2019年01月11日

ホーム AC パワー アナライザ ⇒ 家庭の電気消費を見える化する

その1:何ができるのか?画面の説明

このブログのタイトルを「実験室」と付けときながらあまり実験ネタが少なく、寂しいです。これは当初の目論見が外れた事を意味しています。最近になって時間に余裕ができたので、ぼちぼち実験ネタを増やしていきたいと思っています。ついでに、YouTubeにも関連動画をアップロードしました。
その@ https://youtu.be/gHKxH853j_s
そのA https://youtu.be/YR_P45ZOi1E
そのB https://youtu.be/RvSmkthdeP0

5年くらい前に50%の完成度で中断していた(いや、当時はそれなりに完成と思っていたのですが、今から考えると甘かった…)プロジェクトを復活・進化させた「ホーム AC パワー アナライザ」です。当実験室が開発したオリジナル ソフトウエアで、どなたでも無料で使用できます。とりあえず、説明はパソコン初心者を脱した人、電気の基礎的な知識(オームの法則程度?)がある人を対象に書きたいと思います。

ソフトのダウンロードはここ (2019/02/14, Ver1.15)
Home_AC_Power_Analyser.zip
ダウンロードしようとすると、ブラウザから「一般的にダウンロードされているファイルではないので危害を与える可能性があます」と言われ、破棄を勧められることがあります。危害は与えませんので、安心して右側の「^」から「継続」をクリックしてください。

その1:何ができるのか?画面の説明
その2:応用例
その3:ソフトウエアとインターフェース
その4:ダミーインターフェースを使用して試してみる
その5:インターフェースの製作(個別機器用)と校正
その6:インターフェースの製作(家庭の全体の消費電力用)と校正

1.何ができるのか?
ホーム AC パワー アナライザはWindowsパソコンのソフトウエアとインターフェースから構成されます。
第一の目的は消費電力の測定です。使用するインターフェースにより、個別の機器の消費電力、または家庭の全体の消費電力を測り、変化の推移を記録することができます。
第二の目的として、アナライザと呼ぶからには供給されたAC100Vに対する電気機器の反応を詳細に調べます。供給されている電圧、機器に流れ込む電流とその波形、消費される電力(皮相電力と有効電力)、電圧に対しての電流の進み/遅れ(位相)、力率、周波数などです。さらに、電圧、電流、電力をグラフ表示し、長期のログを作成します。
ここで、皮相電力、実効電力、位相、力率など聞きなれない言葉が出てきたかもしれません。交流の電力は直流と違って単純に「電圧 X 電流」だけでは計算できません。この理由を当アナライザのグラフ表示を使って、私のYouTubeのチャンネルの「ホームACパワーアナライザそのB」で解りやすく説明しています。というわけで、第三の目的は教育と言えるかもです。消費電力の測定だけに興味がある方は、アナライザ機能は無視してください。

インターフェースを製作する前に、とりあえずホーム AC パワー アナライザのソフトウエアの機能を確認したい方、または測定はできなくても良いので、皮相電力、有効電力、位相、力率などの勉強に使用したい方はパソコンを2台(1台はWinXP以前の古いロースペックのパソコンでも可、スマートフォンでも可、)を用意してください。1台(Win Vista以降)にホーム AC パワー アナライザのソフトウエアを走らせ、別のパソコンかスマホをオーディオ信号ジェネレーターに使用して、オーディオケーブルで接続すればこのソフトを試すことができます。

2.画面の説明
データ表示エリア

測定対象機器の有効電力(実際に消費されている電力)をアナログとデジタルで表示します。アナログメータの最小値と最大値は任意に設定できます。電圧、電流、周波数、積算電力、および専門的になりますが、皮相電力、位相角、力率、クレストファクタも表示できます。
データ表示エリア.jpg















波形表示エリア
電圧、電流、電力の波形を表示します。これも専門的になりますが、電圧と電流の位相ずれ(波が前後にずれる)と電流の波形は交流電力の測定に重要な要素です。
表示はオシロスコープに似ていますが、垂直軸の高さはそれぞれの大きさを表しません。常に電圧、電流、電力のピーク値をそれぞれ0.9、0.8、0.7の高さで表示します。水平軸は周波数にかかわらず、1サイクルを360度で表し、前後の45度も表示します。
波形表示エリア.jpg















有効電力推移表示エリア
過去1分(1秒毎)、過去1時間(1分毎)、過去1日(1時間毎)の電力の推移をグラフ表示します。下の画面イメージは過去1日の表示でバーグラフを使用しています。過去1分、過去1時間の表示は線グラブを使用しています。
過去の推移表示エリア.jpg















ログ設定エリア
さらに長期に観測したい場合、およびエクセルなどにデータを取り込みたい場合はテキストファイルに1秒毎、1分毎、1時間毎に記録します。
ログ設定エリア.jpg















キャリブレーションと設定エリア
個々のパソコンとインターフェースに合わせた校正と設定を行う窓が開きます。
キャリブレーションと設定エリア.jpg















ちなみに、家庭の全体の消費電力を測る設定で、家に取り付けられている電力会社のスマートメーターの表示と比較すると、約一ヵ月で -0.993% の誤差でした。当初思っていたより誤差は少なく、実用になると思っています。この誤差のほとんどは設定時のキャリブレーションに起因すると思われます。

「その2:応用例」に続きます。

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