パワーアナライザとは
パワーアナライザとは、電気機器で発生する電力を測定するための装置です。
電力を測定することで、エネルギーの変換効率や電圧降下による機器の異常を確認することができます。パワーアナライザではなくても、電力自体は電力計で測定することは可能です。
しかし、電力以外にも電圧、電流、周波数など様々なパラメータを測定できることが、電力計にはないメリットです。結果表示画面には、複数のチャンネルが存在しています。チャンネルを設定することで、必要なパラメータだけを表示させることが可能です。
パワーアナライザの使用用途
パワーアナライザは太陽光発電や風力発電など、自然のエネルギーを利用した発電効率の測定に用いられています。太陽光発電や風力発電のような自然エネルギーを利用した発電は、再生可能エネルギー発電と呼ばれます。
再生可能エネルギーの利用は環境に優しいため、普及が進んでいる状況です。一方で、エネルギーの供給が気候に左右され、火力発電などよりも発電効率が悪いというデメリットも存在します。
発電効率を測定することで、電力がきちんと供給されているか確認しています。エネルギー不足により発電効率が低下している場合には、バックアップシステムが作動させる取り組みも行われています。
パワーアナライザの原理
パワーアナライザは、電気機器での電力流れを測定します。直流回路と交流回路では、電力計算手法が異なります。
直流回路では、電力量は測定した電圧と電流を掛け合わせることで計算可能です。しかし、交流回路の場合、電流値は一定ではないため単に電圧と電流を掛け合わせただけでは測定できません。電力流れを測定する際は、電気信号の実効値決定が必要です。
パワーアナライザでは周波数サイクルをデジタルに検出して、電力変換中に信頼できる実効値を計算可能です。実効値がわかると、計測器が実施する計算が明確化します。交流回路の場合、直流相当の値を算出するために2乗平均平方根で実効値を表現します。
パワーアナライザの特徴
現在のパワーアナライザは、以下の様な特徴があります。
1. 携帯性
太陽光パネルなどフィールドでの測定が必要な場面が多いため、小型軽量化がされています。従来ハードウェアで行っていた演算機能を電力解析エンジンに凝縮するなどの技術を用いて実現しています。
2. 環境適応性
恒温室や温度変化の激しいエンジンルームなど、過酷な温度環境下でも高精度な測定ができるように設計されています。
3. データの送信が可能
Bluetoothなどの無線技術対応アダプタを併用することで、データロガーの様な機器に測定値を送信できます。
4. インターフェイスの多様性
USB、LAN、GP-IB、RS-232C、外部制御、2台同期と多種多様な規格に対応しています。
パワーアナライザの種類
高精度で電力測定を行うパワーアナライザですが、近年は様々な発展型が各メーカーから発売されています。
1. オシロスコープ統合型
従来のパワーアナライザは波形観測の機能がなかったため、別途デジタルオシロスコープなどの波形測定機器を用意する必要がありました。2015年に高分解能オシロを統合したタイプが発売され、1台で電力と波形の両方を同時に測定することが可能となりました。現在は、複数社で同様のオシロスコープ統合型が発売されています。
2. 高精度測定機種
パワーアナライザの中には電力測定と電力測定の周波数範囲で高い精度を誇る機種があります。高級機種の一部は、100 kHz以上や1 Hz以下の範囲を測定可能です。
変化幅の大きな現象の高精度測定及び、インバータのスイッチング駆動測定に適しています。
パワーアナライザの選び方
パワーアナライザは価格帯から、普及価格機と高級機に機種が分けられます。どちらを使用するかは、電力測定における正確さと周波数範囲を考慮したうえで選定します。
100kHz以上や1Hz以下を含む周波数範囲を測定する場合や高度な測定確度を求める場合は、高級機を使用するのが一般的です。変化幅の大きな現象 (待機電力 / フルパワー) の高精度測定やインバータ・スイッチング駆動の測定に適した機種は、やや高価な普及価格機 (中級機) ～高級機の中から選定します。それ以外の場合は、普及価格機で対応可能です。
参考文献
https://www.hioki.co.jp/jp/products/detail/?product_key=649
https://www.hbm.com/jp/8099/what-is-a-power-analyzer-the-working-principle-explained/
https://www.fluke.com/ja-jp/products/electrical-testing/high-precision-power-analyzers
https://www.techeyesonline.com/tech-column/detail/Basic-Topics-017/
https://ednjapan.com/edn/articles/2003/16/news010.html
https://www.enecho.meti.go.jp/category/saving_and_new/saiene/renewable/outline/index.html
https://eleking.net/k21/k21t/k21t-power.html
https://gendai.ismedia.jp/articles/-/48192
https://electric-facilities.jp/denki1/souden.html
https://news.mynavi.jp/article/20150130-a126/
https://www.techeyesonline.com/tech-column/detail/Basic-Topics-017/