小型のターンテーブル式実験装置供給電源の比較

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鉄道模型実験室 No.252 　小型のターンテーブル式実験装置供給電源の比較

　小型のターンテーブル式実験装置を作り、色々な小形動力車の動力特性の測定を進めています。しかし、室内灯にテープLEDを装着している車両について、その電流特性が動力特性の消費電流に少なからず影響していることを確認するために、動力車に給電している電源の違いを検討しました。

■ 供給電源の違い

　何時も使用している安定化電源の場合は、一定電圧の直流電流を供給しています。この場合の測定状態を下に示しますが、走行中はヘッドライトは点灯するも、室内灯は消灯状態です。

　一方、パルス制御である PWM制御方式を使用したTOMIXのTCSパワーユニットN-1001-CL を使用した場合を下に示す。この場合は、ヘッドライトが点灯している上に、室内灯も点灯しています。この点灯ににより、消費電流が増加していることがよそうされるので、その違いを確認しようと実験しました。

　このTOMIXのパワーユニットは、０ボルトと１２ボルトとのパルス制御であるため室内灯の３連式LEDと言えども点灯するのです。詳しくは、「テープLEDを使って４灯を点灯させる」（2021/12/10）にて報告を参照してください。その中の一つの特性図を右に転載しました。

　この車両の室内灯は、3連式のテープ式LEDであるので、８ボルト以上でないと点灯しないのです。従って安定化電源の場合は点灯しないのです。

　一方、PWM制御の場合は瞬間であっても応答性の良いLEDは点灯し、目の残像機能によってズーと点灯しているように見えるのである。

　また、前照灯の場合は、１個のLEDのために２ボルトを超えた辺りから点灯し、電圧によって徐々に電流を増加させて行くのです。

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　このような特性を踏まえて、鉄道コレクション12ｍ級小型電車富井電鉄モ1033号車の動力特性を見ていきましょう。

　なお、PWM制御の場合は、０ボルトと１２ボルトとのパルス波形なので、横軸としての電圧をどうの様に表示するのか迷うところであるが。

　ここでは、この測定装置の電圧測定回路をそのまま利用して得られた結果をそのまま表示している。　即ち、「測定回路部の改善工作」（2024/9/11）に示すように、10KΩの抵抗と100μFコンデンサによるローパスフィルタを通して測定し、測定プログラムでも累積値を使った処理などの工夫により、パルス波信号を平均化した値として処理している。　これによって、モータに働く電圧は直流の場合と同等であろうと判断したのである。

　また、ヘッドライトと室内灯はモータ回路と並列に接続しているので、電飾による電流増加の影響は駆動モータへほとんど影響しないと考えている。ただ、線路からの給電回路に存在する抵抗によって、電圧降下としての影響が少しはあるのではと思っていいる。

■ 特性の比較

　下記のグラフは、左側が安定化電源の場合で、右側がTOMIXのパワーユニットを使用した場合の特性です。