目次



鉄道模型用電源事始

Dec 24, 2001.

太古、鉄道模型はゼンマイを動力として運転されています。鉄道その物が実用化されたのは1800年代前半のことで、概ねそれとあい前後して鉄道模型を作られるようになっていますから、最初の鉄道模型が出来(しゅったい)したのは1830年代頃の話と考えて間違いありません。1800年代も後半になると電気動力の、すなわちモーターを回してこれを動力源として使用する鉄道模型が現れます。

ところがこの時期の鉄道模型は家庭用の電灯線電源をそのままレールに繋いでしまおうと言うもので、レールには220Vや100V程度の電圧がそのまま掛かっています。今にして思えば随分と危険極まりない代物ですが、この当時は鉄道模型は未だ一般に普及するに至らず、ごく一部の王侯貴族大富豪にのみが買い求められる商品でしたから、子供用の鉄道模型であったとしても運転係の召使にでも操作させておけば済むことで、そのせいもあってか随分と大胆不敵な設計が許されていてのでもありましょう。

それでも220Vそのままとは余りにも危険であることには相違ないので、トランスを使って、生命に危険の少ない20V程度まで電圧を下げて使おうと言う機運が生まれてきます。恐らくはこの種の低圧電源を鉄道模型にはじめて導入したのはドイツのメルクリン兄弟商会でありましょう。1800年代末期から1900年代初頭に掛けてのことです。

また、自動車やラジオの普及に伴って一般的になりつつあった鉛蓄電池などを使って直流で運転しようと言う気運も生まれてきます。自動車は当然電池を載せていますが、この当時のラジオは真空管式でヒーターを加熱するための低圧電源(いわゆるA電源)は電池が多用されていたからです。A電源として実用になるほどの大容量の半導体が実用されていなかった状況を考えれば、蓄電池の使用を考えるのは当然の帰結と言えましょう。また、家庭用に直流が配電されていた地域もあったと言うことも関連するかと思われます。例えば、東京府内では神田区周辺などは直流配電の地域です。

このような事情のために戦前の鉄道模型は概ね直流6Vで運転されるものなどが多かったようです。申すまでも無く、6Vとは蓄電池や乾電池のセルを複数個直列にした際に得られる電圧に等しいです。やがて、直流2線式の場合の最高電圧は12Vに定められます。

大まかですが、以上が電源周りを巡る鉄道模型の歴史的な流れに関する話です。



トランスとは

Dec 24, 2001.

「トランス」の正式?な名前はトランスフォーマーですが、普通に日本国内では「トランス」と省略して呼んでいます。トランスには2つの意味が有り、一つは一般的な電気部品としてのトランスとは「変圧器」の事で、交流電源の電圧を下げる為の本来の目的でつかわれる機器です。もう一つの意味としては鉄道模型用語として「トランス」と言った場合で、ライオネルやメルクリンなどに使用されるトランスの場合です。

上述の本来の意味でのトランス以外に、車輌の逆転機を動作させる為に必要な仕掛けや、Oゲージ用であれば汽笛を鳴らすスイッチなども装備されています。これらの仕掛けまで組み込んだもの全体を「トランス」と表現する場合があり、このコンテンツで取り上げるのはこちらの「トランス」の方です。



ライオネル製品などの、Oゲージ用トランスに最低限必要な機能は



  • 車輌の速度を変化させる→電圧を調整する
  • 車輌の進行方向を変化させる→電動逆転機を動作させる


と言う事です。電圧を調整するのに一番簡単な方法は、複数の電圧の異なる2次巻線を出した所謂マルチタップのトランスを用意しておいて、ロータリースイッチ式に2次電圧を変えて行く事です。古いカツミとかのOゲージ用のトランスとかはこの種の構造でしたからご存知の方もいらっしゃると思います。

但し、マルチタップのトランスでは電圧を切り換える際に一瞬電圧が途切れるのでその都度車輌がガクガクと動いたりして余り実感的ではないし、段階的にしか車輌の速度を変える事ができなくて面白くないので、もっと高級な(=と言うか“まとも”な)トランスでは、無段階に電圧を調整できます。更に新しいものになると、純電子的に交流の電圧制御をするようになります。

一方、電動逆転機(=Eユニットなど)を動作させる為には、トランス側では電流を断続させるだけの事しかしませんから話は簡単です。一番簡単なのは押しボタンスイッチでボタンを押すと回路が切れるようにしておく、ただそれだけで済む事です。同じ交流3線式の鉄道模型でもメルクリン方式の電動逆転機を搭載している車輌の場合は、線路に一瞬ですが23V程度の高い電圧を掛けて逆転機を動作させるのでスイッチの使い方がかなり異なります。少なくとも逆転機を動作させられる電圧用の別のタップはトランスに無いと使い物にはなりません。



パワーパックとは

June 16, 2002.

HOゲージNゲージなどの鉄道模型は直流2線式で運転されます。運転に使用するのが乾電池などのような直流で、車輌への送電に使用するのは車輪が載っているレールそのもの2本を使うのでこのように命名されています。最高電圧は模型の種類によって異なりますが、概ね8Vから18Vの間で、電圧を上げ下げすると車輌は速く走ったり遅く走ったりして、プラスとマイナスの極性を変えると、車輌の走る向きが変わります。

パワーパックとは家庭用のコンセントに配電されている交流100Vの電源から、鉄道模型を運転するのに都合の良い直流12Vなどへ整流・降圧し、模型の運転に必要な幾つかの機能を付与した「多機能可変電圧ACアダプター」とも言うべき電子機器です。トランスを使って電圧を下げて、シリコンダイオードなどの整流器を使って直流に整流し、車輌の速度を加減する為にレオスタットなどを使って電圧を上下できるようにし、車輌の進行方向を変えるための逆転スイッチなどを1つのケースに収納した物を指します。



パワーパックの回路例
上の図は一般的なパワーパックの概念です。一番左側は家庭用の交流100Vの入力で、一番右側が車両を運転するための直流12Vの出力となります。一般に回路図は左から右へ電気が流れるような描き方をするのが普通です。

パワーパックの回路全体としての電気の流れは回路図の左から右へ向かって

1:トランスで電圧を下げる

2:交流を直流に整流する

3:レオスタットで電圧を調整する=車輌の速度を調整する

4:逆転スイッチで線路の極性を変える=車輌の進行方向を変える

となります。最近ではレオスタットは需要が少なく単価面で不利であったり、消費電流の多い車輌と少ない車輌を1種類のレオスタットで制御することは厄介なので、トランジスタなどを使って電子的に電圧を制御する機種も多いです。



パワーパックの容量は

June 16, 2002.

「パワーパックには何A必要か?」と言うのは、使用者の個別の条件によって異なるわけですが、HOゲージ以上の大きさの鉄道模型を前提とすると1Aから2Aは最低限度欲しいように思います。Nゲージの場合はもうちょっと少なくても済むかもしれませんが、目一杯少な目にしてしまうとモーター付きの車輌を増結する余地が無かったり、遣り繰り算段ばかりに気を使わなければならなくなってしまって面白くないと思うのですが如何でしょうか。但し、多過ぎる容量は残しておいても腐るわけでも何でもないので、迷った時には大き目にしておいた方が良いと思います。



市販パワーパックの実例:MRCのロコモーション2500

Dec 24, 2001.

MRCのロコモーション2500と言う機種です。クラス分けすると中間程度でしょうか。面白いのはブレーキスイッチが付いている点でしょうか。どんなスイッチかというとモーメンタリ動作のスライドスイッチで、これを引っ張っている間はブレーキが掛って、離せば緩みます。つまり、実物の車輌のブレーキを掛けたり緩めたりしながら最終的に停止目標に止めるのと同様に、スイッチを引いたり離したりしながら模型の車輌を減速させることができます。



MRC製「ロコモーション2500」パワーパック。
判ってしまえば「な~んだ」と言うことになってしまいそうですが、大してすごい金額を支払わずに、この種のオアソビができるのが嬉しい処です。裏面には普通の電圧可変の直流出力端子のほかに、アクセサリー用の交流出力端子と、出力電圧固定の直流出力端子もあります。



鉄道模型の電子回路に使う部品について

トランス

Dec 24, 2001.

正式?な名前はトランスフォーマーですが、普通は「トランス」と省略して呼んでいます。冒頭の「トランスとは」の項目にも書いたように、トランスには2つの意味が有ります。一つには一般的な電気部品としてのトランスとは「変圧器」の事で、交流電圧を上げたり下げたりする目的で使用されます。もう一つの意味としては鉄道模型用語として「トランス」と言った場合で、本来の意味でのトランス以外に、車輌の逆転機を動作させる為に必要な仕掛けや、Oゲージ用であれば汽笛を鳴らすスイッチなども装備されています。これらの仕掛けまで組み込んだもの全体を「トランス」と表現する場合があって、前述のティンプレート用のトランスなどはこの範疇に入ります。

此処で記述するのは上述の補助装置類を含まない、あくまでも一般的な電子部品としての「トランス」の方の話です。

トランスでは損失が一切発生しないと仮定すると次のような特徴が有ります。



  • 1次側と2次側の電力(=電圧と電流の積)は同じです。
  • 電圧と電流は反比例します。
  • 電圧は巻線の巻数比に比例します。


例えば1次側100回巻き・2次側1000回巻きのトランスがあったとすると、1次側に100V掛ければ2次電圧は1000V発生します。同様に、1次側100回巻き・2次側10回巻きのトランスがあったとすると、1次側に100V掛ければ2次電圧は10V発生します。1次側に100Vで1A(=100W)入ったとします。この時、2次側1000回巻きのトランスで1000V出れば2次電流は0.1A流れます(=100W)。同じく1次側が100回巻で2次側が10回巻のトランスの場合の2次側の出力電圧は10Vで2次電流は10A流れます(=100W)。

このように、1次側と2次側では巻き数に比例して電圧が変化し、電流は反比例します。それでも1次側と2次側の電力は、損失を無視すれば常に一定です。損失に関しては導体自身の抵抗が結構馬鹿にならないし、更に鉄芯には磁気抵抗が有るために、磁界の中に鉄芯が有るとこれが発熱の原因となります。鉄芯自体は巻線とは電気的に絶縁されていますが、トランスに通電していると発熱してくるのはこの為でもあります。

模型用のトランスでしたら特に冷やす為の工夫は特にしない自然空冷が普通ですが、産業用などの大電力を取り扱うトランスではそうのんびり構えているわけにも行かないのでトランス全体を絶縁油の容器の中に収納してある油冷式が普通です。理屈は兎も角、電圧を上げると同じ電力でも電流は少なくて済みますから、電流が少なくて済めば送電に使用するケーブルの金属の導線の断面積は小さくて済み、導体自体の使用量が少なくて済みます。損失も減るし、金属の使用量が少なければ軽量化もできて送電設備が簡易化できるので経済的でもあります。

例えば、1500V用の電車に比べて、600V用の電車は同じ電力ならば2.5倍の電流(1500÷600=2.5)を流さなければなりませんから、相当に損失が大きくなります。単行の路面電車でしたら多少は損失が大きくても無視できますが、8輌編成、10輌編成となると消費電力も大きくなるので無視できなくなってきます。

当然、電圧を上げると絶縁強度を上げなければならないので二律背反ですが、電圧を上げて送配電した方が経済的なメリットが大きいので全般に電圧を高くする傾向に有ります。例えば遠隔地の発電所から需要地の変電所まで送電してくるのに50万Vや100万Vの電圧で送電してくるのはこの為です。更に、交流回路ではこのような電圧の調整が自由に出来ると言う事が、トランスを使用する最大の狙いでもあります。

さて、以上のことはあくまでも理論です。トランスで損失が発生する事は間違いの無い事実ですが、鉄道模型用として考えた場合、実物程に損失が問題になる事は通常ありません。「めくじらを立てても意味が無い」と言い切ってしまったので身も蓋もありませんが、無視してしまっても差し支えない程度の損失でしかありません。強いて言えば運転中にトランスがほんのり暖かくなる程度に発熱している訳で、この発熱自体が正に損失そのものです。従って、単なる鉄道模型用トランスとして考える場合は、この種の損失は通常は無視してしまって何ら差し支えありません。



トランスの構造

普通のトランスは、鉄芯(=コア)に1次側と2次側の2つの巻き線を巻いた物です。稀に「オートトランス(=単巻変圧器)」と呼ばれるもののように巻き線が1つしかないものもありますが、鉄芯+巻き線と言う構造に違いはありません。鉄芯無しでもトランスは作れますが磁気的効率が悪く、巻き数を大幅に増やさなければならないので、普通には鉄芯無しのトランスは考えられません。

鉄芯にはプレス加工された「珪素鋼板」が多く用いられ、アルファベットの「E」と「I」を組み合わせた「EIコア」や、同じくアルファベットの「C」と「I」を組み合わせたような形状の「CIコア」が用いられます。いずれにしても組み上がった状態の鉄芯は、上から見ると正方形やら長方形やらの形状になっています。これに対して鉄芯の途中に切れ目の入らず、上から見るとドーナツのような形状になっている「トロイダルコア」を使う場合もありますが、この辺りは磁気歪みの低減や効率を相当に意識する必要がある一部の高額なオーディオ機器や軍事用の機器に使用目的が限られてきます。

巻線にはホルマル線と言うエナメル線のような絶縁銅線が用いられ、絶縁紙を挟みながらコアに巻き付けて行きます。銅線に使用されれる絶縁材料の種類によってE種絶縁、H種絶縁などの種類に分けられ、種類によって使用できる最大温度が決まってきます。最後に高周波用絶縁ワニスと言う茶色味掛かった透明塗料を含浸させて電線を固めてしまえば出来上がりです。



信用できるメーカー

具体的に信頼に値し、商品の種類が多く、秋葉原・大須・日本橋などの電気店街で入手しやすく、値段もそんなに高くないメーカーの名前を思い付くまま下に列記します。勿論、これ以外にも多くのトランスメーカーはありますが、「模型用の電源を作る」「電気店街で買いやすい」と言う前提で考えた場合の話です。



  • エスイーエル(SEL)→菅野電機製作所
  • トーエイ(TOEI)→東栄変成器
  • トヨデン(TOYODEN)→豊澄電源機器
  • パワーマックス(POWER-Max)→ノグチトランス販売


上記の内でも特に流通量が多いのはSELとトヨデンのトランスだと思います。HOゲージ程度以下の大きさの模型に使う3A程度までのトランスでしたら、ごく普通の電子部品店で入手できます。



トランスの種類

東栄変成器製裸トランス(容量1A)。
一番“トランスらしい”外観をしているのは裸トランスと言われる種類のトランスです。「ヒータートランス」と称して販売されているものは、大抵はこれです。「ヒータートランス」と言うのはいわゆる「A電源」と呼ばれる真空管のヒーターやフィラメントを点灯させるのが目的のトランスであると言う事ですが、真空管が実用的な電子回路に使われなくなった現在でも、この種の低圧電源用として言葉だけが残ったと言う事です。

5A以下の小容量のものは大抵ネジ2本で取り付けるようですが、容量5Aを超える大型のトランスでは取り付けネジは4本のものが多くなります。私が知っている限りではSELのトランスだと5A以下はネジ2本仕様、トヨデンのトランスだと5A以上はネジ4本仕様となります。いずれにしても防振処理も何もしていない鉄芯が一部とは言え剥き出しになっているのですから、多少は取り付けに気を使わないとトランスの唸り音が耳につくかも知れません。

この種のトランスの厄介な点は充電部(電圧の掛かっている端子の部分)が直接外部に出ている点で、触れば当然感電します。取り扱いには充分な注意が必要です。小さなお子さんの見てる前では通電テストはしない方が宜しいかと思います。



TANGO製伏型トランス。
もう少し高級?になると伏型トランスと言う種類に進化?します。裸トランスの巻線の部分の片側にカバーを付けて、充電部をカバーと反対側の1ヵ所に集めてあります。

オーディオ用の真空管アンプや、古いタイプのラジオ(並4、5球スーパーなど)の時代にに多いタイプですが、充電部を下側にして弁当箱型のシャシに取り付ければ外側からは巻線や鉄芯は直接目に入ることはありませんから仕上がりが美しいですし、感電の心配も有りません。裸トランスのカバーは大抵は簡単にメッキが掛かっている程度ですが、伏型トランスともなると最低でも綺麗な塗装は施してあるようです。



リングコアトランス
上の写真はリングコアトランスと呼ばれるものです。C字型のコア(=鉄芯)2個を組み合わせてリングコアを形成し、コイルを巻いてゆくものです。と言うか、実際にはコイルを巻いたボビンを先に作っておいて、後からC字型コアを嵌め合せるのだと思います。そうしないとトロイダルトランス用の巻き線機が無いと作れなくなってしまいますから、、、。

形状は後述のトロイダルトランスと良く似ていますが、こちらは寧ろ小型化や漏洩磁束の減少を狙ったものです。普通の裸トランスのEIコアのように角張っているコアを使うと、角の処から若干ですが磁気漏れが発生しやすくなるので、それを嫌ってコアの形状を磁気漏れが発生しにくくしてあるものです。



トロイダルトランス
最高級品?はトロイダルトランスと呼ばれる種類で、ドーナツ状の途中に切れ目の無い鉄芯を使用しているトランスです。このクラスのトランスだと主にオーディオ用に使われるようですが、巻線機は専用の物を使わなければならないのと、用途が用途だけに相当な技術力のある会社でないと作れません。純粋に鉄道模型用として考えた場合、トロイダルトランスまでにする程の必要は無いでしょう。



スライドトランス

June 16, 2002.

スライドトランスとは巻き線が1つしかない可変電圧のトランスです。単巻摺動変圧器とも呼ばれます。普通のトランスには1次側と2次側の2つの巻線があり、巻線途中からタップを出して電圧を変えます。処がスライドトランスはタップを設けるのではなくて、ツマミを廻すと巻線の一部を集電ブラシのような摺動子が接触しながら移動して行くので、電圧を連続的に変化させることができるようになっています。

「交流回路専用のレオスタット」的な使い方の出来る部品と考えてもそれ程大きな間違いではないと思いますが、レオスタットと決定的に違うのは、レオスタットの場合は回路に負荷を接続した際に電圧降下が発生させて負荷両端の電圧が決まるのに対し、スライドトランスの場合は負荷を繋ぐ・繋がないと言うこととは無関係に2次電圧が決まると言う点です。



松永製作所製MT105型スライドトランス。
松永製作所製MT105型スライドトランス



上の写真のスライドトランスは松永製作所のMT105型と言うスライドトランスです。実は1974年頃のTMS誌にこの製品を使った電圧制御方式のパワーパックの製作記事が掲載されていますので、ご存知の方も多いのではないかと思います。

ここまで小型のものとなると製造しているメーカーも限られ、私の知っている限りでは松永製作所と山菱電機の2社のみです。山菱電機の製品も含め、この種の50W程度のパネル取り付け型の小型スライドトランスの秋葉原での売価は税込で10000円をちょっと切る程度です。これを買った当時と比べて余り変わっていないようです。



山菱電機製スライドトランス
山菱電機製スライドトランス



上の写真は山菱電機の製品で、S-130-20と言う機種です。据え置き型というのか、実験台の上に置いて使用するために、トランス本体はケースの中に収納されています。電気機器の試験、調整、測定などの際にいきなり定格目一杯の100Vを掛けずに徐々に電源電圧を上げて行くとか、そのような場合に使用するものです。また、アメリカ仕様の電気製品の定格電圧は120V前後ですから、そのような機器を使用する場合にも使えます。



整流器

June 21, 2001.

整流器とは

水銀ガス入り整流管
「整流器(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。古くは回転変流機や水銀整流管、亜酸化銅整流器、セレン整流器、ゲルマニウム・ダイオードなどが使われましたが、現在では普通はシリコンダイオードを整流器として使用します。実物の電気機関車でもED72などよりも以降の機関車はシリコンダイオードを使用しています。

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)。



ブリッジダイオードの例
整流器には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。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。



抵抗

June 16, 2002.

抵抗もコンデンサもコイルも、それぞれに抵抗値を持っているという点では同じです。但し、抵抗は直流でも交流でも理論上は同じ抵抗値を示しますが、コンデンサとコイルは直流と交流とでは抵抗値が異なります。更に、交流の場合は周波数によって抵抗値が異なりますので、普通の単なる直流抵抗と区別する為に交流の際の抵抗値を「インピーダンス」と呼びます。つまり、周波数が特定できなければコイルやコンデンサのインピーダンスは特定できません。それではコイルやコンデンサのインピーダンスは周波数が変わると、それに応じてどのように変化するのかと言うと、次のようになります。



抵抗 周波数によってインピーダンスは変化しない。
直流も交流も、同じように通す。
コンデンサ 周波数が高くなるとインピーダンスは小さくなる。
原則として直流は通さない。
コイル 周波数が低くなるとインピーダンスは小さくなる。
直流であれば、単なる導線と大差無い。


抵抗の種類

大雑把に「固体抵抗」と「巻き線抵抗」に分けられます。それぞれが更に「固定抵抗」と「可変抵抗」に分けられます。可変抵抗と言うのは後述のレオスタットのように、ツマミを回すと抵抗値を変化させられたり、まぁ、そのような機能の抵抗です。身近な処ではオーディオ機器の音量調整用ボリュームが可変抵抗そのものです。

それでは固体抵抗とは、巻き線抵抗とは何か、と言うと、、、固体抵抗とは炭素系の抵抗体に切り込みを付けて、その切り込み方によって所定の抵抗値を得ると言うようなものです。巻き線抵抗の方はその名の通り、ニクロム線などの抵抗線を所定の抵抗値になるように巻き数を加減して作ると言うものです。大まかには容量2Wから5W程度までならば固体抵抗、それ以上は巻き線抵抗が使用されます。

固体抵抗には「カーボン抵抗」「酸化金属皮膜抵抗(=略して酸金抵抗:さんきんていこう)」「金属皮膜抵抗(=略して金皮抵抗:きんぴていこう)」「金属箔抵抗」などがあり、巻き線抵抗には「セメント抵抗」「琺瑯(ほうろう)抵抗」などがあります。細かいことを言うと大抵の巻き線抵抗は周波数特性が宜しくない、と言うか抵抗線を巻いて作ると言うことはそれ自体がコイル的性格を持つわけで、高周波の交流回路には向きません。この種の回路には固体抵抗を使うと宜しい。

もっとも、鉄道模型の場合は取り扱うのは大部分が直流ですから周波数特性云々を気にする必要は殆どありませんし、大電流を流す回路も多いので巻き線抵抗を使う機会が多いです。巻き線抵抗としてはセメント抵抗が一般的で、これはセラミックのケースの中に抵抗線を巻いて収納して隙間にセメントを充填して作るのですが、私の経験ではどうも余り熱に強くありません。

オーディオ用の真空管アンプで、出力管のバイアス抵抗に使っているセメント抵抗が熱で劣化して割れることってかなり多いようなので、個人的には琺瑯抵抗が一番無難だと思います。古いアンプなどで突然「パーンッ」と音がして煙が出た、、、なんて言うのは、セメント抵抗が犯人である場合が多いらしいです。



コンデンサの原理と種類

Apr 10, 2004.

向かい合わせにした金属板の電極で絶縁物(=誘電体)を挟むとコンデンサが出来上がります。この時、電極間に電荷を蓄える性質を持ち、この「電荷を蓄える能力」を「静電容量」と言い、単位はF(=ファラド)です。ファラドと言う単位名はイギリスの物理学者、マイケル・ファラデーの名前に由来します。電荷の単位はクーロンですが、こちらはフランスの物理学者、シャルル・オーガスタン・ドゥ・クーロンに由来します。

コンデンサが蓄えられる電荷の総量は電圧と静電容量の単純な積なので100V/1000μFのコンデンサが蓄えられる電荷の総量と10V/10000μFのコンデンサが蓄えられる電荷の総量は同じで、どちらも1クーロンです。この辺りは物理学の初歩ですが、「100V/1000μF」のコンデンサと「10V/10000μFのコンデンサ」の比較で言えば、蓄えられる電荷の総量が同じなのだからコンデンサ自体の大きさもほぼ同じであることが判ります。



立型電解コンデンサ。
電解コンデンサは静電容量を非常に大きくできます。但し、周波数特性は悪いです。どの程度の電圧まで掛けられるかは種類によります。

普通の電解コンデンサにはプラス・マイナスの極性があり、これを間違えるとパンクします。具体的にどうなるのかと言うと、なんとなく薬品っぽい臭いがして、次に周囲に霞が掛かってきます。この「霞」の正体は、電解コンデンサ内部の電解液が蒸気になってコンデンサの外に漏れはじめたものです。

ここまでやってしまうと、その電解コンデンサはもう使いものになりません。「パンクと言うからにはパーンと破裂しないのか」と言うと、ちゃんと安全対策として防爆弁と言うものがありまして、内部の電解液の蒸気が少しずつしか噴き出さないようになっているからです。原子炉でも少しずつ核融合を起こさせているから原子炉なのであって、一挙に目一杯核融合してしまったのでは、それは原子炉ではなくて単なる核爆弾です。

この他に無極性の電解コンデンサもあるにはあるのですが、これは主として音響用などの特殊な用途に限られます。耐圧も100V程度と余り高くなく、価格も若干高いようなのでわざわざ無理して使うほどのものでもありません。普通の無極性でない電解コンデンサでも、プラス同士、マイナス同士を繋いで直列接続で使ってやれば無極性の電解コンデンサとして取り扱うことができます。大昔の「レールサウンドシステム」などと言うような仕掛けに多用されるのが、この無極性コンデンサです。



フィルムコンデンサ。
フィルムコンデンサは静電容量も周波数特性もそこそこまで行けますので、音声信号の回路に使用されることが多いです。どの程度の電圧まで掛けられるかは種類によります。但し、ケミコンと比べると静電容量は決して大きくは無いですから、用途は自ずから限られてきます。

セラミックコンデンサは静電容量を余り大きく取れませんが、周波数特性はなかなか宜しいです。どの程度の電圧まで掛けられるかは種類によります。セラミックは吸湿しやすい材料なので、湿気の多い場所に使うのは不向きです。



コイルの原理と種類

June 16, 2002.

電線をぐるぐる巻きにすればコイルが出来上がります。このコイルに電気を流すと磁束が発生します。発生した磁束がコイルの中を通過することでコイルとしての性能が決まります。コイルはコンデンサとはことなり、交流回路で使用すると周波数が高くなるとインピーダンスが高くなり、電気を通しにくくなります。逆に周波数が低くなるとインピーダンスが低くなり、電気を通しやすくなります。極端に周波数を下げて行くと最終的には0(ゼロ)Hzになり、これは要するに直流のことですが、この場合は純粋にコイルの持つ直流抵抗値のみになります。

コイルの大きさの単位はヘンリー(H)で、これはアメリカの物理学者、ジョセフ・ヘンリーの名前に由来します。一般には単に電線をぐるぐる巻きにしただけの「空芯(くうしん)コイル」が多く使用されます。「空気を芯にしたコイル」と言う意味です。これ以外にはトランスの鉄芯と同様に珪素鋼板の周囲にコイルを巻いた「鉄芯(てっしん)入りコイル」が多く使われます。



リレー

June 16, 2002.

リレーとリレーソケット。
前述の通り、電線をぐるぐる巻きして出来たコイルに電気を流すと磁束が発生して、この磁束は磁力として働きます。早い話が電磁石で、鉄などの磁性体金属を引き付ける作用をします。電磁石で「鉄などの磁性体金属」に電気接点を取り付けてやれば、リレー(=継電器)が出来上がります。

リレーがどの程度の電力で動作するか、リレーの接点でどの程度の電力を取り扱うことができるかは設計次第です。例えばコイルの定格が12V・100mAで接点の容量が100V・100Aと言うリレーは、別に珍しいものではありません。言い方を換えると12V・100mAの信号を入れると100V・100Aの電力が出てくるとも言えるので、このリレーはアンプ(=増幅器)のような役目を果たしているとも言えます。

一番一般的と思われるリレーの用途は、一種の有線リモコンでしょう。例えばタッチスイッチなどでほんの僅かな入力信号を入れてやれば大きな機械が動作し始める仕掛けであったり、何等かの危険性があって機器のすぐ近くには人間が近付くべきでないような場合に遠隔操作をするためにリレーは多用されます。前述の100V・100Aのスイッチはかなり大型で、操作に力が必要ですが、これが12V・100mAのスイッチの操作で済むのであれば、操作スイッチ自体は相当に小型のもので間に合わすことが可能となります。



レオスタット

Dec 24, 2001.

レオスタット。
レオスタット(Rheostat)とは電圧制御に使用する2端子の可変抵抗の琺瑯(ホーロー)抵抗器です。素焼のセトモノの芯にニクロム線を巻いて、その上から琺瑯が掛けてあり、巻線の表面の一部をブラシで擦って抵抗値が自由に変えられると言う内容です。

元来、琺瑯抵抗器は大電流を流した場合の発熱に対して極めて丈夫であると言う利点が有ります。その代わりにレオスタットに限りませんが、巻き線抵抗の類はコイル以外の何物でもないので周波数特性の点では多くは期待できません。普通の3端子の「ボリューム」「アッテネーター」「ポテンショメータ」などと呼ばれる物でも、2端子分のみを使うのであればレオスタットとして使用する事はできます。

レオスタットの最大の利点は構造が構造だけに過負荷に強く、ショートさせて真っ赤になっても冷ませば何事も無かったように継続使用できる点です。素焼きのセトモノにニクロム線を巻いてあるという構造は、実は電熱器や電気コンロの構造と大差ありません。これならば、熱に強いのは当然です。更に、回路の途中に素子が1個入るだけですからハンダ付けできるだけの腕があれば誰でも回路を組む事も出来ます。

レオスタットに関する詳細は別コンテンツ「レオスタットに関する私的考察」に余計なことまで?記述してありますので、ご参照願えれば幸いです。



スイッチ

Sept 9, 2001.

日本開閉器(NKK)製トグルスイッチ。
単純に「スイッチ」と言った場合、通常はスナップスイッチや「トグルスイッチ」と呼ばれるものを指します。レバースイッチと呼ばれるものも基本はトグルスイッチなどと全く同様で、単に操作部分がレバー状に偏平になっているだけです。

一番基本的なトグルスイッチは辣韮(らっきょう)をうんと細長く引き伸ばしたような操作用の棒?のようなものを持っています。上の写真は日本開閉器(NKK)製のS332型と言うごく一般的なトグルスイッチです。同じ型番ですが、仕様が違いますのでレバーの形状が異なります。但し、違うのはレバーの形状だけで、それ以外の定格などは全く同じです。このように、形状が違うほかにレバーの長さが違うものなども同一型番で用意されていることが多いですから、好みで選択すれば宜しいでしょう。

通常、トグルスイッチなどは直径1/2インチ(=約12.7mm)か1/4インチ(=約6.3mm)のの穴を一つあけるだけで取り付けられるようになっている場合が殆どで工作が簡単です。この辺りの事情は日本製スイッチでもアメリカ製スイッチでも同様です。



波動スイッチ
こちらは「波動スイッチ」と呼ばれるものです。パドルスイッチなどと呼ばれるものもありますが、これらも「パチンと切り替わって動作する」と言う点ではトグルスイッチと同様ですから、スイッチの基本形の一種であると考えて良いでしょう。但し、多くの場合は取り付け穴は角型なので所定の直径のドリルで穴あけ一発だけ、、、と言うわけには行かないのが面倒かもしれません。



ロータリースイッチと押しボタンスイッチ
左端が「ロータリースイッチ」、右の2つが「押しボタンスイッチ」です。右端のものは自照式で、ボタンの中に照明用のLEDが仕込んであるものです。ロータリースイッチはその名前のように、つまみをグルグル回して接点を切り替えるもの、押しボタンスイッチは「押してオン/戻ってオフ」「押している間だけオン/オフ」と言った動作をさせるものです。スイッチの構造次第ですが、普通のトグルスイッチなどよりも相当に回路数を多くできるのが特徴です。鉄道模型用に使われる機会は比較的少ないのですが、覚えておいて決して損はありません。



コネクター

Sept 9, 2001.

「コネクター」と言うのは機器に電線を接続する為の脱着式接点?のことです。固定式のレイアウトで台枠の中に組み込んでしまうならばこの種の仕掛けは不要とも言えますが、そうでない限りは何等かのコネクターを使ってパワーパックなどの電源機器を線路などから自由に切り離せるようにしておく必要があります。

「パワーパックからは電線をひょろっと出したままで取り付けたままにしておいて、、、」と言う方法も考えられなくは無いですし、実際に普通に市販されているパワーパックの大部分はそのようになっていると思いますが、これだとAC100Vを壁コンセントから取得するケーブルと、線路に電力を送るケーブルの2本は最低ぶらぶらさせたままで、移動する際にケーブルの先端を踏み付けて落として壊して、、、と言う絵に描いたような光景が予想されますので、ケーブル類は脱着式にしておくのが無難だと思います。

比較的よく見掛けるのは「ワンタッチターミナル」と言う名前で、端子の頭の部分を押さえるとケーブルを挿し込む穴が現れて、ここにケーブルを挿し込んでから頭の部分を離すとバネ圧で端子がケーブルを固定すると言うものです。この方式の良い処はケーブルを挿し込んでからも常にバネ圧がバイアス的?に掛かっている点で、無理にケーブルを引っ張ったりターミナルその物が壊れたりしない限りは自然に緩んでしまうことは本来はあり得ないので、この辺りはネジ止め式などのコネクタ類に無い決定的な優位点です。



バナナプラグ
それではどのようなものが適当かと言うと、現状では「バナナプラグ」と呼ばれるものが一番妥当ではないかと思います。テスターの測定用の電線(=いわゆるテスターリード)の脱着に使われていますからご覧になったことはあるかと思います。オーディオ用のアンプのスピーカーケーブルの取り付けにも結構多用されています。右端の2連のものは「ダブルバナナプラグ」と言われるもので、直流回路やテスターなどの測定器のように、必ず2本のケーブルを同時に使うのが前提の回路に使われるもので、間隔は19.05mm(=約3/4インチ)となっています。



バナナターミナル
こちらはバナナプラグを受ける為のバナナターミナルです。右端の2連のものはダブルバナナプラグを受ける為の「ダブルバナナターミナル」と呼ばれるもので、間隔は当然ながらプラグの方と同じ19.05mmになっています。左側の2つは普通に1本づつ独立して使われるバナナターミナルです。これらのバナナターミナルは支柱の途中に穴が開いていて、側面からケーブルを挿し込んで使うこともできますし、先バラのケーブルを巻き付けておいて先端部の回転する部分で締め付けてケーブルを固定すると言った使い方もできます。



3PのACコネクタ
3Pの脱着式のACコネクタです。コンピュータの電源に多用されているのでお馴染みのものです。左側のものはパネルに取り付ける方のコネクタですが、妙に大きいのはヒューズボックスを内蔵しているからです。ノイズフィルタ内蔵のものも普通に市販されています。

なお、3PのACコネクタに限りませんが、通常AC100Vの回路に使うコネクタを、それ以外の電圧の回路に転用することは絶対に止めるべきです。このコネクタの使用はパワーパックのAC100Vの入力に限定してください。パワーパックのDC12Vの回路に流用するのはもってのほか、最低最悪、悪魔の所業と紙一重です。



ピンジャックとピンプラグ
オーディオ用に多用されるピンプラグ(右側)とピンジャック(左側)です。元々はRCA(Radio Corporation of America)が自社製の音響機器に使用していたものが一般に普及したものです。そんなに悪いものではありませんが、元々音声信号を通すのが目的のコネクタですから許容電流の点で模型向きとは言い難いです。また、統一規格が制定されてはいるものかなり寸法精度が曖昧なのでメーカーによって「嵌まり易い組み合わせ」「嵌まり難い組み合わせ」があり、嵌まり易いというとは別の見方をすれば「抜け易い」と言うことでもありますから余り鉄道模型用としてお勧めできるものではありません。



XLRコネクタ
高級なオーディオ機器や、放送局、録音スタジオなどで多用されるXLRコネクタでキヤノンプラグとも呼ばれます。細身で格好は良いのですが、細い分だけ?流せる電流が少ないです。また、それ程芯数の多いものも出ておらず使い道は限られます。2Pのものから始まって、多芯のものでは7Pくらいまでは同じ外径で作られていて、普通に秋葉原などの部品屋さんで購入できます。写真のものは一番ありふれている3Pのものですが、「スイッチクラフト」「ITT」「ノイトリック」など、多くのメーカーで製品を出していますが何処の製品でも機能的には大差はありません。

XLRコネクタで注目すべき点は入力側と出力側でコネクタの形状が違うという点です。つまり、出力側に来るのは必ずオスコネクタで、入力側に来るのは必ずメスコネクタです。右上の写真で左側からメスジャックが1個、オスプラグが2個、メスプラグが2個、となっています。普通のピンプラグ付きのケーブルが両端共に同じ形状のプラグが取り付けられているのに対して、XLRコネクタを取り付けたケーブルの場合は一方がオスプラグで他方がメスプラグとなります。



スイッチング・レギュレータ

新電元製スイッチング・レギュレータ。
普通の直流電源は家庭用の50Hzないしは60Hzの交流100Vをトランスで降圧・昇圧してから整流して、目的の直流電力を得る構造です。回路構成としてはトランス+ダイオード、と言う形が一般的です。実はこれだと余り効率が宜しいとは言いにくいので、一旦高い周波数の方形波で発振させてから整流するのがスイッチング・レギュレータの基本原理です。

普通の家庭用の交流は正弦波ですが、これをそのまま使わずに方形波にして使うのがこの方式のミソで、まるでスイッチを入れたり切ったりしたような波形となります。そのために「スイッチング」の名前で呼ばれます。現在ではそれ程特殊なものではなくて、ラジカセのACアダプターにもスイッチング電源式のものがありますが、これなどはスイッチング・レギュレータそのものです。



髭剃り用スイッチング・レギュレータ。
家電製品に使用されているスイッチング・レギュレータの例。これ、実はブラウンの髭剃り用のACアダプターですが、中身はスイッチング・レギュレータ方式になっています。こんな小さくても1A程度の容量があります。

このスイッチング・レギュレータ方式の特徴は1にも2にも効率が良いと言う点ですが。じつはちょっとした落とし穴もあります。確かに高効率で小型軽量の電源が出来上がるのですが、何分にも回路が複雑で部品点数が多いので、小容量のものだとトランス+ダイオードの従来方式に比べると余り小型化ができません。

大雑把ですが2A辺りが境界線だと思います。最近は技術の進歩の結果1A程度のものでしたらこのブラウンの髭剃り用のACアダプターが使えます。この髭剃り用のACアダプターの出力をレールに繋げば、普通の鉄道模型の車輌は全く問題なく走ってくれます。然しながら、2Aを超えるようなACアダプターでこのブラウン製のACアダプターと大差無いような小型のものは、余り見かけた記憶がありません。

それでは3Aではどうでしょうか。恐らくはトランス+ダイオードの組み合わせと大差無い程度の体積となるでしょう。4A用、5A用など、3Aを超えるような出力のパワーパックでしたら、スイッチング・レギュレータを使った方が大きさの点でも重さの点でも有利になるでしょう。

また、この種の電子回路はプリント基盤上に作るのが一般的ですが、板状の物体の上に部品を並べて行く関係上、体積は小さくて済んでも面積は小さくなりません。当たり前ですが、部品点数も多いですから絶対的な故障確率も低くなる訳はありません。もっとも、そんなに簡単に故障するようなスイッチング・レギュレータなどを今時売っている訳は無いので心配には及ばないと言ってしまえばそれまでの話ではありますが、、、。



スイッチング・レギュレータの容量

一般にスイッチング・レギュレータの容量はW単位で表示されます。例えば10W型、25W型、50W型、75W型、100W型、150W型、と言うように表示されます。上述のブラウン製のACアダプターはこのような規則的な数字にはなりませんが、それは、このACアダプターは汎用市販品ではなくて、髭剃り機器専用として設計されているからです。

上述のように、かなり規則的な容量が決まっていて、次にそれぞれの容量の中で電圧と電流の組み合わせが決まって行く訳です。例えば50W型で出力電圧が12Vであれば最大出力電流は4.2Aですが、これが出力電圧が24Vだったら2.1A、出力電圧が15Vであれば出力電流はざっと3A、と言うような組み合わせがあるわけです。

勿論、一般に市販されている品物である以上はありとあらゆる組み合わせが存在する訳ではなくて、或る程度決まりきった組み合わせとなります。この辺りは電圧主導で決まって行き、それも一緒に使用する他の電子部品との兼ね合いがありますから、50W型で出力4V/12.5A、50W型で出力11V/4.5A、などと言う奇抜な数値のものは普通には存在しません。5V、12V、24V、なんて辺りが一般的で、それに引き続いて15V、3.3V、48V、6V、なんてものが現れてきます。

そのような訳ですから「鉄道模型用に12Vのものは無いかな?」と思って探すと10W型なら約0.8A、25W型なら約2A、50W型なら約4.2Aと言った組み合わせが発生します。これ以外の組み合わせは規格化されていないので「12Vで3Aのパワーパックが欲しいから、36W型を買おう」と思ってもそのような数値のものは普通には市販されていません。まぁ、電流が余る分には別に困る訳でもないので直近上位のもので妥協することになりますから、この場合は50W型で手を打っておこう、と言うことになるわけです。



3端子レギュレータ

Apr 10, 2004.

普通にトランス+ダイオードの組み合わせで整流しただけでは、多少ではありますが交流時代のクセ?が残っていると言うか、多少波が残ったような状態の直流しか得られません。これを脈流(みゃくりゅう)と言います。脈流は「波が残っている」とは言っても漣(さざなみ)ですから、回路によっては問題になる場合もあるし、このままでも構わない場合もあります。例えば、オーディオ機器などでしたら「波が残っている」部分はそのまま雑音として現れます。脳波を測定するような機械でしたら、「波が残っている」部分なのか脳波なのかさっぱり区別が付かなくて使い物にならない、と言うような現象が予想されます。単にモーターを回すだけの電源だとしたら、多少の波が残っていても気にしなくても大丈夫かもしれません。

安定化電源(=レギュレータ)と言うのはこの漣(さざなみ)を取り除くための装置で、3本足のICの中に安定化電源を収納したのが3端子レギュレータです。それでは、「波が残っている」部分をどうやって取り除くかと言うと、簡単に言ってしまえばヤスリを掛けたり、カンナで削ったりするような作業をします。例えばパワーパック用に安定化した直流12Vが欲しければ、安定化していない直流15V程度を入れてやります。つまり、表面を平滑にしてやるために3V分くらいを削り取ってしまうわけで、この3V分は熱として空気中に捨ててしまいます。カンナ屑などを捨ててしまうのと同じことです。

模型の場合でしたら材料の表面を平滑にするためには削ったりしないでパテ埋めする、と言う手法も考えられますが、電気工学・電子工学の場合にはパテ埋めに相当する手法は使えません。生憎ですが、削り取って平滑にしてやるしか方法が無いんです。15Vから12Vを引き算すると3Vとなることは初歩的な算数ですから直ぐに判りますが、この3Vの差を「入出力間電圧差」と言って、個々の3端子レギュレータによって決まっています(メーカーで発行している規格表を見れば判ります)。実は、この「3V」と言う数字は3端子レギュレータの入出力間電圧差としてはごく一般的な数値で、特に明記されていない限りは3V程度を見込んでおけば大丈夫です。

それでは「市販のバッテリー・チャージャーなどの13.8Vの電源だったら用意出来るが、これでどうにかならないか」と言う場合はどうでしょうか? 3V上乗せできない限りはダメなものはダメですから、13.8Vの電源を普通に3端子レギュレータを通したら、10.8Vが良い処なのでこのままでは鉄道模型用の電源に使うには少々不都合です。そのような場合には入出力間電圧差が小さい種類の3端子レギュレータを使えば回避できるんですが、その種の少々特殊な部類に入る3端子レギュレータは入手が困難です。できれば、汎用の3V程度の入出力間電圧差の品物を使うことを前提にした方が楽だと思います。

但し、「余り高速運転はしないから」と言うことで割り切れるのであれば、13.8V程度の電源でも実用になると思います。また、3端子レギュレータなどとは無関係にディスカウント・センターで安く売られているバッテリー・チャージャーを、普通のパワーパックの「トランス+ダイオードの代用に使おう」と言うことであれば、これで充分に実用になります。率直に言ってバッテリー・チャージャーの類は、鉄道模型的な見方をすると過大なくらいの大容量ですので、充分に実用と言うよりは、十二分に実用になると言って良いでしょう。アマチュア無線用の安定化電源もこの位の規格ですので、使い方さえ割り切ることができればこれも便利に使うことができます。



3端子レギュレータの許容電流と許容損失

「許容電流」と言うのはその名の通り、そのレギュレータで取り扱うことできる最大限度の電流値のことです。例えば、「許容電流が1A」とあれば、このレギュレータでは1Aまでの電流であれば問題無く取り使うことができる、と言う意味です。

それでは「許容損失」とは何でしょうか。既に記述した通り、普通の3端子レギュレータには3V程度の入出力間電圧差があって、その差分は熱となって空気中に放出されます(捨てられます)。どの程度まで空気中に捨て続けられるかと言うのが「許容損失」と言うことです。例えば入出力間電圧差が3Vのレギュレータから1Aの出力を取り出す場合、3Wの損失が発生します(3W=3V×1A)。乱暴な表現をすれば、この状態では3端子レギュレータは3Wの電熱器を兼ねていると言っても良いでしょう。その3W分の熱は仕方無しに空気中に捨ててしまいますが、本当だったら捨てるのは勿体無い話です。しかも、安全に熱を捨てるためには充分な大きさの放熱器を用意したり、ファンを使ってやったり、コンピュータのCPUをどうやって熱暴走させないで使うのか、、、と言うのと同じような工夫が必要になってきます。

実はこの辺りがパワーパックに3端子レギュレータを使うに当たって困る点でして、鉄道模型の速度制御(=電圧制御)は、3端子レギュレータにはかなり過酷な使われ方を強いることとなります。上述の通り15Vの電源から12V分を取り出して1A流している分には損失は3Wですが、車輌を低速で走らせる際には15Vの電源から3V程度の電圧を取り出したいと言うことになります。

例えば入力が15Vだったとして、このパワーパックの3端子レギュレータの出力電圧を3Vまで絞って1A流すと、なんと12Wの損失が発生します。12W=(15V-3V)×1A、と言うことです。3端子レギュレータの入出力間電圧差を12Vも見込む、なんて使い方は普通の3端子レギュレータの使い方としては、いささか過酷な部類に入ります。この辺りの事情はCQ出版から発売されている「電源用IC規格表」にも「高入出力電圧差の条件では、最大出力電流を供給できません」と明記されています。最大出力電流にたどり着くよりも先に、最大許容損失の限界にたどり着いてしまうからです。

普通に電子回路の知識がある人に「この装置に使っている3端子レギュレータの入出力間電圧差は12V見込んである」なんて話すと、恐らく相手は呆気に取られて黙り込んでしまうか、回路設計を変えた方が良い、と説得されてしまうか、どちらかだと思います。入出力間電圧差が12Vある、と言う点だけ取り上げれば、3端子レギュレータの回路設計としてはかなり無理があるからです。

それでも12W程度の損失でしたら別に目を剥くほどでもないのですが、これが5Aのパワーパックでしたら60Wの損失となります。ここまで許容損失の大きな3端子レギュレータは普通には入手できませんから、何等かの工夫は必要です。ブースターとして普通のトランジスタを併用する、3端子レギュレータを並列使用する、一思いに3端子レギュレータは使わない、、、。

そのようなわけで、極端に大出力なパワーパックに3端子レギュレータを使うと設計はかなり苦しくなりますから、精々2Aから3A程度までにとどめておくのが無難です。その範囲内で使っている限りにおいては、3端子レギュレータは極めて有益な素材です。それ以上の出力が欲しいのであれば補助用のパワートランジスタを、いわゆるブースターとして使うなどの工夫をした方が宜しいでしょう。



3端子レギュレータの種類

3端子レギュレータには大きく分けて出力電圧が固定のものと可変のものがあり、それぞれに正電源(プラス電源)用のものと負電源(マイナス電源)用のものがありますから、合計で4通りに分類できます。更に許容電流や許容損失によって細分化されます。従って、電子部品店が几帳面かつ網羅的に在庫を揃えたら、店頭には30種類や40種類の3端子レギュレータが並んでいるものと考えて良いでしょう。



3端子レギュレータ(TO3パッケージ)。
上の写真は正電源用で可変電圧用の3端子レギュレータとして有名なLM350(左端)とLM317(中央)です。いずれも、ナショナル・セミコンダクターと言う、この種の半導体の世界では非常に著名な会社の製品です。

同じ型番のLM350同士、LM317同士であれば流せる許容電流は原則として同じですが、同名機種の中に許容損失の違いで外観形状が異なるものがありますが、写真に写っているものはTO3と呼ばれる形状の、許容損失が最も大きな種類のものです。TO3と呼ばれる形状のものが、普通に市販されているこの種の半導体の中では、最も許容損失が大きくなっています。

右端の写真には裏側に足が2本生えていてこれが勿論電極なのですが、ケース自体も電極になっています。従って機器に取り付ける際にはケースはちゃんと絶縁して取り付けてやる必要があります。それと同時に、この金属製のケースは放熱の役目も持たせてありますので、その点も考慮する必要はあります。



3端子レギュレータ(TO220パッケージ)。
こちらはもう少し許容損失の小さなもので、TO220と言う外観形状をしています。品種はどちらも+15Vで電圧固定の7815と、-15Vで電圧固定の79015です。因みに、左のAN7815と書いてあるものはナショナル(松下)製です。右の79015は東芝製だったかな?。

最近では右の写真のTO220型の3端子レギュレータが主流となっています。実はTO220型はTO3型よりも許容損失が小さいために、しばしばブースターとして別の外付けパワートランジスタなどを併用してやらなければならないのですが、仮に部品点数が増えたとしても「別の外付けパワートランジスタ」はかなり安く入手できることが多いので、装置全体の製造単価は結果的には安くなるからです。実際、大電流を流すことができて、なおかつ、許容損失の大きな3端子レギュレータというのは相当に高額です。この辺りは、アマチュアの工作とは別次元の計算が作用していますので、如何ともしがたい処です。

上の説明の中で「負電源用」と言う物が出てきますが、これは音声信号の回路や、オペアンプの回路などでプラス・マイナスの2電源が必要な場合に使うもので正電源用に比べると流通量はやや少なめ、価格は10%から20%ほど高めです。負電源用で出力電圧が可変のものを使っても勿論パワーパックの電圧制御には不都合はないのですが、散々探し回った上に高い金額で買わなければならないのだから、これを選ぶ積極的な理由は何もありません。

「固定電圧」のものとはその名の通り出力電圧が5V、6V、9V、12V、15V、と言ったように3端子レギュレータ自身で決まってしまっているものですから、パワーパックの電圧制御に使うわけには行きません。

結局の処、使用上の便利さや価格の安さ、入手の容易さなどを勘案すると、3端子レギュレータをパワーパックの電圧制御素子として使用するのであれば、使用対象となるのは「正電源用で、出力電圧が可変のもの」と言うことになります。



メーター

Apr 10, 2004.

回路計、です。当然ながら雷のように火花放電しているものでもない限りは電気を目で見ることはできませんから、何らかの形で数字などに置き換えなければ観測することができません。そのための装置がメーターです。理屈は兎も角も、自分で運転している車輌の電気的な状態を把握するためには、メーターを使用するのが最短、かつ、確実な方法ですし、そう言った理屈以上に電圧計は速度計の代用にもなりますから見ているだけでも楽しいです。

「見ているだけでも楽しい」なんて言い出すと子供だましみたいに思われかねませんが、自分自身の楽しみにために鉄道模型を趣味としているのですから、楽しくなければ意味がありません。楽しむためならば電圧計だろうがなんだろうが、なんでも使ってしまおうという考えがあっても良いと思うのですが如何でしょうか。



西沢電気計器製のメーター。
上の写真はパネル取り付け用の電流計(左側)と電圧計(中央)です。右端は電流計のメモリを書き換えて応用したもので、表示から判る通り回転計です。いずれも西沢電気計器と言う、この分野では著名な会社の製品です。日置(ヒオキ)、ヤマキ、横河などのメーカーも、この種の分野では一流メーカーとお考えいただいて宜しいでしょう。

電流計に「A(=アンペアと言う意味)」、電圧計に「V(=ボルトと言う意味)」と言う表示があることは容易に判りますが、それぞれの「A」「V」の文字の下に下線が引いてあるのは、この計器が直流用であることを示しています。交流用でしたら下線ではなくて「~(波線)」になります。

この種のメーター類は元来直流で動作しますので、そのまま交流の回路に使うと正常に動作しません。アナログ式(針付きメーター式)のテスターで電池の電圧を測るような場合にプラス・マイナスを間違えて接続するとメーターの針が逆側に振れてしまいますが、直流用のメーターを交流回路に使うと同じような現象がおきます。しかも、交流は頻繁に極性が変わります。普通の家庭用の電源は50Hzとか60Hzとかですから1秒間に50回も60回も正常接続と逆接続を繰り返すことになりますから、当然ながら正常な測定値を示すことはできません。



西沢電気計器製のメーターの裏側。
メーターの裏側。多少の違いはあっても、普通のメーターの裏側と言うのは概ねこのような形状をしています。メーターを取り付ける機器のパネルには、メーター本体を収納するための大きな穴を1箇所開けて、更にメーター自体を固定するための周囲の4箇所のネジ穴を開ける必要があります。

実はこの「メーター本体を収納するための大きな穴」が工作上は厄介な点なのですが、こればかりは避けることができません。大きな穴をあけずに済ますためにはメーター本体がパネルの内側ではなくて、パネルの外側に飛び出させるようにするしか対処方法がありませんので、出来上がりは出目金のような奇抜な形状になってしまうからです。

仕方が無いですから、一旦メーターを使うと決めたからには外観は無視してメーター自体は剥き出しのままでそこいらに転がしておくか、諦めてメーターの大穴あけ用の大口径のホールソーを1本買ってくるか、どちらかに割り切るしかありません。テーパーリーマで根気良く穴を広げて行くことも理屈としては不可能ではありませんが、大抵のパネル取り付け用メーターは「メーター本体を収納するための大きな穴」に対して、余り余裕の無い位置にパネル取り付け用のネジ穴が来るような構造になっています。ある程度まではテーパーリーマだけで作業しても大丈夫ですが、最終的な仕上げは甲丸ヤスリなどで頑張らざるを得なくなります。諦めてホールソーを買った方が良いと思います。言い方を換えればホールソーを揃える良い機会かもしれません。



メーターの接続方法

電圧計・電流計の配線方法を示した回路図です。
電流計・電圧計は右の回路図のように配線します。電流計は回路に対して直列に接続し、電圧計は回路に対して並列に接続します。電流計と電圧計のどちらが先にくるのか(どちらが電源に近い位置に接続するか)は、特に気にする必要はありません。

一番重要なことは電流計も電圧計もプラス・マイナスの極性がありますから、極性が変化するような箇所に配線しては拙い、と言うことです。つまり、普通のパワーパックなどに接続するのであれば逆転スイッチよりも手前に接続しなければなりません。

この極性云々の話は直流回路の場合でして、メルクリン製品やライオネルなどのティンプレートのOゲージなどのように交流を使って運転する場合は逆転スイッチの位置などを気にする必要はありません。大体、メルクリンやライオネルなどのティンプレートの場合はトランス側に逆転スイッチのような装置はありますが、あれは逆転スイッチではなくて動力車に載せた電動逆転機を動作させるためのスイッチに過ぎません。実質的には、交流の回路に極性は無いも同然と考えて宜しいでしょう。



メーターの応用

純粋に物理量を知るための計器として使用できることは言うまでもありません。目の前を走っている車輌は何ボルトで走っているのか、この車輌の最低始動電圧は何ボルトか、最高速度で走らせると何アンペア流れるか、車輌の連結器を捕まえてスリップさせたら何アンペア流れるか、目一杯重い列車を牽引させて機関車がスリップ状態になると、、、最後の例はほぼ例外無く電流計の針が途方も無く跳ね上がりますから「機関車が可哀相だからもう止めよう」と思う筈です。

この辺りまでは当然過ぎて面白くありませんが、電圧計は速度計の代用に使うことができます。鉄道模型に使うモーターは電圧を上げると回転数がほぼ比例して増えますから、電圧計の読みを速度計の読みに置き換えることは荒唐無稽なことではありません。大体、普通の速度計と言う代物自体が、速度信号を何等かの電圧信号に置き換えてメーターで読み取ることができるようにしたものに過ぎないからです。

電圧計をそのまま速度計に使ったのでは「今の速度は8.5V相当?」と言うことになって何となく興ざめですが、普通はメーターの文字盤と言うのは簡単に小細工できるようになっているものです。最初に写真をお目に掛けた西沢電気計器のメーターにしても、カバーを外して適当な文字盤を作って入れ換えてしまえば速度計にでも、温度計にでも、放射能計にでも、メーター自体は何にでも換えることはごく簡単です。



サーキット・ブレーカー

May 29, 2004.

サーキット・ブレーカー。
最近は純電子的な回路保護が主流でサーキット・ブレーカーが使われる機会は少ないようですが、もっと機械的な動作を伴う回路遮断機です。設定した電流以上の一定の電流が流れるとスイッチが外れて回路を遮断し、電流が流れ過ぎることを防止します。やっていることは、家庭用の分電盤に取り付けてあるブレーカーと全く同じですが、あの大きさでは取り扱いに不便なので、パワーパックに使用するブレーカーはもっと小型です。

勿論、必要な電流容量が合致するならば過程の分電盤に使っているブレーカーを流用しても特に支障はありません。但し、100Vの家庭用電源に使用するようなブレーカーは価格もそれなりに効果ですから、余り積極的に流用する意味はありません。耐電圧の関係もあってその逆は止めた方が宜しいでしょう。使い方は回路に直列に接続するだけですから配線方法はヒューズと同じ、ヒューズと違うのは繰り返して何度も使えると言うことですから、便利この上ありません。

上の写真左側の、白地に黒文字で「OFF」と表示が見えているものは広島県に本社があるテンパール工業製の10A用のものです。2004年5月に入手した時点で、東急ハンズ渋谷店で670円(税込)で販売されていました。上の写真右側の、黒地に白文字で「2A」と表示が見えているものは大阪府に本社がある和泉電気製の、2A用のものです。こちらは2004年5月に秋葉原のラジオデパート1Fに在る神保商会で840円(税込)で販売されていました。

この写真だけ見るとどうやってパネルに取り付けるのか迷ってしまいそうですが、これはごく簡単でΦ16の穴をあけて挿し込むだけで自動的に固定できます。この程度の容量のものでしたらΦ16の穴をあけて取り付けるのはごく普通の手法です。それでは取り付け穴径の「Φ16」の根拠は何かと言うと、これはMT管(ミニチュア管)と呼ばれる小型真空管のソケットの取り付け穴の寸法に合致します。そのようなわけですから、シャシ加工用のシャシパンチのセットを買うとΦ16用のものが必ず入っている、一番入手しやすい工具で加工できる寸法であると言うことになります。



サーキット・ブレーカー。
サーキット・ブレーカーの背面。配線用の穴が随分と小さく見えますが、これはハンダ付けで配線することが本来の使い方ではなくて、ファストン(ファッスン)端子を使って圧着工具を併用して配線することを前提としているからです。大きさ自体もヒューズホルダーと大差無い程度ですから、ヒューズと置き換えるのも巧い使い方でしょう。但し、トランスの1次側にサーキット・ブレーカーを使うことは止めた方が良いと思います。

理由は一にも二にも手軽に復帰させることが出来るからでして、トランス1次側の保護回路が動作するような場合はかなり致命的な故障が発生している場合が多く、そのような箇所に手軽に復帰させることが売り物のサーキット・ブレーカーを使うことは、余り望ましいことでは無いからです。このような箇所にはヒューズのように、交換の際に多少の心理的な抵抗感を感じる部品を使った方が宜しいと思います。



電圧とは、電流とは

Jan 27, 2002.

電圧とは電気の流れる勢いのこと、電流とは流れる電気の量のことです。水道を使って回す水車に例えたカワイモデルのカタログの秀逸な解説をご記憶の方もいらっしゃるかと思います。まさにあの通りです。序でに書くと電圧と電流の単純な積(=両者を単純に掛け合わせた結果)が電力です。電圧の単位のV(ボルト)はイタリアの物理学者、アレッサンドロ・ヴォルタ伯爵の名前に由来します。同様に、電流の単位のA(アンペア)はフランスの物理学者、アンドレ・マリィ・アンペールに由来します。電力の単位のW(ワット)はイギリスの物理学者、ジェームズ・ワットに由来します。

実際に電圧を上げてゆくと、電球が明るさを増したり、モーターが早く回るようになると言った現象が発生します。こうやって書けば至極簡単な話ですが、モーターを早く廻すだけが車輌の速度を速くする方法ではなくて、車輌のギヤ比を変えてやれば、同じモーター・同じ電圧であっても車輌の速度が変わります。実際に運転途中に自動車のマニュアル変速機のようなモノを操作して模型の車輌の速度を変化させる事は実質的に無理なので、便宜的に電圧を変化させることで車輌の速度を変化させているわけです。

電流が増えると、別に電球が明るくなったりするわけではありませんが、一定の抵抗値を持つ負荷にある電圧を掛けるとオームの法則によって一義的に電流値が求められます。電圧は機器を使う側が意図的に変化させますが、電流の方はそれに伴って自動的に変化するのだ、、、とでも考えておけば宜しいでしょう。

実際には容量の小さい電源だったりすると、本来は10A流れるべきところが5A止まりになってしまうような現象が起きます。5Aしか流せない電源は逆立ちしても5Aしか流せませんから、それよりももっと電圧を流すような使い方をすると電圧降下が発生する、保護回路が動作する、電流が流れすぎて煙を噴く、と言った現象が起きます。12V・5Aの電源で1A流れていれば12V掛けられる事は当然です。5A流していても12Vは掛けられるでしょう。これが6A、7A、8A、と出力電流が増えて行けば、電圧は恐らく下がって行くはずです。

例えば、消費電流が4Aの列車を5Aのパワーパックで運転している分には、快適に運転できるはずです。全速力で走らそうとして12V掛ければ列車はびゅんびゅん走るでしょう。同じパワーパックを使って同じく消費電流が4Aの列車をもう一本走らそうとすると、、、多分思い通りには走りません。4Aの列車が2本ですから合計で8A必要なのに対し、件のパワーパックは5Aですから差し引き3A不足しています。それではどうなるかと言うと上述のように、「電圧降下が発生する、保護回路が動作する、電流が流れすぎて過熱して煙を噴く、」と言った現象が発生するわけです。



耐電圧、耐電流はどうやって決まる?

耐電圧は主に電線に使用される絶縁材の種類によって決まります。当然ながら100V用の電線のほかに101V用や102V用を売っている、、、と言うことは無くて、耐電圧の種類は段階的です。普通には100V用、125V用、250V用,600V用などがあり、それ以外にはインターホンや玄関の呼び鈴などに用途が限定された32V程度までの電線も販売されています。普通に鉄道模型の配線に使うには、精々250V用以下の耐圧の電線を使えば十分で、実際にこの種のものがホームセンターなどでも一番入手しやすいはずです。32V用などと言うモノは流通量が限られているので、却って入手しにくいと思います。

耐電流は主に導線の太さによって決まります。こちらも種類は段階的です。更に耐電流を表示せずに電線の導体断面積だけを表示している場合が殆どです。普通には0.5mm2、0.75mm2、1.25mm2、2.0mm2、5.5mm2などの種類があります。それぞれの単位は平方ミリメートル(=スクェア・ミリメートル)ですから慣用的に「スケア」となまって発音されることもあります。従って断面積が5.5mm2のケーブルの断面積は「ごーてんご・へいほう・みりめーとる」とも「ごーてんご・すけあ」とも呼びます。現場ではもっと大胆に省略しますから「ごーてんご・すけ」とも呼びます。



電圧を上げる、電圧を下げる

電力とは電圧と電流の単純な積であることは既述の通りですから「電圧100Vで電流1Aならば100W」と言う計算はすぐにできます。100×1=100です。よくありがちな白熱電球1個分程度が消費する電力ですね。それでは、同じ100Wでも「電圧が1Vで電流が100A」の場合はどうなるかと言うと、これまた100Wです。

例えば実物の電車を考えた場合、20m車の単行運転だったら定格出力100KWのモーターを2台も載せておけば充分実用になると仮定します。つまり100KW×2=200KWですから200000Wとなります。普通の直流電化の区間でしたら架線電圧は1500Vですから、その架線には200000÷1500=133.3333、、、と言うことで133.3A流してやる必要があります。

これに対して交流電化区間は架線電圧が在来線ならば20000Vですから、その架線には200000÷20000=10、、、と言うことで10A流してやるだけで済みます。1500Vで133.3Aも、20000Vで10Aも、どちらも200KW(=200000W)であることに違いはありません。

いかがですか? 10A流せる程度の電線だったらテーブルタップや、何かの延長コードなど、どこの家庭にも転がっていそうですが、133.3A流せる電線となると相当に探し回らないと手に入りません。もっと極端に話を進めてゆくと200KW分のモーターを回すのに200000V掛ければ1Aで済むわけですから、これだと玩具の電池ボックスのリード線程度でも済むことになります。

但し、これは電流の方の話だけであって、200000Vも掛けられる電線となるとそれなりに厳重な絶縁が必要になってきます。当然ながら電圧と電流の兼ね合いには、実用的な範囲内での「ちょうどいい塩梅(あんばい)」「妥当な範囲」というものが存在するわけです。同じ電力であっても、電圧を上げると流す電流は少なくて済むことはわかりましたが、それでは流す電流を少なくすることの利点は何か、と言うと、、、



  • 電流が少なければ細い導体で済みます。従って送電線の鉄柱やらがそんなに頑丈で強固なものでなくとも実用になります。但し、程度問題ではあります。
  • 送電する電力が同じだとすれば、電圧を高くすれば、流す電流は少なくて済みます。電流を沢山流してやれば、掛る電流は低くて済みます。
  • 電圧が高ければ絶縁が丈夫でなければなりませんが、極端なことを言えば導体に被せてある合成樹脂の被覆を厚くすれば済みますから、導体に使われている銅線よりも軽くて済みます。勿論、これも程度問題ではあります。


それでは家庭用の配線だって100万Vにしてしまえば良いのか、、、と言うと、これは無理な相談です。家庭用のコンセントにそんなに高い電圧が掛かっていたのでは余りにも危険すぎます。更に既存のインフラと言うか電化資産?と言うか、既に100Vの機器が普及しているわけで、そう簡単に電圧を変えるわけには行きません。それでも交流の場合はトランスさえ使えば電圧はある程度自由に変えることができますが、直流の場合はそう簡単には電圧を上げることも下げることもできません。



追記

以上はまぁ、単純な理屈です。例えば最近普及しつつある200Vの家電製品を使えば、普通の100Vの家電製品に比べて同じ電力ならば電圧が2倍になれば電流は1/2しか流れないで済むのですから、随分と大きな違いです。これが更に、遠距離の発電所から需要地まで電力を送ってくる高圧送電線では、非常に大雑把な表現をすれば電圧を上げれば上げるほど有利になる、とも言えます。



安全のために

Oct 21, 2001.

鉄道模型は人間を殺傷する為の道具になり得ます。「機関車の角で殴り殺した」と言うのは論外ですが、このコンテンツで話題としている電気機器は取り扱いを誤れば火災の原因となって、焼死者が発生する可能性はあります。感電して死亡する可能性が皆無とは断言できません。「そんな可能性は無い」と断言できる人間がいたとすれば、余りにも増長して現実を直視できなくなっているか、単に世間知らずで脳天気なだけでしょう。

例えば、私たちが日常使っている乗用車は快適で便利な乗り物ではありますが、あれ1台で20人や30人の人間を一気に殺害する事はごく簡単です。日曜日の歩行者天国の人ごみの中へ150キロくらいの速度で突入すれば宜しい。命中精度の低いミサイルよりもはるかに簡単に、安く、短時間に殺傷することができます。勿論、正常な人間がそのようなことをするとは思えませんが、、、。

「正常な感覚」の持ち主であれば自賠責は当然として、任意の自動車保険にも入っている筈です。それでは、自動車保険に加入している、いわゆる「正常な感覚」の持ち主は何10人かの人間を殺傷する為の源資作りが目的で保険に入るのでしょうか?。恐らく、そんな人はいない筈です。「今日、自動車で出掛けたら10人くらいひき殺すだろうなぁ」と言う確信に満ち溢れて晴れ晴れと自動車で外出する人はいない筈です。

「それでは保険なんて無駄ではないか」と言えばその通り、保険と言うのは無駄にする為にあるものです。無事故で過ごせば保険を使う機会は何も無いわけで、こんなにも無駄で素晴らしいことはありません。無駄ではあっても、2重3重の保障のために自動車保険に入るのです。「掛け金が無駄になると勿体無いから」と考えて意図して他人を轢き殺そうとするのは、保険金殺人を志す不届き者だけです。「鉄道模型の自作パワーパック用保険」なんてものは聴いたことがありませんが、鉄道模型での安全性も似たようなものですから、無駄に見えても最大限に安全性を確保するために工夫するし、努力する必要があります。

無人島で自分ひとりだけで鉄道模型をやっているならば、どんなでたらめなことをしても怪我をするのは自分自身だけですが、お父さんが楽しそうに模型を走らせていればお子さんは近寄ってくるだろうし、お父さんのパワーパックが繋がっているのと同じコンセントには、ご家族が見ているテレビも繋がっているだろうし、自分自身のためにも、自分を信頼してくれている周囲の人間の為にも、安全面に関しては最大限度の考慮を払って然るべきです。

ここまで読んで「馬鹿馬鹿しい」と思われた方。この先には更に馬鹿馬鹿しいことが書いてありますから、これ以上はお読みにならない方がよろしい。時間の無駄です。「ホンのちょっと位は役に立ちそうかも知れない」とお考えいただけた方。何処までお役に立てるかは自信が無いのですが、一応は電気工学をかじった経験のある者として、誠実に書けるだけのことは書いておきましたので、多少でもお役に立てれば望外の幸いです。こう言う強硬で極端な表現をするから、私は友人が少ないんだとは思いますが、誰が何をどう使おうとも、危ないものは危ないし、安全のための努力は最大限にするべきだと思います。



定格は守る1

定格100Vの機器を200Vの回路に繋ぐ人はいないと思いますが、結構やりかねないのは部品の定格突破です。定格12Vの回路に使うコンデンサは定格16Vのもので良いか、、、と言えば基本的にはその通りですが、例外的なことは当然考えられます。安定化電源の出力から出てきた12Vならばそれでも良いでしょうが、単に整流しただけの直流回路でしたらサージ電圧が乗ってくる可能性が十分に考えられます。大雑把に言うと最悪でルート2倍した程度は予想されますから12V×1.414=16.968Vとなります。

普通の電子部品の定格電圧は低い方から順番に6.3V、10V、16V、25V、35V、50V、63V、80V、100V、となりますから、この場合のように12Vの回路に使う場合は最低でも25V定格のものを選びます。

但し、部品屋さんによってはこんなに細かく品揃えしていない可能性がありますから、兎に角「迷った時は高めの定格」にしておくことです。要は、危ない橋は渡らないと、君子危うきに近寄らず、です。定格が2倍になったから値段が2倍になるわけではありませんので、予算に余裕があれば高めの定格の部品を買い求めておくと良いでしょう。



定格は守る2

逆に低い方の定格の話です。スイッチやリレーなどの接点を持つ部品は結構複雑な用途分けがあります。鉄道模型で使用している分にはそれほど気にする必要はありませんが、本来交流回路用のスイッチやリレーは直流回路には使用できません。直流回路では回路の断続のたびにアーク放電が発生するので、これを消すための仕掛けが直流回路用のスイッチには仕込んであり、交流回路用ではそれが無いからです。交流回路用のスイッチで直流回路に代用できるのは概ね30V以下の電圧の低い回路までです。

定格を大幅に下回る容量域で使っている限りは事故が無いから構わない、と言ってしまえば確かにその通りなんですが、安全重視だからと言って本来必要な定格に対する余裕が10000万倍の部品を使う、、、と言うのは、やはり何処かおかしいです。なんと言えば良いのか、そもそもそう言う部品選択をする発想自体がやはり何処か変です。「ジャンク屋で購入したから定格を大幅に突破した部品だらけになるんだ」と言うことであればそれならそれで、もっと適切な定格のジャンク部品を探してくるのが本筋です。



リレーやスイッチの並列使用は避ける

定格遵守は当然のこととして、10Aのスイッチを10個並列にして100A用にして使うなら定格内に収まるからこれでいいのか、、、と言うと、こう言う使い方は絶対に駄目です。「一つのスイッチのケースの中に4回路分入っているから、並列に繋いで定格の4倍」と言うのも駄目です。スイッチは機械的な動作を伴いますので、必ずしも全ての接点が同時に切り替わることは厳密にはあり得ません。従って上述のように並列にして使用すると、たとえごく僅かな時間であっても、どれか1個だけが一番最初に成極する際には定格の10倍やら4倍やらの電流が流れる事になるからです。この事はリレーなどでも全く同様です。

信頼性重視と言うか、10A流す回路にバックアップ的な意味を含めて10A接点のリレーやスイッチを複数個並列にして使うのは、実装する技術者の設計センスの問題で、まぁ支障の無いことです。寧ろその方が機器の信頼性が高まるので望ましいと言えなくも無いですが、「10Aの回路に10Aの接点を10組使」った、なんて使い方は普通の人はしません。どの程度の定格突破が常識的?とされるのかは知りませんが、精々「10Aの回路に10Aの接点を3組使った」と言う程度が余裕を持たせるにしても「常識的」と呼ばれる範囲でしょう。数1000倍もの余裕を見込むのは、幾ら用心をしたとは言っても単なる無駄でしかありません。



交換して良いヒューズ・ダメなヒューズ

ヒューズは回路保護の為には一番手軽な部品です。普通のパワーパックなどの電源機器は本来ならば、「1次側の交流100Vがトランスに入る直前」と「2次側の出力ターミナルへ出る直前」にヒューズを入れて然るべきです。実際にはどちらかを省略したり、保護回路を入れるのは2次側だけで、それもヒューズが切れた都度交換しないで済むサーキット・ブレーカで代用することが多いです。

サーキット・ブレーカは手軽だし動作も確実なので是非使用するべき部品です。脱線してショートすることは滅多に無かったとしても、モーターが引っ掛かってロックしたような状態になって、その内に過負荷になって保護回路が働くことは結構頻繁に経験することですし、その都度ヒューズを交換するのは面倒です。奇麗事は抜きにしても余り頻繁にヒューズが切れると、横着して針金を突っ込んでヒューズの代用にしたくなるのがある程度当然のことです。あくまでも「ある程度」ですがね。ご自分自身の人間的な弱さ?を絶対に克服することのできる強固な意志をお持ちの方以外は、2次側の保護回路はサーキット・ブレーカにするのが良いと思います。

問題は1次側ですが、こちらはサーキット・ブレーカを使うべきでは無いと思います。理由はトランスの1次側のヒューズが切れると言うのは、普通では考えられない現象だからです。勿論、皆無ではないのですが2次側に保護回路を入れてあるにもかかわらず1次側の保護回路が動作してしまうと言うのは、多くの場合は2次側をショートさせたと言うよりは、トランス内部でレアショートと言って巻き線が内部でショートしていたり、相当に致命的な故障が発生している可能性が高いからです。

実際に「ブレーカー内蔵の電源スイッチ」と言うものが製造されていて、しかも白状するとその種の部品を使った機器を仕事の中で取り扱った経験もあって非常に便利でありがたい存在ではあるのですが、、、やはり、1次側が余りにも簡単に復旧することが出来てしまうのは安全性を考えると宜しくありません。従って、手軽に復旧できるサーキット・ブレーカは避けてヒューズを使い、更に1次側のヒューズが切れた機器は充分に調査して充分に安全であることが確認できるまでは使用するべきではありません。



ヒューズの種類は守る

そのヒューズの話ですが、ヒューズが切れた際に同じ電流値のヒューズに交換するのは当然として、余り違う種類のヒューズに交換することは本来は望ましくありません。厳密に言うと、ヒューズには定格電圧も決まっているからです。例えばガラス管ヒューズの場合、200Vの回路で飛ばすヒューズと32Vで飛ばすヒューズとでは、ヒューズ線が飛んだ際のガラス管の中でのヒューズ線の飛び散り方が違うからです。具体的にどうなるかと言うと、飛び散ったヒューズ線がガラス管内に極めて薄い皮膜状に張り付いて、細々と導通が残ってしまう可能性があるからです。

もっとも、この種の話は理論としてはその通りだとしても、確率的には無いも同然ですし、皮膜状になったヒューズ線の残骸に定格値の電流が流れれば再度ヒューズが切れるだけの話なので、余り心配には及びません。

もう一つ、ヒューズには「ファーストブロウ(=即断)」と呼ばれるものと「スローブロウ」と呼ばれるものがあります。普通に売られているヒューズはファーストブロウですが、トロイダルコアのトランスを使っている機器などで、電源を入れた際の突入電流の大きな機器ではスローブロウのヒューズを使います。ファーストブロウのものでは電源を入れたり切ったりするたびにヒューズが飛び過ぎてしまって、使いにくくて仕方が無いからです。逆に、本来はファーストブロウのヒューズを使う個所にスローブロウのヒューズを使ったりすると、今度は定格を突破してもさっぱりヒューズが飛ばなくなるので回路保護の役目を果たさなくなります。適材適所はヒューズの場合でも守るべきです。



自信がなければAC100Vの配線には手を出さない

「それでは何も作れないじゃないか」と言われそうですが、あくまでも鉄道模型は趣味でしょうから、ご商売で模型をおやりになっている方以外、何も好き好んで危ない橋を渡る必要はありません。自信が無ければAC100Vの部分には手を出さない方が良いでしょう。例えば、AC100Vの部分は市販のACアダプタを使って済ますと言う回避方法もあります。12Vや15V程度の低圧回路だから絶対に事故がおきないと言うことではありませんが、AC100Vに比べれば圧倒的に安全です。

石橋は充分に叩いてから渡るべきです。渡る前に叩きすぎて壊れてしまったとしたら、それは非常に喜ばしいことです。渡っても壊れない橋に掛け直せばよろしい。少なくとも、渡っている途中に橋が壊れて川で溺れることは無くて済んだわけですから不幸中の幸いです。



低圧だからと言って電池を舐めて掛からない

それでは、DC12VやDC15Vよりも更に電圧の低い電池などはもっと安全性が高いのか、と言えば、、、恐怖に怯える必要は無いと思いますが、電池も使い方を誤れば自然発火したりする可能性はあります。使い終わった普通のマンガン電池を焚き火の中に放り込むなど、以ての外です。焚き火は兎も角も、電池に限らず電子部品には有害な物質を含んでいる物がかなりありますから、もしも使わなくなってゴミとして処分するような場合は、お住まいの自治体のルールに従って処分する必要があります。例えば、水銀電池には当然水銀が入っていますから、こんなものをそこらに投げ捨てるなんてことは、感電以上にとんでもない話です。



知ったかぶる人間の言うことを信用しない

私を含めて、世の中の大部分はちょっと自分に知識があると思うとそれをひけらかしたくて、てぐすねを引いて待っています。自己顕示欲と親切心が渾然一体となっているようなものですね。この種の人間の欠点は、自分には欠点があると知らないし、そのことが露呈しそうになると逆上したり、発覚を恐れる余り嘘の上に嘘を塗り固めるようなことをして取り繕おうとする点です。その為に泥沼に嵌って行くという点では、何処かの石器掘り野郎と同じ水準です。

「石器掘り野郎」と「電子工学の知ったかぶり男」の違う点は、知ったかぶり男の言うことを間に受けてしまうと、即ちに身体生命財産に危害が及ぶ可能性があると言う点です。少なくとも石器掘り野郎が原因となって死亡者が出たと言う話は寡聞にして聞いた記憶がありませから、こいつの方が多少の救いはあるかも?。「電子工学の知ったかぶり男」の言うことを真に受け過ぎると死傷事故が発生する可能性は充分にあります。何か事件が発生すると、その人間はこそこそと尻尾を巻いて逃げ出して行くことでしょう。

「怪しい」と思ったら、その相手には念書を書かせて、署名捺印をさせるとよろしい。例えば、「**の回路でパワーパックを作った場合、絶対に正常に動作し、事故が発生しないことを証明し、事故発生の場合の全責任を無条件に負います」とでも書かせれば良いでしょう。多分、念書なんか誰も書かないと思いますが、逆に言えばそこまで要求しなくても大丈夫そうな相手を見つけて教えを乞えば済むことです。

但し、私はそんなに電子回路に詳しいわけではないので、私に相談してもダメです。その代わり、私自身は自分がそれほど知識が無いことは理解していますし、知人に電子回路の専門家が何人もいるので、困るようなことは何もありません。礼を尽くして教えを乞えば済むことですから。ソクラテスの「無知の知」みたいな話ですけど、、、。



図に乗らず、謙虚に

私はマザーボードやらバルクのCPUやらを買ってきてコンピュータを組み上げる程度の、いわゆる「コンピュータの自作」が出来る程度のスキルはありますが、コンピュータを組む「だけ」のことでしたら電子工学・電気工学のスキルとしては最低水準のものです。はっきり書くと、いわゆる「コンピュータの自作」なんて言うものは、スキルのうちには入らない程度のものです。

「コンピュータが組めるから自分のスキルは相当なもの」なんて思ってパワーパックを舐めて掛かるのは勘違いもいいところです。自作パワーパックが一発で動作したからと言って、、、こちらはゼロからご自分で回路を考えたのであれば大したものですが、模型雑誌の記事をコピーして作ったのであれば、これまた大したスキルではありません。

再三書いていますが、電気製品というのはどんなに小規模なものでも自分自身や第三者の人命や財産を損なうような可能性を秘めています。だからこそ、僅かな功を誇って図に乗って相手を舐めて掛かるのは人間としてもっとも恥ずべきことの一つです。事故を起こすのも、起きた事故で死ぬのも、自分ひとりの責任で自分だけで玉砕するべきで、他人を巻き添えにするようなことは厳に慎むべきことです。