タイマー素子 タイマー素子 LMC555 の長時間動作 （11 Nov. 2012） 立川敏明 小型風力発電機の電磁ブレーキシステムでは，その作動時間にタイマーを用いる場合が 多い 1）。タイマーの作動時間は，利用する発電機出力，バッテリーの充放電特性 2）や風環 境などに依存するが，通常，数分程度である。このようなタイマーは，CR 回路の充放電特 性を利用した電子回路で，比較的簡単に製作できる。今回は，一例として，タイマー素子 LMC555 を用いたタイマー回路を用いて，素子マニュアルには掲載されていない数分程度 の長時間動作について考察・検討したので報告する。 図１は典型的な単安定で作動するタイマー 回路である。すなわち，TRIG に加えられた信 号（タクト SW により瞬間的に 5V から 0V に する）により，1.1✕CR 時定数時間だけ，OUT 信号に~4.9V が出力される（図の場合は LED が点灯する）。さらに，実際の風力発電機の電 磁ブレーキシステムでは，この出力信号をブレ ーキドライブ回路に接続する 1）。 図 2 は，上記回路で得られる典型的なタイマ ー作動時間を表したグラフで，抵抗値をパラメ ーターにとり，横軸タイマー時間に対する縦軸 コンデンサー容量をとったものである（素子マ 図１ タイマー試験回路 タイマー試験回路 ニュアルから転載） 。 図から明らかなように，横軸タイマー時間は 100 sec 以上の値の条件が記されていない。従っ て，風力発電機の電磁ブレーキシステムに用い る数 min タイマーに対しては不十分である。外 挿値が単純に利用できない理由の第一は，一般 的に市販されている 10 μF 以上のコンデンサ ーは，電解コンデンサーが主力で，コンデンサ ー内部の電解質を通じての洩れ電流が存在し， コンデンサー充電時間が長くなるからである。 また，容量が多くなるにつれて洩れ電流も多くな 図2 タイマー作動時間 タイマー作動時間 ると考えられる。 第二の問題点は，抵抗にもあり，2 MΩを超えるような値を持つ抵抗は，特殊な抵抗で量 産品では存在しないことである。 以上のような状況の中で，今回は比較的容易に入手できる量産品の抵抗とコンデンサー を用いて，図 2 の外挿値にあたる 300 sec 程度 までのタイマー作動を試みた。表 1 に， その結果をまとめた。用いた抵抗は，公称値 1 MΩ（公差∓10 %）のもので，それをテスタ ー（三和 PC5000）で測定し，得られた値は 1.01 MΩ（測定精度 1%以内）である。また， コンデンサーは，公称値 47 μF 一個と 100 μF 二個（ニチコン FG ，公差∓20 % ，50V 85℃）による単体・並列接続を用いた。また，これら三個のコンデンサー単体のテスター による容量実測値は，各々50.6 , 106 および 10４ μF（測定精度 3.5%以内）であった。 表 1 タイマー作動時間実測値 タイマー作動時間実測値（ 作動時間実測値（R = 1.01 MΩ MΩ） C 公称値（μF） 47 100 147 200 247 C 実測値（μF） 50.6 106 157 210 261 タイマー作動時 58.4 121 180 244 303 1.1✕CR（sec） 56.2 118 174 233 290 偏差Δ（%） 3.56 2.54 3.33 4.72 4.48 間（sec） 表 1 で，タイマー作動時間は，図 1 の回路中の C に上覧の C 公称値を挿入して得られた 実測値である。また，1.1✕CR は，C および R の実測値より求めた計算値であり，下覧の 偏差Δは，タイマー作動時間と計算値の差を % 表示したものである。明らかに，タイマー 作動時間は，計算値より長くなっているが，全体として 5% 以内の差である。また，タイ マー時間の繰り返し誤差（10 回測定）は，全体に渡って∓ 0.5 % 以下であった。 次に，同様な実験としてコンデンサーC に，公称値 100 μF 四個（ニチコン FG ，35V 85℃）を用いた測定も行った。こちらの結果も，ほぼ同様な結果が得られたが，偏差Δは 最大で 6.9 % となり，若干大きな値となった。 以上まとめると，市販品の抵抗とコンデンサーを用いて，タイマー素子 LMC555 を使用 した単安定型タイマー試験回路による長時間タイマーの試験を行った結果，5 min 程度まで のタイマー時間を持つタイマーが得られた。タイマー時間は，計算値に比べて 5% 弱長時 間となったが，再現性はよく，小型風力発電機の電磁ブレーキシステムに対しては，十分， 供用できることが分かった。また，市販品の大きな製品公差に対しては，精度表示された テスターにより対処できることが分かった。 参考文献 1) 立川敏明，岡琢磨，坂手克士 ; 電磁ブレーキによる風力発電機用過充電防止回路の試作 http://www.megaegg.ne.jp/~tatutosi/newpage4.htm 20) (2012) 2) 立川敏明 ; ソーラーパネル・バッテリー装置の充放電特性 http://www.megaegg.ne.jp/~tatutosi/newpage4.htm 14) (2011)
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