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鉄道模型実験室 No.301 引出し特性 EF65-1103号機（再）
引出し特性という現象を観察しています。EF65-1103号機の引出し特性を観察しましたが、測定方法のミスに気が付き再実験を実施しました。やっとこさ、まともなデータを観察することが出来るようになりました。
■ 問題点について
実験観察は、同じ装置を使って実施します。対象としたモデルは先回と同じEF65-1103号機です。
スタート状態の条件変更は容易に実施できますが、電圧と電流の測定値の疑問点については、線路上の電圧を観察することにしました。超小型２線式LEDデジタル電圧計を使って線路に架電された電圧を直接観察できるように工作しました。
そして、表示された電圧と、安定化電源に表示されている電圧の値を比較することにしました。
通電中の空転時は勿論、走行時においても、配線途中の電圧降下はあるものの、今までのような大きな電圧降下は認められませんでした。という事は、実際の電圧降下は発生しておらず、電圧測定の方法に問題があることになります。
そこで、測定系の配線やスケッチなどをチェックして、ポカミスを見つけることが出来ました。・・・・・・・・この対策を実施して問題が無いことを確認して、今回の再実験を実施しました。
■ 電圧制御によるステップ応答
安定化電源にて電圧値を設定して、電流値はMAXにしておきます。そして、手放し状態からヨーイドンにてスタートさせました。この時のステップ応答の状態を観察しました。
● 電源電圧を10ボルトに設定する。
● 電源電圧を8ボルトに設定する。
● 電源電圧を6ボルトに設定する。
● 電源電圧を4ボルトに設定する。
設定した電源電圧と測定部の電圧とはわずかな電圧降下があるものの、ほとんど一致していることが分かります。指して、測定中も電圧は一定値に保たれていました。また、車速が上がると共に電流値は減少しています。
この電流が減少する理由を探るために、電圧が10ボルトと８ボルトの場合の引張力と電流値のグラウをうえの左と中央に示します。立上りの過渡期を過ぎた16グラム以下の場合は、引張力と電流は直線にて示す線上をたどっていることが解ります。この直線は、上右に示す引張力と電流との静特性とピタリと一致するのです。
即ち、車速が上がると電流値が減少するのは、逆起電力による影響によって動力車が発揮できる引張力が低下しているからに他ならないからです。
■ 電流制御によるステップ応答
今度は、安定化電源にて電流値を設定して、電圧値はMAXにしておきます。そして、手放し状態からヨーイドンにてスタートさせました。この時のステップ応答の状態を観察しました。
● 電源電流を185ｍAに設定する。
● 電源電流を150ｍAに設定する。
● 電源電流を130ｍAに設定する。
● 電源電流を110ｍAに設定する。
● 電源電流を90ｍAに設定する。
電流制限の状態で設定した電流値と測定部で測定した電流値の値はピタリと一致していました。また、電圧値は、車速が上がると抵抗が増えるため、同じ電流を流すためにも電圧をアップさせる必要があるのですが、その傾向もバッチリと観察することが出来ました。この電源の上限電圧ボルトですね。
■ データのまとめ
これらのデータを制御内容別に、電圧制御と電流制御の場合のグラフにまとめてみました。
先回の実験とは異なったパターンになっています。スタート時の状態が違うからです。
先回は移動体の動きを手で止めて、動輪が空転している状態からスタートさせました。しかし、今回は手を触れない停車状態からスタートさせました。勿論、電圧や電流の入力はステップ状に加えるステップ応答（インディシャル応答）での過渡応答にて実験しています。
この実験方法の違いを含めて考察内容を箇条書きにしてみました。
- 停車状態からのスタートのため、立上り時の速度はゼロから急速に加速しています。このため、その様子は先回と異なっています。
- さらに、電流制御の場合はその後の経過は明らかに違う事がはっきりと表れています。、
- また、先回考察したゾーンE の動きは今回も観察できます。よく見ていると、現象として引っ張ている糸の弾性と慣性体による振動系の動きのような考えも浮かんできました。この振動系のステップ応答が表れているのかもしれません。
- 電圧制御と電流制御の場合の違いもはっきりと確認できます。電圧と電流の動きも納得ですね。
- マグネットDCモータを動力源とするこの鉄道模型の場合、電圧制御の場合は、粘着特性による横の動きとモータ特性による右下がりの特性になります。
- しかし、電流制御の場合は、車速は関係しないので横一線の動きとなります。このとき、引張力は電流値に比例して増加し、負荷抵抗とバランスする状態まで加速された後に、その速度を維持します。でも、動輪のスリップは発生するので引張力の限界はありますが、その時はモータはビューンビューンと回っているのでしょうか。
- 電流制御の場合、もっと小さい電流で動き始めると予想していたのですが、・・・・・・・。モデルをカリカリと空転させるなど、いろいろといじめていたので、トラクションタイヤはへたり、各部は油切れしたのかも知れません。メンテナンスが必要かも。
- 電流制御による静特性の測定について、以前実施していた勾配負荷による方法では実施が困難なことを改めて認識しました。
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今回の観察にて、電圧制御と電流制御の内容を少し理解したつもりですが、はたして鉄道模型の場合はどちらの方法がマッチするのか、まだ整理できていません。ゆっくりと発車させる場合は電流制御の方が向いているのかも知れませんし、どちらでも大して変わらないのかもしれません。
こうなると、KATOやTOMIXのパワーパックを使用した時の引出し特性を観察してみたくなりましたね。
2026/4/17