新湘南電鐵 横濱工廠archive

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2017年 05月 05日

電気のお勉強その9 抑速回路の安全性の検証

電気のお勉強の最後です。
抑速回路の検証も終わり、表計算も可能になりましたので、いろいろな条件を入れて抑速回路のの安全性、限界の検証をしておきましょう。

さて、最終章、安全性の検証ですが、その前にここまでの話と実際は一致するのか、を確認しておきましょう。
これをしないと机上の空論で何の意味もなくなりますからね~(^^)

車輌は現在マヌ34とスハ32を牽いて仙山線ごっこをしているED14を使いましょう。
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このED14の走行時電流は、以前の測定で電圧6Vのときに0.087Aでした。
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6Vで0.087Aなので、単純に抵抗を計算すると
6/0.087≒68.96Ω。
まあ69Ωとしておきましょう。
※正確な計算値ではありません。

ポテンショメーターは50Ωに設定してみましょう。
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これらの数値を表計算に入れてポテコ抵抗(ポテンショメーターと固定抵抗の並列接続の合成抵抗)の端子電圧を求めると、1.596Vとなるのだそうです(^^)
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実際に電圧6VをかけてED14を走らせ、ポテコ抵抗の端子電圧を測定してみました。

結果がこれです。
1.6V弱。
1.57V~1.58Vくらいですね。
計算値が1.596Vですから、一致したと言ってよさそうです。

一応、表計算が正しいかも再確認しておきましょう。
モーター抵抗69Ω、ポテンショメーター50Ω、固定抵抗50Ω、電圧6Vです。
ポテコ抵抗(ポテンショメーターと固定抵抗の並列合成抵抗)は50Ω/2=25Ω。
モーターとポテコ抵抗の直列合成抵抗は69Ω+25Ω=94Ω。
流れる電流は6V/94Ω=0.06383A
ポテコ抵抗にかかる電圧は0.06383A×25Ω=1.5957V
はい、合ってます。
ちなみにポテンショメーターの電力値は1.5957V×1.5957V/50Ω=0.0509W
なので0.5W以下です。
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計算と実際でこの端子電圧が一致したということは、ポテンショメーターの電力計算も正しいことになります。
電力=電圧×電流=電圧×電圧/抵抗、ですからね。

これで計算式と表計算が安心して使えます(^^)

では安全性の検証、まずは動力車重連、つまり動力車2輌の場合です。
数値は違いますが、室内灯や前照灯も似たような考え方ができます。

下図のようなつなぎ方になりますね。
モーターが並列接続です。
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この場合、基本は抵抗の並列接続と同じ考え方でできますから、
モーター1台の抵抗を40Ωとすると、2個では40Ω/2個=20Ωです。
※極端に特性の違うモーターはちょっと複雑になります。
ここは同じモーター、例えば16輌編成の新幹線に2モーターとか、です。

電源電圧12Vをかけた場合、ポテンショメーター1Ω~100Ω時の電力値が下図です。
ほぼ全域でポテンショメーター電力が0.5Wを超えます。
1Ω、つまりほとんどポテンショメーターの抵抗がゼロの場合のみ、0.5W以下になります。
グラフの曲線がモーター車1台40Ωのときと異なり、最大値が15Ω付近に来ます。
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では、40Ωのモーター搭載の動力車重連でポテンショメーター電力が0.5Wを超えない電圧はいくらなのか?

下図の通り、7.5Vくらい。
もちろんモーターの抵抗が変わればこの値も変わります。
これはあくまで1個40Ωが2個の時です。
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では、1Ω単位でもう少し細かく見てみましょうか。
まず、速度的に使いやすい30Ωではどうか、一番上の図です。
元電源電圧 8Vくらいですね。
これなら実用上、使えそうです。

その下は電圧12V時と7.5V時、一番電流が大きくなる15Ω付近を1Ω単位で見てみました。
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ここでまた、重連運転の時にポテンショ電力がどうなるか、実検証してみましょう。
元電源電圧は6V、ポテンショメーター抵抗は50Ωで行ないます。
トラクションタイヤの回転差がモーターの負荷を変えてしまうため、動力車はできるだけ特性が近い方が良いので、Bトレの上信デキ2と3を使いました。
条件を同じにするためにヘッドライトは点灯しない方向にしています。

測定はポテコ抵抗の端子電圧で行ないます。

まずは機器のセットです。
前回の測定時、BトレDD51の走行時電流は電圧6Vで0.105Aでした。
そうするとモーターの抵抗は概算値で6V/0.105A=57.14Ωです。
この数値を計算表に入れるとポテコ抵抗端子電圧は1.826Vになるはずですから、そうなるようにパワーパック電圧やポテンショ抵抗をセットしました。
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先にデキ2輌のモーター単体の抵抗を求めるため、6Vで走行させてポテコ抵抗にかかる端子電圧を測定しました。
まずはデキ2です。

ポテコ抵抗端子電圧の測定結果は1.45V。
計算表でポテコ端子電圧が1.45Vになるようなモーター抵抗を探ると78Ωでした。
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次にデキ3です。
ポテコ抵抗端子電圧は1.1Vでした。

この時のモーター抵抗は111Ω
※もちろんモーターには全負荷がかかっていませんので、この111Ωは絶対的な値ではありません。
重連時の抵抗を計算するために求めた仮の値です。
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今度は重連です。
モーター抵抗(仮の値)はデキ2が78Ω、デキ3が111Ω、その並列接続ですから、
モーター全体の抵抗は例の最終兵器(9)で
合成抵抗=抵抗1×抵抗2/(抵抗1+抵抗2)を使うと
合成抵抗=78×111/(78+111)=45.81Ω。

これを計算表に入れると元電源電圧6Vでポテコ抵抗端子電圧は2.11Vほどになるようです。
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で、実測値が下図です。
2Vちょっとですね。
概ね計算式と一致しました。
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下に元電源電圧12Vのときの計算表を載せてみました。
Bトレ動力の重連なら12Vかけてもポテンショメーター電力は0.359Wで、限界の0.5Wを超えることは無いようです。
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★ショートしたら??

最後に見ておきたいのは最も危険な場合です。
車輌が脱線したりしてショートしたらポテンショメーターにはどれほどの電力がかかるのか?
ショートと言うことは、モーター側の抵抗が0Ωになるということです。
つまり、こういう状態。
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それでは電圧12V、モーター抵抗0Ωを計算表に入れてみましょう。
ポテンショメーター電力のグラフ曲線が今までと全然違いますね。
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もう、元電源電圧12Vかかっていたらポテンショメーターがいくらの設定でも一発で焼けますね。

次に、何ボルトなら焼けずに済むのか?
下の表で見てみると、安全な電圧は0.7Vくらいです。
これは車輌が走行しない電圧ですから使えませんね。
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それではポテンショ50Ωの時、元電源電圧何ボルトまでなら車輌がショートしてもポテンショ電力0.5W以下で耐えられるのか?

それが下図です。3.87Vくらい。
車輌がようやく動くか動かないか、というところです。
やはり、ショート時は一刻も早く電源を切ることが重要ですね。

さて、これで一連の電気のお勉強は終わりです。
最後までお読み戴きましてありがとうございました。
また、BBSからの転載のためもあり、途中ちょっとお見苦しい点がありましたこと、お詫び申し上げます。
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ちょっと追補します。
固定抵抗と並列にせず、ポテンショメーターだけだったら抑速回路にならないのか?という疑問が出ますよね。
そこで、ポテンショメーターだけの場合を検証してみましょう。
下図のような回路です。
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計算表に固定抵抗無限大(無限はないので10000000くらい)を入れてみました。
12Vではほとんど0.5Wを超えてしまい、運転できません。
9Vくらいでやっとでしょうか。
でも、ちょっとオーバーしたらもたないです。
これがポテンショメーターと固定抵抗を並列接続にした理由なんです。

これでほんとに終わりです。
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# by nari-masa | 2017-05-05 15:19 | 電気制御 | Comments(0)
2016年 08月 13日

30万アクセス通過

こちら新湘南電鐵 横濱工廠Archiveのアクセス数が2016年8月13日に延べ30万を通過しました。
全く更新していないBlogですが、いつもご訪問戴き誠に有難うございます。
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# by nari-masa | 2016-08-13 06:40 | その他 | Comments(0)
2015年 07月 19日

EF56整備(3)前照灯交換 & ED371ナンバープレート取付・完工

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本日のEF56整備作業は前照灯の交換です。
使用したのは例のKATO旧国用。
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施工前は立派なカマボコライトでした。
この前面窓、一応プラ製が付いていますが、かなり引っ込んでますね。
平面度もいまひとつ。
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以前にはめ込み窓にしたマイクロEF10タイプC形機です。
やっぱりこのくらいにはしたいですね~。
前面だけでも交換しましょうか。
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施工中にちょっと驚いたたことがひとつ。
これはKATOの動力ユニットですが、薄緑のプラ製部品に片側2ヶ所のへこみがあります。
これは多分、ボディ側の突起を避ける目的だと思うのですが・・・
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マイクロ製EF56車体です。
車体内側の同じ位置に突起がありますが、これは側面ガラスを抑えるための突起です。
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KATOの動力にマイクロの車体を嵌め込んでみると、この突起とへこみの位置関係がぴったり。
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突起がへこみに嵌ることで車体が浮かずにすみます。
まるで最初からそのように設計されていたみたいです。

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さて、本日の当廠所属機同時施工はワールド工芸製東芝45t電機のナンバープレート取付です。
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先日、通販で入手したナンバープレートです。
地色は良く分かりませんが、黒より少しおとなしめのぶどう色1号で色入れしました。
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ED2911のナンバープレート取付位置が良く分かりませんでしたので、しっかりした画像が残っているED371にしました。
参考にさせて戴いたサイト様はこちらです。
ED371は一番下にありますが、途中のED15とか、すごい資料です。
今度鉄コレで出るED14もあります。
ED14に細工なさる方は是非ブックマークを。
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これで本当に凸形電機ED371、完工です。
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# by nari-masa | 2015-07-19 20:54 | 旧型電関(N) | Comments(4)
2015年 07月 18日

EF56整備(2)動力整備 & 自社ED62整備完工

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H鉄道様より受託したEF56整備工事、本日は動力まわりの分解整備と各部色挿し、パーツ交換等を実施しました。
パンタグラフはメタルプライマーをかけてから黒鉄色に塗装、シューにカッパー、関節にワンポイントの赤の当廠仕様です。
分かりにくいですがテールライトが明るい赤だったのでクリアレッドを被せてあります。
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まずは動力を分解してモーターの給油とモリブデングリス塗布。
メーカー禁止事項ですが、当廠標準整備でOKとのお墨付きを戴いていますので、あくまで当廠仕様で。
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H鉄道様の常点灯コントローラー対応のため、コンデンサーを撤去しました。
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再組立てして試走しました。
とりあえず動力はこれでOKですが、ポイントで少し脱線癖がありましたので、車輪を押し込んで車軸との隙間をなくしてあります。
EF57の車体側に付いていた運転台部品が使えそうなので、車体から外して取りつけてみました。
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デッキをEF57-1強化型に交換して下まわりの整備は完了です。
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ちょっと車体を載せてみました。
運転台は予想外にいい雰囲気になります。
あとでシートを青で塗ります。
デッキとボディの隙間もちょうど良さそうです。
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カプラーはCSナックルに交換、ブレーキホースを取り付けてコックには白で色挿ししました。
EF5612は電暖仕様ではないので、本当は左の電暖ジャンパー栓受けは不要なのですが、材質が軟質プラのため削り取るとかえってみっともないことになりそうなので、そのままにしました。

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この工事と並行して当廠所属機ED62の整備を完工させました。
ヘッドライトは暗いオレンジだったのできらめきライト水平型に交換。
その他にはパンタグラフをライトガンメタルで塗装、シュースライダーにカッパー、関節とホーンに赤、ナンバープレート、メーカーズプレート、信号炎管、ホイッスルカバー、誘導員手摺り取り付けなど。
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EF56と同時施工でブレーキホースを取り付けました。
スカートはGSIクレオスのニュートラルグレーで塗装してあります。
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# by nari-masa | 2015-07-18 21:31 | 旧型電関(N) | Comments(6)
2015年 07月 17日

EF56整備(1)施工前の養生、及び旧客電飾完工

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EF5612、整備開始ですが、その前に車体の養生をします。
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何せ何度も弄り回しますので、ナンバープレートの金が剥げてしまいます。
その辺りをマスキングしました。
屋根板とパンタグラフも取り外しました。
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EF57の車体を外してEF56の車体を乗せてみました。
Locomotoraさんが腰高のご心配をなさっていましたが、どうでしょうか?
エアタンクのすぐ上まで車体が入りますので、それほど腰高感はなさそうです。
EF56独特のエアーインテークも良い方向に作用しているようです。
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当廠のR177で運転試験を行ないますので、先台車は通過できませんから外してあります。
次回は車体を下廻りに固定する方法の検討と動力の整備を行ないます。
現在でも走行音は悪くありませんが、一応分解してモリブデングリスの給油など行ないます。

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話が後先しますが、マイクロ八甲田のスハ43系4輌の電飾を行ない、旧客の電飾が完工しました。
これも窓枠がちょっと透けますね~。
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急行用なので白色LEDとし、車内の床部分は明灰白色としました。
車軸の清掃が済んでいないため、走らせるとちらつきますが、ここまで終わっていれば暇なときに清掃すれば済みます。
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# by nari-masa | 2015-07-17 23:01 | 旧型電関(N) | Comments(6)