW(ワット)で電圧と電流の積ですが、同様に皮相電力も電圧と電流の積です。それではVAはWとどう違うのかと言うと、ボルトアンペアの方は交流回路での電圧と電流の位相差を考慮していない場合の(皮相電力の)単位です。回路が純粋な抵抗成分だけで構成されていれば電圧と電流の位相差は発生しませんが、コンデンサ成分が多かったりコイル成分がおおかったりすると電圧と電流の位相差が生じます。実は単純な電線でもコイル成分は持っていますから、交流を電線に流しただけで位相差は少なからず発生します。
直流回路の場合は電圧と電流の位相差なんてものはありませんので電力の単位としてはWしかありませんが、交流回路の場合の電力には皮相電力と実効電力、更には無効電力なんてものもありますのでトランスなどの容量を記述する場合は大抵は皮相電力を前提にしますので、単位もVA(ボルトアンペア)となります。皮相電力に、力率を掛けると実効電力が計算で算出されます。
話が相変わらず古いですが、篠原正瑛先生が和訳されていた頃のメルクリンの日本語版カタログに出てくるトランスの電力の単位は、ちゃんとVAに統一されていました。鉄道模型の場合は電源の容量の話をする際に電力を単位としないで、電流を単位の前提？として扱う傾向にありますし、主流はあくまでも直流で動く鉄道模型なので、交流専用の単位であるVAは余り出てくる機会が無いようです。なによりも、鉄道模型の運転に要する電気料金はごく僅かなので、無効電力が発生しようがなんだって構わないから「VA」と「W」を平然と混用していると言う事なんでしょう。
出力電圧が正確に12Vにならないが？
Nov 17, 2007.
パワーパック(パワーユニット)の出力電圧が余りピタっと12Vにはならなくても正常です。実は本機に使用したような単なるヒータートランスでは、定格負荷を接続した状態でなければ定格電圧になるないからです。本機に使用したHT-123は定格12Vで定格3A流すことが出来ると言うことなので、無負荷で(何も負荷を繋がないで)2次側の12V端子の電圧を測ると、概ね高めの出力電圧が出てきます。「この回路に3A流れる負荷を繋いだ場合には12V出る」と言うのが定格電流・定格電圧と言うことです。オームの法則に従って計算すれば、2次側の12Vの端子に4Ωの負荷を接続しておけば3A流れる、とまぁ計算通りになります。以上は交流出力の方の話です。
今度は直流出力の方の話ですが、本機の整流回路にはシリコンダイオードをブリッジに組んだものを使っています。シリコンダイオード1個辺りの電圧降下は凡そ0.7V、ブリッジに組んである本機のような場合は2個分の電圧降下がありますから、合計で凡そ1.4Vの電圧降下があります。それでは、定格12Vで定格3A流した際にはどうなるか、、、簡単に言ってしまえば10.6V(＝12V-1.4V)しか出てこないと言うことです。
以上は理論上の話ですが、本機のような安定化回路を持たない単なる整流電源では、この程度の変動はごく普通です。何よりも、家庭に配電されている100Vなり200Vなりの電源の電圧は、それほどピッタリ定格通りではありません。お盆前後の午後2時頃に誰もが自宅のクーラーを目一杯効かせて高校野球をみるから電力需要のピークを迎えるとか、日曜日の夕食に焼き肉用ホットプレートを使ったらブレーカーが落ちたとか、こう言った状況では間違いなく家庭のコンセントの電圧は下がっています。反面、誰もが寝静まる深夜時間帯には、家庭のコンセントの電圧は少なからず上昇します。普通の家電製品は電源電圧が多少変動してもちゃんと動作するように設計されていますので、実用上は全く問題ありません。結論めいたことを言えば、現状のままで全く支障はありませんし、単なる整流電源に過ぎない本機のような回路であれば、多少の電圧変動はあって当然です。
電圧変動が不満であれば何等かの安定化電源回路を使わざるを得ません。但し、普通に鉄道模型を走らせると言う点においては、本機程度の回路で充分であると言えます。それでもどうしても気になるようであれば、出力回路に並行にブリーダー抵抗でも繋いでおくと言う方法があります。電圧を固定にしてある電源ならばそれでも良いでしょうが、パワーパック(パワーユニット)は常時出力電圧を変化させて使うことが前提ですから、そこまでの事をしても余り意味が無いように思います。
フィルタコンデンサは要らないのか
Mar 1, 2022.
非常に細かい事を言えば、電源平滑用にフィルタコンデンサを使わないとごく僅かながら走行中の車輛のモーターの振動音は大きくなります。フィルタコンデンサを使えば出力電流はごく平滑な直流に近づきますが、このコンテンツのパワーパックのようにフィルタコンデンサを使わない非安定化電源で車輛を走らせると多少乍らモーターは振動音を発します。但し、電源が脈流電源だからと言って、その事が原因で振動音が物凄く大きくなるわけでもないので実質的には無視しても宜しいと思います。
「脈流で走行させる事がなんとなく気持ち悪い」とか「多少でも騒音の発生源を取り除きたい」と言う事であれば、電源平滑用のフィルタコンデンサを入れるのは悪くない手法です。但し、車輛の騒音を減らす事が目的なのであれば、フィルタコンデンサの効果は限定的です。電源のリップル含有以外の原因で発生するノイズは、非常に多岐多様に渡るのでフィルタコンデンサだけで解決するようなものばかりではないからです。
結論を言えば、電源平滑用のフィルタコンデンサを使うのは悪くない手法ですので、気が向いたとか、大き目のケースを使ったのでパワーパック内に充分な収納スペースがあると言う事ならば、おやりになってみれば宜しいでしょう。実際に電解コンデンサ(所謂“ケミコン”)を電源平滑用にお使いになるのであれば耐圧35WV以上のモノを「パワーパックの回路構成」の回路図に記載してあるD1(電源部の整流用ダイオード)を出た直後の、逆転スイッチの前に回路に並列に接続すれば宜しいです。