カテゴリ:電気制御( 21 )


2016年 06月 10日

LEDとダイオード

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複数のLEDを複数の回路で点灯させる場合、定電流ダイオードとスイッチングダイオードはどのように配置すればいいのか、ちょっと実証をしてみました。
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使ったのは3mm砲弾型LEDと・・・
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20mA定電流ダイオード
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スイッチングダイオードです。
これは逆耐圧が十分ならば他の半導体でもかまわないと思います。
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LEDの(+)側に定電流ダイオードをつなぎます。
これはいつもの室内灯のつなぎ方です。
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電圧は最大DC14V。
逆電圧をかけていきなり焼けないようにゆっくり上げていきます(^^)
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まずはこの回路です。
スイッチSW1をオンにするとPL1とPL2の両方のLEDが点灯し、SW2をオンにするとPL2の1個だけが点灯するはずです。
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ワニ口クリップの赤が(+)、黒が(-)。
実験なので配線はいい加減です。
ショートの危険性大。
実は2個焼いちゃいました(^^;;;
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こちらSW1オンのつもり。
2個とも点灯します。
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こちらはSW2がオンのつもり。
LEDは左側の1個だけ点灯します。
この回路はOKですね。

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でも、この回路でもいいんじゃね?
スイッチングダイオードが削減できるし。
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こんな配線です。
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赤のワニ口クリップが写っていませんが、SW1オン。
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こちらSW2がオンです。
OKですね。
最初の配線で誤って回路全体に逆電圧をかけなければ、信号用電源は走行用と違って極性が逆転することはありませんから、これでも大丈夫です。

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最後にこの回路。
定電流ダイオードが逆電流防止に使えるか?です。
これが成立すればスイッチングダイオード不要だったんですが、結論的にはダメでした。
SW2オンでPL1もほんのり点灯してしまいます。
定電流ダイオードは逆電流防止には使えないようです。

結局、電源をプラスマイナス逆につなぐとかの危険に対し安全を見るなら最初の回路、そこを間違いなく施工できるなら2番目の回路でOKとなります。

ちなみに、定電流ダイオード1個でLED2個直列もやってみました。
点灯し始める電圧はやや高めになりますが、DC12Vでは特に照度が低下するようには見えませんでした。
定電流ダイオードなら直列も使えると思います。
抵抗の場合は少し抵抗値の小さいものを使えばできるでしょう。
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by nari_masa | 2016-06-10 21:19 | 電気制御 | Comments(4)
2016年 06月 04日

がおう☆さんの信号回路

がおう☆さんの信号フローを電気回路にしてみました。
ランプ番号のGはグリーン(青)、Yは黄色、Rは赤色です。
上の回路図は全体をDC12Vで制御する場合です。
LEDを使うなら定電流ダイオードか抵抗を挟んでください。
信号回路ですから「同一の信号機で青色または黄色が点灯していなければ必ず赤が点灯している」という論理です。
各ポイントのリレーは反位でオンとしています。
各ポイントのリレーに接点は1組(通常開、通常閉)しかないので、どうやらこれを実現するには信号ごとに更に1個ずつリレーを追加する必要があるようですよ(^^;;;
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6/5変更:リレーを1個減らすために少し書き直しました。R2のように信号2基ならリレー無しでできます。

下の図は別案です。
LED照明・信号灯用にDC3Vの別電源を準備すればいちいちLEDに定電流ダイオードや抵抗を取り付けなくても済みます。
その場合はこの回路になります。
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6/5変更:こちらもリレーを1個削減しました。

展開接続図の読み方はまたいずれ(^^)
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by nari_masa | 2016-06-04 18:21 | 電気制御 | Comments(2)
2016年 05月 07日

コモン線の話(後編)

本日はコモン線のお話し、後編です。
実際のポイントマシンコントロール回路上で考えてみましょう。
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 ↑ がおう☆さんが御心配なさっていたのはこういう状態でしたね。
3つのポイントマシンのうち、左右両側のトグルスイッチが分岐側になっており、両方の走行電源制御用リレーがオン、コンデンサがチャージの状態になっています。
※リレー内部の接点は書き換えておりません。
ゴメンナサイです。
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 ↑ 右側のトグルスイッチを直進側に戻しました。
その瞬間、右のポイントのコンデンサが放電します。
その電気の流れをオレンジ(プラス側)とライトブルー(マイナス側)の太い線で表しました。
一方、左のポイントのトグルは分岐側のままですから、左の走行電源制御用リレーはオンのままです。
このリレーをオンさせている電気の流れも赤(プラス)と濃い青(マイナス)の太い線で表しました。

多分「他にも電気の通り道があるのではないか!?」と思われるでしょうね。
そう、あるんです。
例えばリレーコイルとか。
でも、電気はより通りやすいところを通る、という原則があるんですよね。
これは抵抗の並列接続の計算でも説明できます。
シンダ製リレーコイルの抵抗は960Ω+追加抵抗330Ωで1290Ωもあります。
そんなところを通るより普通に電線を通った方が電気も楽というものです(^^)

で、最大の問題はリレーコイルのマイナス(濃い青)とコンデンサのプラス(オレンジ)が同じコモン線を通っていることですよね。
これでショートしないのか??
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 ↑ ポイント電源(DC16V)と放電中のコンデンサのところに紫色で電池の絵を描いてみましたよ。
コンデンサなので瞬時ですが、意味合いは同じですからね。
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 ↑ 電気の流れに関係なさそうな配線や電気部品を消してみました。
だいぶ見やすくなりましたね。
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 ↑ それを横に向けると、多少ごちゃごちゃしてはいますが・・・
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 ↑ 昨日の電池の絵と同じになりましたね。
リレーコイルやポイントマシンのコイルがランプに置き換わっただけです。
昨日、この回路はショートしなかったですよね。

※コンデンサはDC16Vでチャージされていたので、放電時の電圧も基本的に16Vになります。
つまりポイント制御電源電圧と同じですね。

コモン線のお話しはこれで終わりです。
納得いくまでいろいろなパターンを作ってみてくださいね~(^^)
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by nari_masa | 2016-05-07 19:18 | 電気制御 | Comments(2)
2016年 05月 06日

コモン線の話(前編)

本日は「コモン線」のお話し、前編です(ちょっと165系を弄っていて時間がありませんでした)。
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まず、こんなものを考えましょう。
小学校の理科の実験ですね。
電池でランプが光ります。
分かりやすいようにプラス線を赤、マイナス線を青で塗ってみましたよ。
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この2つの回路を日の字にくっつけるとどうなるでしょう?
真ん中の線にはプラスの電気とマイナスの電気が描いてありますから、ショートするでしょうか?
あまりショートしそうな感じがしませんね。
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それはもしかして、この回路は日の字の真ん中の線が無くて口の字になっても成立するからでしょうか?
真ん中の線にはほとんど電気が流れていない、と言ってもいいですね(同じ電圧、同じ残量の電池の場合ですよ)。
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では、このようにつないだらどうでしょう?
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今度は真ん中の線を外すと点灯しませんね。
つまり真ん中の線にはちゃんとプラスとマイナスの電気が流れているわけです。
この場合はショートするでしょうか?
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2つ上の日の字の回路、横にずらしていくと・・・
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この絵のようになりますね。
これだとショートしない感じでしょう?
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下半分をくるりと回すと・・・
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2番目の絵に戻ります。
つまり両方同じ回路だったんです(^^)。

この、電源が異なる時はプラスとマイナスの電気が同じ線を流れても平気、というのがコモン線を考える上でのポイントなんですね。
※2つの電源の電圧がだいたい同じ場合の話です。
今日はここまでです(^^)
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by nari_masa | 2016-05-06 23:39 | 電気制御 | Comments(4)
2016年 05月 05日

ポイントマシンのコンデンサ駆動+制御リレー追加4 マイナス線のコモン線化(改題)

もう少しポイントマシン制御の話が続きます。
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 ↑ これまでの到達点を従来の図に反映してみました。
ポイントマシン駆動はDC16V、リレーはDC12V2極C接点に330Ωの抵抗を入れてDC16Vに対応させました。
但し、OMRONのリレーの絵なのでシンダ製とは端子の並び順が違います。
この辺はもうがおう☆さんはご理解されているのでOKかと(^^)
コンパネとレイアウトを上下に分けて配線数が分かりやすくしました。
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 ↑ 昨日、ぼち吉鉄道さんとのお話しの中で、実現すれば配線数を減らすのに効果があるものとして「マイナス線のコモン線化」というのが出ましたので、それがどういうものかを描いておきます。
これが本日のテーマです。
これをがおう☆さんにご理解戴かないと採用できませんので。

今までの配線から上図のようにオレンジの線(コモン線と言います)を追加し、×部の配線を削除します。
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 ↑ 同じ絵ですが、見やすいように整理しました。
この時点で、ご覧のようにポイントマシン3個に対し6本必要だった長い配線が4本にできます。
もちろん、ポイント10個まとめられれば配線20本が11本になります。
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 ↑ 一番左のトグルスイッチを分岐側(反位側)に切り換えた瞬間の状態です。
例によって緑の矢印が電気の流れで、太さが電流の大きさです。
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 ↑ トグルスイッチ分岐側のままの状態です。
コンデンサはチャージ状態、走行電源用リレーがオンになっています。
リレー内部の接点までは書き換えておりませんが、ここも既にご理解戴いておりますので略します(^^)
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 ↑ トグルスイッチを直進側(正位側)に戻した瞬間の電気の流れです。
電気は一部マイナス母線を通りますが、これでショートはしませんのでご安心を。

以上のようにこのコモン線化でかなり配線を節約できるのですが注意点もありまして、ご覧のように電流が大回りしますからあまり遠いポイント同士に対してこの方式を使うと配線抵抗による電圧降下を起こします。

ヤードの柳線とか、駅の出入り口のようにポイントが密集しているところをグループ分けして、それぞれにコモン線を引くといいです。
コモン線は無理に1本にする必要はありません。
遠く離れた単独のポイントへは普通にプラスマイナス2本の線を引けばいいです。
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 ↑ これは悪い接続例です。
コモン線の接続がポイントからポイントへハンダ付けで配線を渡しています。
これでも電気回路的には間違っていないのですが、これをやるとハンダ付け部分で電圧降下が起きて遠くのポイントの作動が悪くなったり、後日どこかでハンダ付けが外れた場合に原因究明に手間取ります。
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結局、最初に載せた ↑ の図のようにコモン線の1点(赤丸印)からそれぞれのポイントへ分かれるように配線した方がいいです。

連休後半、じっくりご検討なさってはいかがでしょう?
さて、これから温泉に行ってきます(^^)
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by nari_masa | 2016-05-05 14:22 | 電気制御 | Comments(4)
2016年 05月 04日

電源容量の視覚的説明(ごく初歩的な)

今回はちょっと電源容量というものについて、視覚的に(つまりイメージで)考えてみました。
これは非技術系の方にも分かりやすくするための比喩的表現ですので、技術的・専門的な立場からのツッコミはご遠慮願います。

イメージとなると、やはり水で説明するのが一番分かりやすいかな、と思います。
電池とACアダプターでは少しイメージが変わるのですが、とりあえず今回は主に電池のイメージで。
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まず、水槽に水が入っていて、底の方のパイプから水が流れ出ている様子を想像してください。
水の総量が電源容量、水位が水圧=電圧、パイプが電線(太さは電気抵抗)、流れ出ている水が電流です。
こうして見ると電池が「電気の池」であるのが分かりやすいでしょうか(^^)
ACアダプターの場合は水槽の上から水(=電気)が補給されていると考えてもいいです。

さて、電源容量は〇V・〇Aのように表されることが多いですが、電圧(V)×電流(A)=電力(W)ですから、例えば12V1A=12Wでも6V2A=12Wでも電源容量(つまり水の総量)としては同じになります。
(電源の場合は12VAと書くことが多いですが、直流電源では意味合いは同じです)。

でも水位=水圧(=電圧)が違うと、下のパイプから流れ出る水量(=電流)が違います。
もちろんパイプの太さ(=電気抵抗)が同じ場合です。
これは電圧(V)=電流(A)×抵抗(Ω)からも説明できます。

このことから、電源容量(W)が同じであっても電圧(V)が違えば電流(A)は同じにならないことが分かります。
でもこれって、小学校の理科で習う電池の直列と並列で電球の明るさが変わる話と同じですね(^^)

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次に、同じ電圧で電源容量が違う場合です。

水槽内の水の総量は違うのですが、パイプの太さ(=抵抗)が同じなら流れ出る水の量(=電流)は水位=水圧(=電圧)だけに比例しますから、電流は水の総量(=電源容量)の影響を受けません。
※パイプがあまり太くない場合です。

個々の電気機器の電流、抵抗、消費電力などを考えるときに電源容量(特に許容電流)を計算に使わないのはこのためです。

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では電源容量は何に効いてくるのでしょうか?
下のパイプが太い(=電気抵抗が小さい、つまり電気の使用量が多い)と、流れ出る水(=電流)が大きくなりますが、水槽内の水の総量(=電源容量)が小さいと流れ出る水の方が多いため、水位=水圧(=電圧)を維持できなくなり、電圧が下がってしまいます。
これを電圧降下といいます。
でも電源容量が大きい右の絵では電圧降下はわずかで済みます。

ACアダプターの場合は、電源容量が小さいと上から補給される水量が少ないから水位=水圧(=電圧)が下がる、と理解してもOKです。

結局、使用する電気機器の消費電力を全部足し合わせたものより電源容量が大きい必要がある、ということですね。
これは回路設計が終わってから、最後に足し算をして電源容量を決定すればいいことになります。

こんなんでご理解いただけますかね~?(^^:::
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by nari_masa | 2016-05-04 08:03 | 電気制御 | Comments(3)
2016年 05月 02日

ポイントマシンのコンデンサ駆動+制御リレー追加3(改題)

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本日の業務連絡はシンダ製DC12VリレーをDC16Vで使う場合の追加抵抗です。
シンダのデータシートはこうなっていまして、DC12V用リレーのコイル抵抗は960Ω、定格電流は12.5mA(0.0125A)となっています。

このデータは秋月電子さんのこちらから抜粋しました。

以前の「呪いのお札」、覚えていますか?
(1)電圧=電流×抵抗
(3)抵抗=電圧/電流
(7)直列抵抗の合成抵抗=抵抗1+抵抗2
を使いますよ。

まず、上のデータは合っているでしょうか?
(1)が成立すればOKですが、
12(V)=0.0125(A)×960(Ω)
ですのでOKですね。

抵抗値は960Ω±10%くらいのいい加減さです(^^)
だいたい電気機器の多くは±10%くらいは許容するので、必要以上に神経質にならない方がいいです。

次は、DC16Vの時に電流が0.0125Aになる抵抗値を求めればよさそうです。
(3)式で
抵抗(Ω)=16(V)/0.0125(A)=1280(Ω)となります。

(7)式の変形で
追加する抵抗は1280(Ω)-960(Ω)=320(Ω)となります。

追加する抵抗は320Ωほどのものということになります。
電流0.0125A(12.5mA)、端子間電圧4V(=16V-12V)ですから、抵抗の許容電力値は0.0125×4=0.05Wあればいいので、LEDに使うようなカーボン抵抗でOKでしょう。

ちなみにLED用の抵抗には最大でだいたい0.02A(20mA)×9V=0.18Wくらいかかります(12Vフル走行時です)。
つまり、このリレー用抵抗の発熱量はNゲージのLEDに使われる抵抗(プラスチック製の車内に設置されている)の1/3以下ということです。

選定する抵抗は300Ωのこれか、330Ωのこれでいいのではないでしょうか?
リレーはDC9.6V(DC12Vの-20%)以上の電圧で動くので、リレーへの負担を小さくするなら330Ωでしょうかね。

どちらも100本入り100円、1本1円。これより安い機器はほぼ無いです。
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by nari_masa | 2016-05-02 21:21 | 電気制御 | Comments(11)
2016年 04月 30日

ポイントマシンのコンデンサ駆動+制御リレー追加2(改題)

がおう☆さんから「コンデンサ駆動のポイントマシンにノーズレール給電用リレーを加えたものを複数接続した場合、他のポイントの切り換えでショートすることはありませんか?」というご質問を戴きましたので、ちょっと机上検証をしてみることにしましょう。
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 ↑ まず、先日のリレー付きポイントマシン制御回路を複数並べました。
但し今回は走行用電源は話に関係ないので省略してあります。
プラス極は赤、マイナス極は青、電気が流れていない線は黒で表示しました。
直流のマイナス極は電圧0Vですので、マイナス極とつながっている線でも電気が流れていなければ無電圧です。
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 ↑ 中央のポイントのトグルスイッチを分岐側(反位側)切り換えた瞬間です。
コンデンサを通ってダイオード、ポイントマシンのコイルに一瞬電流が流れます。
一方、リレーにも電圧がかかりますので、リレー接点も切り換わります。
緑の線は電気の流れで、線の太さは電流の大きさと考えてください。
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 ↑ 中央のトグルスイッチはそのまま分岐側の状態を維持しています。
コンデンサーには直流電圧がかかっており、チャージされている状態ですが、もうダイオードやポイントマシンのコイルには電気は流れていません。
一方、リレーには電圧がかかり続けますから、オンのまま保持されています。
ちなみにラッチングリレーを使うと、この絵のリレーをオン状態に保持するための小さな電流がいらなくなるので省エネになるとぼち吉鉄道さんが仰ったのです。
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 ↑ トグルスイッチを直進側(正位側)に切り換えた瞬間です。
コンデンサから放電された電気は緑の線のように右側のコイルを流れ、ポイントが直進側(正位側)に切り換わります。
このとき、トグルスイッチのところでコンデンサからのプラスの電気と電源側のマイナスの電気が接触してショートするように感じられますが、電気は閉じた回路しか流れませんので、ここはショートしないのです。
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 ↑ この話の簡単な説明はこれでいかがでしょう?
左の電池がポイント電源(DC16V)、右の電池がコンデンサとお考えください。
負荷はモーターでもコイルでも何でもいいです。
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 ↑ さて、中央のポイントが分岐側に切り換わっているときに右のポイントを切り換えたらどうなるか、です。
それぞれのポイントの電気の流れはそれぞれの中で完結しますので、他に影響を与えません。
但し、もしポイント電源の容量が小さいと、右のポイントを切り換えた瞬間の大電流で電圧降下を起こし、中央のリレー(この絵ではオン状態で保持されている)が一瞬オフになってしまう可能性はあります。
でも、がおう☆さんのご準備なさった電源は現在3Aあるので、大丈夫でしょう。
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 ↑ そして右のポイントを戻し側に切り換えたらどうなるか、です。
やはりそれぞれのポイントの中で完結しますので、どこもショートはしないのです。

以前もちょっと申し上げましたが、是非、実地検証してくださいね。
実体験することで感覚として身に付きます。
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by nari_masa | 2016-04-30 18:41 | 電気制御 | Comments(2)
2016年 04月 28日

ポイントマシンのコンデンサ駆動+制御リレー追加(改題)

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これでよろしいでしょうか。
DC16V用リレーと言うのはなかなかないので、DC12V用のコイル端子(この絵だと1-12)に抵抗を挟めばいいと思います。
走行用電源の+-は逆になるかも知れません。

2016-4-29下記追記しました。
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最初の図は2極ですが、この用途なら1極c接点でいいので、安いリレーを探してみました。
この辺だとOMRON製で150円くらいです。
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これも同じようなものですが、型番の選択はぼち吉鉄道さんに聞いた方が確実でしょうか(^^;;
シンダとか安い海外製なら2極でも100円くらいであるようです。
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このリレーを使って絵を描き変えてみました。
基本の接続は変わりませんが、端子の配置の関係で走行電源のプラスマイナスを逆にしてあります。
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by nari_masa | 2016-04-28 18:11 | 電気制御 | Comments(4)
2016年 04月 26日

ポイントマシン制御回路を電気図記号で描いてみよう

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先日からのポイントマシンコントロールの図は、技術系でない方にも分かりやすくするためにマンガチックに描いて来ましたが、そろそろ電気図記号で描かないと回路図が作りにくいでしょうか。
と思いまして、電気図記号を調べたら、JIS規格が変わったんですね。
知りませんでした(^^;;
上の図は当方が馴染んでいる旧記号です。
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そしてこちらが新記号。
コイルなんか何だか分かりません。
トグルスイッチこれでいいのかな(^^;;
C接点ですが。
ぼち吉鉄道さん、違っていたら教えてください。

参考にさせて戴いたサイト様はこちらこちらです。

とりあえず、この新記号を使って以前のマンガ絵を置き換えてみます。
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↑3線式コンデンサ駆動です。
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↑こちらが疑似2線式コンデンサ駆動になります。
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がおう☆さん方式の配線だとこうなります。
働きは上と同じです。


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↑ついでにラッチングリレー制御コンデンサ駆動の絵も描いてみました。
リレーは実際の電気図では接点と駆動コイルに分けて描くのですが、そこまでやるとワケワカメになりますので、そのまま載せました。
マンガと見比べてくださいね~(^^)
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by nari_masa | 2016-04-26 22:17 | 電気制御 | Comments(4)