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冷蔵庫の消費電力測定、電流波形はどうなっている? (Panasonic NR-F568XG)

 冷蔵庫の消費電力をいろいろと測定して記事にしています。ここで気になっているのが、消費電力といいながら実際に測定しているのは電流の実効値である点です。

 電源電圧はほとんど変化しないと仮定しても、電流測定から得られる値は皮相電力(VA)であり、電力(W)ではありません。もちろん記事中では何度もその点はお断りを入れていますが、自分としては気持ち悪さを感じていました。

 ちゃんと電力測定やるには電圧と電流の瞬時値を掛け算して合計すればいいのですが、かなり面倒です。そこですぐにやれることとして、電流の波形を見てみました。

 ちなみに昔は電圧と電流の位相差θから力率=cosθなんてやって電力を求めていました。でも現代のように半導体で非線形な反応をする物ばかりになちゃうと、cosθなんて持ち出すのはナンセンスになります。

▼冷蔵庫の消費電流波形の測定
冷蔵庫の前にオシロ
 冷蔵庫の前にオシロをひっぱり出して来て測定しました。

 この冷蔵庫は消費電流が少ない時と多い時の比率を変えて運転されています。

▼消費電力が少ない時
冷蔵庫の電源電流波形ー1
 上(CH-1)が電圧波形で、小さなAC電源トランスを通して測定しています。下(CH-2)が電流波形で、自作の電流測定アダプタの出力です。

 電流測定アダプタの感度は10mAあたり1mV。 10mA×100V=1Wなので、抵抗負荷なら1W=1mVという関係で電力測定が出来ることになります。CH2の感度は管面のリードアウトの通り50mV/Divになっています。

 実はこの電流測定アダプタのカレントトランスは30度も位相の進みがあることが判っています。オシロの1目盛りは90度なので、真の電流波形は右に1/3目盛りだけシフトした位置にあることになります。

 測定条件の話はそれくらいにして、この波形の意味を解説すると、

  電圧とほぼ同相で、0-Pで0.1A程度の波形と、短時間のパルスで3Aが流れていることになります。これをマイコンでは実効値が5~6mVと判断していたことになります。

▼コンプレッサ動作時
冷蔵庫の電源電流波形、コンプレッサ動作時
 電流が大きくなっています。CH2の感度は100mV/Divになっています。

 最新の冷蔵庫なのでPFC(力率制御)くらいやっていると思ったのですが、そんなことやっている気配は無いようです。

 マイコンなどの情報機器では、国際エネルギースタープログラムで効率を上げることと同時に、PFCをやって電流波形を正弦波に近づける努力が行われています。でも冷蔵庫はそんなことやってないんですね、ちょっとがっかりです。

 で、電流波形を見ると、ピークが2A程度のスパイク波形と、0.2A程度の矩形波が重畳した波形になっています。スパイク状の波形はAC100Vを整流する時に平滑コンデンサを充電するために発生する電流なんでしょう。

 マイコンはこの波形から実効値は60mV,平均値は40mVという値をはじき出していたということにいなります。

 ちなみに平均値と実効値の比率は正弦波だと1.1倍。それに対してマイコンが計算した値は1.5倍なので、かなり歪んだ(尖った)波形だとは想像していましたが、やっぱりちゃんと測定しないとダメですね。

 ざっと波形を見た感じでは力率は80%も無い感じです。この写真から電圧と電流の瞬時値のテーブルを作り、EXCELで計算すれば電力を求めることが出来るはずです。やってみるかなー、でも面倒です。
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No title

電圧波形も結構歪んでいるみたいですね、電流波形に至っては仕方がないかもしれないが、、、、

最近わが家でも家庭電化品がよく故障する(扇風機は動かなくなった)これは電源からのノイズかもしれないと思ってもいます。
特に中国製と思われる製品に多く故障が発生します。
真夜中に突然テレビが電源ONになったり、チャイムが鳴ったり!。

冷蔵庫の電流波形を見て、ふと思いました。

以前は電話線からのノイズで悩まされた。しかし現在は光回線になったので全く故障がない。光回線以前はPCがよく故障した。

先日何気なく近くの家電フェアーがあったので見てきました。
ラジオペンチさんとこのような冷蔵庫があった。セールスポイントを聞いていたら、なるほどと思いました。

冷蔵庫の中間部分に冷凍庫を配し(温度が一番低い)上と下は野菜室。これは考えてみれば温度勾配で理に適っている(今まで気が付かなかった)。
そして天板の下方に放熱器。だから天板の上には物を置かないでと注意されていた。
出来ればラジオペンチさんが天板の上に雑誌とか何かを置いて消費電力の差を比べてみたら???
それ程、変わらないと思うけど。

メーカが云うに最上部に野菜室を持ってきたので年配の主婦が背が低く、目が届かないことがあり、そしてつい食品も忘れることがあるとか、、、良いに悪いはつきものかと、、、、


No title

ほんとか嘘か知りませんが最近需要家側で力率改善コンデンサーをつけるとか(一般家庭でなく高圧受電(6600V)それに応じて電気料金単価の割引をしてくれるそうです??。
そしてコンデンサーを付けすぎて進み力率になり困っているとか??
そうなら力率改善は不要かな???

No title

お手数ですが、実際の電力計算頂けると有難いです。

岡目八目さん、こんにちは

電圧波形のてっぺんがつぶれていますが、これ他の方の測定結果を見てもそうなっているので、日本中でこうなっているように思います。
AC100Vを直接整流してから使うスタイルの機器が増えたのでこんなことになっちゃったんでしょうね。

高圧受電では力率で電気料金の割引(割り増し)があるので、けっこう真面目に調整しているみたいですよ。

Wiwaoさん、こんにちは

台風で家にこもっているので、つぶしに、波形から電力や力率などを計算していました。

速報値ですが、コンプレッサ動作時で皮相電力66W、有効電力36W、力率54%てな感じでした。

また後で記事にします。

No title

早速のご連絡ありがとうございます。一定速のコンプレッサーで力率80%位からスタートして温度が下がってくると力率がおちて58%位だったと思います。
4月末にインバーターのサンプル回させて貰った時、力率55%位だったのでその程度?と思っていました。出力の際にモーターには力率を改善した波形を出していると思いますがこの辺は書籍の資料で実際はどうかまで確認してません。

wiwaoさん、おはようございます

書いていただいている情報は、冷蔵庫用のインバーター式コンプレッサーの話ですよね。

力率はPFC回路付ければ確実に改善できますが、そんなことすると高くなって売れなくなっちゃうんでしょうね。

No title

舌足らずですみません。インバーターで無いコンプレッサーの力率は負荷によって80%位(常温状態)から58%位(冷えて来た状態)変化していました。今でも十分高価なのでPFCを付けても大きな価格差は考え難く他に理由がある様に思います。もしかすると他社でPFCを搭載したモデルがあるかもしれませんね。

wiwaoさん今晩は

もろもろ了解です。
省エネの結果、PFCまでやらなくても簡単な対策で済んじゃっているような気がします。どうかな、、、

No title

大変為になるデータです。ありがとうございます。またご苦労様でした。
メーカーでここまで研究やコストを掛けているのでPFCやらないては無い筈だとは思いますが、ただ家庭用でも出力が大きくので色々難しい所があるのでしょうか?
ラジオペンチさんなら、どんな方法を考えます?って言うかどんな案があると考えられています?興味があります。

re:wiwaoさん

どんな案?と聞かれても、

これくらい消費電力が少ないならば、値段が高くなって消費電力が増えるPFCは不要と思います。

No title

困らしてすみませんでした。またインバータのサンプルを触る機会があって良い案あったら試してみようかと思いきいてみました。自分ではノーアイデアだったのでσ(^_^;)

No title

昔習った交流回路(理論)もすっかり忘れたが今も変わっていない。
電力系統に力率改善のキャパシターを付けず確か発電機の進相運転もしてた筈、これも限界がありコイルの温度上昇だったか技術的に難しい面もあった?。
励磁機電圧だったか電力変圧器のタップ調整だったか。

家庭内で別に無効電力が特別悪さをする訳ではない。
なぜなら無効電力は元々電気料金に請求されるわけではない。何故ならば家庭用の電力計は有効電力しか計測しない構造であるから。
しかし厳密にいえば、ほんの少し一般家庭でも損をしているはず。
それは家庭内配線のロスが増えるからである。家庭の積算電力計から電気機器までの配線の電力損失が若干増える。
無効電力もその配線に流れるからであり、電流の2乗×宅内配線の抵抗で計算される。
十分太い宅内配線なら問題はない(違法な工事をしていない限り)失われる電力は微々たるものである。
それよりタコ足配線とかコードリールで長く引き廻して使っている家電品のほうがよほど損失が増え危険。漏電、加熱で火災がよく起きている。
それから白熱電灯などの場合問題はないがモータとか蛍光灯等の安定器などの鉄にコイルが巻いてある機器は鉄損が発生している。
これは波形が歪めば歪むほど増えるが微小な値である。
勿論このようなことは皆さんもご存じの事です。
それから、電流のピークが大きなものが家庭用のブレーカに流れてもブレーカが働いて落ちることはない。
これは時限特性が働く構造だからである。ただしどこの家にも最近漏電ブレーカが付くようになっているが、これは尖頭値(ピーク)が微妙に影響して誤動作の可能性あり。

つい先日扇風機が動かなくなったのでデパートを覗いていたら新しいタイプは直流タイプのモータと宣伝されていた。
ここまでやる必要があるのかと思いました。
考えてみれば太陽光発電(電池)も直流なら、いっその事、宅内も将来、直流になっていたりして、エジソンの時代に逆戻り。そうするとインバータに都合がよいかな。
送電は既に超伝導の直流送電が検討されている。

中国製の家電品は波形歪を考慮してない機器が多いと思う(単価を下げるため)そしてそのノイズで自分自身の機器を故障させている。
日本の高級家電品はノイズに強く(防御措置が取ってあるのでしょう)最近滅多に故障しない。
中国製品のノイズが他の中国家電製品も故障に導いているパターンがあると思う。
しかし中国製品も年々品質が向上しているのも事実。長い目で見ればあまり安い製品は買わないほうが得だと最近思います。
音響装置の試験のとき、あの三角錐見たいものが周りに張りめぐまされている無響室はあるが、
電磁ノイズの影響を正確に試験する大きくて頑丈な他の機器から全く電磁ノイズが入ってこない建物で家電品を試験している装置が我が故郷にあり見学したことがあります。
部屋の扉はまるで日銀の金庫の扉みたいな分厚いもので、部屋全体が厚い金属で囲まれていた。

岡目八目さん、今晩は

いろいろ書いていただいていますが、そうなんですよね。

昔勉強した交流理論では力率はcosθだったんですが、今頃そんなこと言っても意味無い、というかたぶん計算不能なんでしょうね。
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