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インバータ製品における有効消費電力の測定方法と精度について
- インバータ製品における有効消費電力の測定方法とは？インバータ制御の機器に対して測定誤差が大きくなる理由や、TAP-TST5の測定方法の特徴について解説します。
- 電力会社の設置している電力量計との比較においては、インバータ製品の計測精度についても考慮が必要です。インバータ製品の特性や非インバータ製品との差異について説明します。
- 発電所での発電についても触れてみましょう。発電所で発電される電力は皮相電力なのか、有効電力なのか？この質問に対する答えとして、無効電力の存在やエネルギーの往来について考えてみます。また、自転車のライトを例に挙げ、力率の違いがどのような影響を及ぼすのかについても考察します。
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1. 電流の測定間隔が問題になりそうです。Q&Aからすると、電圧や電流のサンプリング周波数が2kHzとそれほど高くなく、高次高調波（周波数の高い成分）を多く含んでいると、測定誤差が増えそうです。 2. 家庭用の積算電力計はアナログ処理で電力分を算定していますし、電圧の歪が大きくないので、電流波形の歪の効果はそれほど大きくはあらわでないでしょう。 3. 発電機からは力率1以下の交流電力も出力できます。 実際にエネルギーの移動として寄与するのは有効電力ですが、発電機には皮相電力分の電流が流れています。 発電機を回すのに必要な動力は、有効電力分だけです。（細かいことを言うと、力率が低い（皮相電力が大きい）ときには、発電機内部の損失が増えるので、その増加分だけ動力は増えていますが。） （ちなみに、発電所などから出てくる三相交流では、無効電力が発電所と家庭や工場の間を行き来する、というようなことは起きていません。）
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- mimazoku_2
- ベストアンサー率20% (1905/9108)
＞・・・あれば教えてもらわなくとも結構です。 了解しました。
- mimazoku_2
- ベストアンサー率20% (1905/9108)
電力計にデジタル表示が付いているのは、恐らくスマートメーターです。 それと、ワットメーターは、シャント抵抗の両端に発生する電圧と時間で電力を算出しています。 ただ、スマートメーターの場合、あらゆる外来ノイズを想定した減衰回路や補正データを用いていると思われます。 ワットメーターの場合、そこまでのコストが掛けられないので、回路が単純になり、ノイズに弱い構造になっていると思われる。 もし、ワットメーターが１０万円以上したら買いますか？買いませんか？ つまり、個人が購入し易い価格帯は、精度そこそこで、安価に購入できるように回路も簡単にしてあります。 電気メーターの場合、そうもいかないので、精度は限りなく向上させています。 それと、質問の文体がかなり変貌してきましたね。 最初から、「宅内向け３時間帯別のデジタル表示のもの」と「TAP-TST5」との誤差が発生した場合、どういう風にとらえれば良いのか？とすれば、良かったのではありませんか？ だから、「無理に理解しなくていいですよ」と、表現したわけです。 で、それらの違いを知ってどうするの？ 現実には、その手のアドバイザー会社があるので、節電のアドバイスをしてもらったらいかがです。
補足
２度目ですか… ＞それと、質問の文体がかなり変貌してきましたね。 ＞ … ＞だから、「無理に理解しなくていいですよ」と、表現したわけです。 ＞ … ＞で、それらの違いを知ってどうするの？ なぜ定番３点セットで突つかれなければならないのでしょう？ 今回の一連のＱ＆Ａを読み返しても正直わからないので教えてください。 今後他のＱ＆Ａする際に気をつけたいと思います。 単に、貴殿が質問者一般に対するなんらかの基準があってその枠をはめたいの であれば教えてもらわなくとも結構です。 無理に理解することや目的がないのに質問することが無駄…という価値観の方 とは何時まで経ったも平行線ですので。 ＞それと、質問の文体がかなり変貌してきましたね。 どのように変貌(質問の主旨がＱ＆Ａ中に異なり無駄になる)したと感じられた のでしょう？ このようなＱ＆Ａサイトで質問する際には、最初から"これこれ"のように質問 してくれ…的なことは避けようと、これまでも他のＱ＆Ａ含めて配慮して文章 にしてきました。 回答いただいた他の方も含め、追加質問するにあたり不足しているであろう 情報を適宜補足欄に追加してはいますが主旨は変わっておりません。 最初から皆さんに ・TAP-TST5の測定方法だとインバータ制御の機器に対してなぜ測定誤差が 大きくなるのでしょうか？ ・電力会社の設置している電力量計では全く問題ないのでしょうか？ と伺ってます。 ＞最初から、「宅内向け３時間帯別のデジタル表示のもの」と「TAP-TST5」 ＞との誤差が発生した場合、どういう風にとらえれば良いのか？とすれば、 ＞良かったのではありませんか？ 当初の質問と同レベルですよね？ ・TAP-TST5は"これこれの理由"でインバータ制御では誤差が大きい ・宅内電力量計は"これこれの理由"で誤差が小さい との回答いただける分には差があるようには思えません。 逆に、仰せの文章ではTAP-TST5と宅内電力量計を如何にも比較しているような 印象が強まり ＞もし、ワットメーターが１０万円以上したら買いますか？買いませんか？ このような質問の主旨からはずれたお門違いな指摘を受けやすくなります。 私は常に"測定方法の原理的な違い"の面で質問しております。 ※最初の質問時にTAP-TST5の動作原理のＵＲＬを示しているのはそのため ・軽自動車とＦ１ではなぜＦ１の方が速いのですか？ の類の質問であれば動作原理は同じなので"コストが違う"という回答も有りか と思いますが ・Ｆ１とロケットはなぜロケットの方が速いのですか？ では動作原理そのものが違うので"コストが違う"という回答はなじみません。 ＞で、それらの違いを知ってどうするの？ 機器の傾向(誤差の有無)に関する"単なる"疑問です。 ※夕日はなぜ赤い…と同レベル 具体的な目的があるような類の質問をする場合には、より良い回答いただける ようちゃんと最初に明記してます。
- mimazoku_2
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電気メーターの話し。 構造は非常に単純で、流れる電流で磁力線を作ります。 で、その磁力線で円盤に渦電流を発生させ、物理的な駆動力を発生させます。（ある意味、リニヤモーター！？） その回転数をメカニカルなギヤボックスで減速し、表面に数値を印字し、消費電力量を表現しています。 なので、ノイズの影響はほぼありません。 ノイズで磁力線の量に変化が生じるでしょうが、物理的な駆動力への変動は、無視できるレベルです。 実は、中国製品のノイズは桁外れで、薄型テレビやデジタルレコーダーのリモコンが動作不良を起こすヒドイものがあります。 なので、質問者さんが気になったＱ＆Ａも、それにはまったものでは無いかと思いました。 特に量販店で売られている、超・安い製品とかは、結構エグイですよ。 私、電気メーカーに居ましたが、動かなくなった製品を不良呼ばわりされて、現場のサービスマンが困っている事例が数多くありました。
補足
すいません。 以下の点に関して補足いただけると幸いです。 誤差が無視できると仰るのは円盤の付いたアナログっぽい積算電力計に限定した ご指摘でしたでしょうか？ 当方、オール電化でして電力会社の設置している積算電力計が２個あります。 ・宅内向け３時間帯別のデジタル表示のもの ・夜間温水器専用(昔ながらの円盤が回転しているアナログっぽいもの) ※仰せのタイプはこちらだと思います ３時間帯別用のデジタル表示のものも単に表示がデジタルなだけで中身が円盤＋うず電流 ライク(仰せの金属由来)なものであれば良いのですが 測定方法そのものもデジタル化されているのであれば、サンプリング数やＡ／Ｄコンバータ へのインバータ製家電の高調波(ノイズ?)の影響が気になりました。 ※気なるなら電力会社へ確認…と言われそうですが もともとの質問でした TAP-TST5の測定方法だとインバータ製冷蔵庫の有効消費電力の測定精度が保障されない ことから、３時間帯別用デジタル積算電力計の方がTAP-TST5とは内部デバイスの精度や ノイズ対策等が当然上だとしてもデジタル測定の原理自体がほぼ同じであれば ３時間帯別用デジタル積算電力計と言えどもインバータ製冷蔵庫等では誤差が免れない のかな…という主旨でした。 今回いただいた情報から ・誤差は確かにあるけれど、許容範囲内(ただしアナログ積算電力計限定？) と解釈しております。
- mimazoku_2
- ベストアンサー率20% (1905/9108)
＞もし電源ラインに・・中略・・ほとんど影響無いという事でよろしいでしょうか？ ＹＥＳ 電子機器類は、電気に従量される波形に反応するので、問題になります。 電力計は基本的に金属のみで構成されているので、ノイズは単なるエネルギーに変換されますので、誤差範囲という表現が出来ます。 ＞足の疲労度(投入エネルギー)が２倍必要…なんですよね？ まあ、確かにそうですね。 ＞もがいているのが見苦しいのならご容赦ください。 こちらこそ、失礼しました。 なんだか、無理に解釈しようとしているのではないかと、感じたのでそのように書きました。 ごめんなさい。（悪気はありません。）
お礼
補足いただきありごうとうございます。 ＞＞足の疲労度(投入エネルギー)が２倍必要…なんですよね？ ＞まあ、確かにそうですね。 ほぼ１倍と仰せの方もいらっしゃるので、お二方の見方が違うだけで 本質は同じことを言っているのかよく分かりませんが、今後自分なり に調べてみます。 ただ現状では、変換効率が悪いのではなく単に力率が悪いだけなら 足の疲労度はほぼ１倍…と感じます。 電気工学云々はわかりません。単にエネルギー保存則のイメージから そうあってほしいという願望に近いものです
- foobar
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＃5です。 補足に関して。 1. に関して、製造元（？）の仕様をみると、測定時間は1秒のようです。すると、2000サンプル/測定周期だと、1kHz(20次/16次）の成分までしか拾えないので、高調波の多い波形の測定にには少々力不足かと思います。 3.に関連して、 「力率１だろうが０．５(低すぎないとして)だろうが同じライトの光量を得るために必要な足の疲労度はほぼ同じ」でOKです。 「無効電力が多くなると発電所～各家庭や工場間の送電設備が皮相電力を賄うだけ必要になるため不経済」 これは正しいです。力率が低下すると、同じ有効電力に対して、皮相電力および電流が増大、その電流に耐えるだけの容量を持った電気設備が必要になります。 ところが、（歪のない、バランスした）三相回路で各瞬時の電力を計算すると、力率に無関係に、瞬時電力は有効電力と一致しています。 ここが、単相交流（瞬時電力が脈動し、低力率だと電源と負荷の間をエネルギーが行ったりきたりする）との大きな違いです。 あえて言えば（後述するように、この言い方も正しくはない）、三相交流では、無効電力分は発電機の一端子からでて、すぐに別の端子に入る（送電線を伝わって負荷との間を行き来するわけではない）と言う状況です。 （正しくない、というのは、このような状況が、発電機、送電線、負荷、あらゆるところで起きているので、、。）
お礼
補足いただきありがとうございました。 TAP-TST5のようなワットチェッカーでも、インバータ製冷蔵庫を２回以上測定 してみて、同じような有効消費電力が得られれば誤差はあるにせよ 常に多め／少なめなのであれば有効消費電力の推移(変位)を確認する程度には 役立つかもしれませんね。 ※測定結果のバラツキが大きければアウトですが… ＞あえて言えば（後述するように、この言い方も正しくはない）、三相交流では、 ＞無効電力分は発電機の一端子からでて、すぐに別の端子に入る（送電線を伝わって ＞負荷との間を行き来するわけではない）と言う状況です。 いただいたイメージで合点がいくよう、今後自分なりに調べてみます。 いろいろありがとうございました。
- mimazoku_2
- ベストアンサー率20% (1905/9108)
＞・インバータ制御タイプの冷蔵庫の消費電力＝インバータユニットが消費した電力 ＞で十分ではないのかと… それだと、「回答の説明」や「回答の説明の説明」が必要になるでしょうから、そのような表現になったのでしょうね。 それか、サンプルとして使用した冷蔵庫の消費電力変動が大きく、問題が生じた。 もしかしたら、サンプルの冷蔵庫、インバータのノイズが強すぎて、測定不能だったのかもしれません。 特に中国製は、ノイズ対策が甘くて、他の製品に影響を与えるケースがあります。 ＞電力会社は２倍の燃料を燃やしたり２倍の水量流している…という理解でよろしいでしょうか？ この「２倍」というのは、どこから出てきたのでしょうか？ ＞足の疲れ２００でも・・中略・・疲労が回復する…と言う訳でもないのでしょうか？ ゲームじゃないんだから、無理ですね。 ところで、「理解したい」という気持ちはいいのですが、無理矢理理解する必要はありませんよ。
補足
＞もしかしたら、サンプルの冷蔵庫、インバータのノイズが強すぎて、測定不能 ＞だったのかもしれません。 ＞特に中国製は、ノイズ対策が甘くて、他の製品に影響を与えるケースがあります。 繰り返しですいませんが、もし電源ラインにノイズ垂れ流しがあったとしても 電力会社の電力量計にはほとんど影響無いという事でよろしいでしょうか？ ＞この「２倍」というのは、どこから出てきたのでしょうか？ 足の疲労度(投入エネルギー)が２倍必要…なんですよね？ そのように解釈してます。 ＞ところで、「理解したい」という気持ちはいいのですが、無理矢理理解 ＞する必要はありませんよ。 このようなＱ＆Ａサイトでそう言われると身も蓋もないですが、 例えが悪すぎましたか… もがいているのが見苦しいのならご容赦ください。
- mimazoku_2
- ベストアンサー率20% (1905/9108)
回答１ インバータは、一旦「直流」に変換し、「周波数を変化させた電力」に変換するため、インバータの入り口までしか計測出来ない。 つまり、インバータユニットが消費した電力は測定できるが、インバータユニット以降の部分の測定は不可能。 従って『Ａ）インバータ制御の冷蔵庫などでは、正常な数値が測定できません。』という回答に至ります。 回答２ 電力量計は、総消費電力を計上するため、特段の問題はありません。 つまり、どんな負荷がつながっていようが、『実効電力』を換算するので、精度上の問題は出にくくなります。 回答３ 発電所において、「皮相電力」や「有効電力」などを別々に発電している訳ではなく、まとめて「電力」として、発電しています。 ただ、使用時においては、それらをも考慮した設計にしないと、機器が正常に動作しなかったり、場合によっては事故につながる可能性はあります。 小電力の場合、考えなくても良いレベルです。 但し、完全に無視した場合、力率が低下し、高めの電気料金を支払う事にもなるでしょう。 自転車のライトの話し 力率が落ちてしまったら、「足の疲れ具合」は、大きくなります。 ・ライト光量１００＝足の疲れ１００×力率１ ・ライト光量１００＝足の疲れ２００×力率０．５ という単純な計算になります。
補足
ご回答ありがとうございます。 回答１ いただいた回答ですと ・インバータ制御タイプの冷蔵庫の消費電力＝インバータユニットが消費した電力＋インバータユニット以降の部分 となりコンプレッサー等の主要消費部分がTAP-TST5の測定では欠落しているかのように しか自分の知識では理解できない状況です。 "インバータユニットが消費した電力"にはその負荷である"インバータユニット以降の部分" の消費電力変動により影響受けているものだと思っておりましたので ・インバータ制御タイプの冷蔵庫の消費電力＝インバータユニットが消費した電力 で十分ではないのかと… 回答２とも絡みますが、電力量計が実効電力を高精度に測定できる(回答No.2さんは 異なるご意見のようです)のにTAP-TST5では全然歯が立たない理由が良くわりません。 精度が多少(ちょっと多め？)落ちる程度ならわかるのですが… 回答３ 電力会社は２倍の燃料を燃やしたり２倍の水量流している…という理解でよろしいでしょうか？ う～ん、となると往復している無効電力のエネルギーの効果はどこに影響しているのやら… 足の疲れ２００でも直ぐにマッサージ師(無効電力)が揉んでくれて瞬時に１００程度に 疲労が回復する…と言う訳でもないのでしょうか？
- kngj1740
- ベストアンサー率18% (197/1052)
分からないのでは。家庭用のメートル（積算電力計）は正弦波を想定してますから。インバーターは正弦波とは似ても似つかぬ波形になりますから。従来の電気の理論（正弦波を想定）は全く通用しません。ではなぜ問題にならないのか。計量法がそこまで想定してないからです。メートル機により電気の使用量を測定して良い事になってます。厳密な計算にはコンピューターによる数値計算が必要です。メートル機がかなり高価な機械になる可能性があります。今のところ騒ぐ人がいないのでそっとしてあるのです。ちなみにメートル機が測定するのは積算電力量ではなく積算電流量です。電圧が９７Ｖしかなければ３％損してる事になります。こちらはもっと騒いでも良いかと。皆さん消費税の３％アップで騒いでいるわけですから。
補足
ご回答ありがとうございます。 インバータ製品を多く使っている家庭ほど電力料金は誤差だらけなんですか？ 電力会社がほったらかしにしているなら誤差は多めに出てているからなんでしょうね そもそも家庭用の積算電力計というのは表示が電力量なだけで実際に測定しているの は電流なんですか… うちはオール電化で電力会社の設置している積算電力計はデジタル表示のもので 夜間温水器には別途昔ながらの円盤の付いたアナログっぽいものですけど… う～ん、となるとインバータ製品云々に関わらず誤差だらけなんですか？？
- Gletscher
- ベストアンサー率23% (1525/6504)
その電力計は直列抵抗によって検出された電流値と電圧値を掛け算して電力を求めているだけと思います。 従って、位相のことも力率のことも考慮されていないのでインバータ機器をつないだり、キャパシタンス負荷、リアクタンス負荷などでは正しい値が示されないと思います。 負荷側で力率改善すれば良いのではないでしょうか？
補足
ご回答ありがとうございます。 ＯＥＭ元Ｑ＆Ａの動作原理をご覧いただきお手数掛けました。 ご回答１ インバータ製冷蔵庫の電源コードには高次高調波の電流が支配的に流れて いるのでTAP-TST5のサンプリング回数(先のＯＥＭ元Ｑ＆Ａによると測定周期 にて２０００回)では不足しているため消費電力誤差に影響大である… と解釈しました。 ２０００回＠測定周期が１秒当たり何回のサンプリングなのかわかりません が力率が１でない非インバータ製品には効果的だがインバータ製品には 不十分ということなのですね。 ご回答２ 理屈抜きで、とりあえず安心しました。 安価な民生品と言えども測定すらままならないのであれば電力会社の電力量計 も影響皆無とは思えず邪知してしまいました。 ご回答３ ＞発電機を回すのに必要な動力は、有効電力分だけです これはおおざっぱに、先の自転車とライトの例で申しますと 力率１だろうが０．５(低すぎないとして)だろうが同じライトの光量 を得るために必要な足の疲労度はほぼ同じ…と解釈しました。 もしよろしければ以下のご指摘に関して補足いただければ幸いです。 ＞（ちなみに、発電所などから出てくる三相交流では、無効電力が発電所と ＞家庭や工場の間を行き来する、というようなことは起きていません。） 電気の入門書等によりますと、無効電力が多くなると発電所～各家庭や工場間 の送電設備が皮相電力を賄うだけ必要になるため不経済…とありますが 三相交流ではこの設備ロスがほとんど無い…ということでしょうか？ 工場には三相交流のまま供給され家庭レベルでも付近の電柱までは三相交流 で届いているとしますと力率が低くても送電設備にほぼ影響無し。 厳密には ＞（細かいことを言うと、力率が低い（皮相電力が大きい）ときには、 ＞発電機内部の損失が増えるので、その増加分だけ動力は増えていますが。） とのことですが… また単相交流？であれば ・無効電力が発電所と家庭や工場の間を行き来する というイメージ(無効電力なんぞ、そもそも存在せず悪い例えだとしても)が 起きているということでしょうか？ このイメージが例えにもならない根本的な間違いなのであればご指摘ください。