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【ワレコのDIY】消費電力チェッカーを自作する – 電圧/電流/電力/力率/電力量/周波数表示【市販ワットモニターパネルユニットを利用】

この記事は約21分で読めます。
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ワレコ

数年前まではウェブサイト制作に熱中していた。

この所、ウェブサイト制作はとんとご無沙汰だが、久しぶりにサイト作りを再開する予定だ。

どんなサイトなのかは今は内緒だ。

さて、消費電力計を自作した。

ワットチェッカー、ワットモニターなどとも呼ばれる機器だ。

電圧V、電流I、電力W、周波数Hz、力率、電力量KWhの六個のパラメータを計測できる優れものだ。

費用総額三千円弱。

その作業過程を備忘録として記事にした。

では、本題に入ろう。

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消費電力計は便利

消費電力計とは例えばこんな製品だ。

消費電力計は色んな用途に利用出来る。

ワテが思い付く用途は以下の通り。

  • 使っている家電の実際の消費電力を計測出来る
  • 使っている家電の電気代が求まる(例 1KWh=27円などで計算する)
  • 壁コンセント電圧がAC100Vからどれくらいズレているかチェック出来る
  • 壁コンセントの周波数が50Hzか60Hzかを計測出来る

などだ。

さて、ワテは現在、Redodo製24V100Ahリン酸鉄リチウムイオンバッテリー、ソーラー充電器、インバーターを組み合わせた12V→24V昇圧走行充電サブバッテリーシステムを製作している。

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そのサブバッテリーシステムには最大出力700Wのインバーターを使っているのだが、先日の実験では1000W掃除機を弱のモードで動かすと、起動はするが数秒後に出力ワット数がオーバーしてインバーターの保護回路が働き停止する。

そう言う実験をする場合には特に消費電力計があると便利だ。消費電力計を使うと今現在何アンペアの電流が流れていて、消費電力は何ワットなのかを時々刻々と計測出来るからだ。

上写真のELPAの電力計は人気が高いのはワテも知っている。

そこでこのELPAのやつを買おうかなと思ったのだが、ネット検索していて、より使いやすそうなやつを見付けたので買ってみた。下写真はワテが買ったやつとよく似ているやつだ。たぶん中身は同じだろう。

この製品の場合、以下の6つの値が計測出来るのだ。

電圧 V 有効電力 W
電流 A 力率 PF
エネルギー KWh 周波数 Hz

この価格で力率まで計測出来るのでコストパフォーマンスは高い。

ワテは楽天で購入したがアマゾンやヤフーショッピングなどでも似たような製品を見掛ける。

下写真のように消費電力計液晶パネルを取り付ける台座を自作して、コンセントの挿し込み口も付けた。

写真 完成した消費電力計(2口のコンセント付)で扇風機の消費電力などをモニター

下写真では自作サブバッテリーシステムの700WインバーターのAC100Vに消費電力計を挿し込んだ様子を示す。

写真 サブバッテリーシステムのインバーター出力に消費電力計を挿して各種機器の消費電力を実測

Redodo公式サイトで 24V 100Ahを見る

消費電力計を自作する

では、この消費電力計の自作の過程を写真を見ながら解説しよう。

同じような物を作る人の参考になれば幸いである。

木製台座に小板を接着する

ネット検索して他の人が消費電力計を作っている製作例を見ると、小型コンパクトに作っている人が多い。

自作した消費電力計を何かの機器に組み込むなどの場合には小型コンパクトの方が良いだろう。

ワテの場合はこの消費電力計は組み込み用ではなくて、汎用の計測機器として使う予定だ。

なので、小型にする必要は無いし、使う時に安定して設置出来るほうが望ましい。

そこで下写真のように板厚15ミリのアカシア集成材の端材を使って、台座は180ミリx180ミリの正方形にした。

写真 板厚15ミリのアカシア集成材の端材で作った台座(180ミリx180ミリ)の完成形

以下ではこの台座を製作している様子を写真で解説しよう。

下写真は四枚の小板を口の字型に配置して台座板に接着している様子を示す。

写真 四枚の小板を台座板に接着してクランプ固定している様子

四枚の小板の高さは35ミリにした。

板材のエッジは接着前に事前にトリマーのボーズ面ビット、45度面取りビットで加工している。

ワテお勧めトリマーとビットセット

上写真のクランプ2個では足りないので、下写真のように手持ちのクランプを総動員してしっかりとクランプした。

写真 台座板に四枚の小板を口の字型に接着する為に沢山のクランプで固定

ワテお勧めクランプ

接着剤はタイトボンド3を使った。

公式にはタイトボンド3は完全乾燥まで約24時間必要だが、ワテの経験では一晩乾燥させれば翌朝には貼り付いている。なので8時間くらい乾燥させれば良さそう。

仕上げサンダーに240番紙ヤスリを付けて軽く研摩

接着が完了したので仕上げサンダーで表面を少し研摩する事にした。

写真 アカシア集成材の表面を仕上げサンダ240番で軽く研摩

下写真の保護メガネと防塵マスクは室内で木工DIYをやる人にはお勧めのグッズだ。

写真 ワテ推薦の保護メガネと防塵マスク(室内で木工DIYをやる人には必須)

ボレーセーフティ 保護メガネ、黒いガスケット、ストラップの三点セット

このボレーセーフティの保護メガネは本当に曇らないのだ。その解説記事はこちら↴

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この重松製作所のT2フィルターは、木工で発生する粉塵や溶接作業の有害なヒュームにも対応しているので、応用範囲が広い。値段もそんなに高くないのでDIYをやるなら買っておく事をお勧めする。

粉塵は健康に悪いので、ワテの場合は必ず防塵マスクと保護メガネをかけて仕上げサンダを使うようにしている。

木製台座にクルミオイルを塗り込む

仕上げサンダで240番ペーパーを付けて軽く研摩したあとで、下写真のようにクルミオイルをウエスに付けて木製台座に塗り込む。

写真 クルミオイルをウエスに付けて木製台座に塗り込む

最近のワテは無垢材にオイルフィニッシュが気に入っている。

半田リール台の製作例はこちら↴

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消費電力計パネルをコンセントカバーに取り付ける工夫

下写真のパナソニックのコンセント用の部材をホームセンターで買って来た。

まず下写真のように金属取付枠の隙間には残念ながら消費電力計パネルは入らない。

写真 パナソニックの電材を利用して消費電力計パネルを固定する

ワテが使った消費電力計パネルの寸法は下図の通り。

図 ワテが使った消費電力計液晶パネルの寸法

そこで下写真のように金属枠を万力に固定して、赤いマジックの線に沿ってグラインダーで切断する。

写真 金属枠を万力固定して赤いマジックの線に沿ってグラインダーで切断する準備

下写真がワテが昨年末に購入したBOSCHの無段変速型100mmグラインダーだ。

写真 BOSCHのグラインダーに切断砥石を付けて準備完了

>> 100mm ディスクグラインダー 無段変速をアマゾンで見る

下写真のように切断砥石を使って金属枠を切断する。

写真 切断砥石を使って金属枠を切断する

ワテの場合、グラインダーを使うのは初めての経験だ。

切断砥石を付けてグラインダーで削ると、金属枠は簡単に切断出来た(下写真)。

写真 切断砥石を付けたグラインダーで金属枠は簡単に切断出来た

上下二箇所を切断して、作業完了だ。

コンセントカバーの穴を消費電力計パネルのサイズに広げる

ワテが使ったのは下写真の製品だ。

下写真のようにコンセントカバーの周囲には消費電力計の穴サイズ(85×47)に合わせてマスキングテープを貼って養生している。

マスキングテープの境目の直線部分はカッターの刃で切り込みを入れている。

写真 ハンドニブラで四隅を切り取ったコンセントカバー

上写真のようにコンセントカバーをハンドニブラで切り取った。

あとは手で折り曲げたらカッターの切り込み線に沿ってポキッと折り曲げて切り離せる。

その結果、下写真のようにコンセントカバーに大きな長方形穴を開ける事が出来た。

写真 コンセントカバーに消費電力計パネルを取り付ける為の長方形穴を開けた完成形

ちなみに上写真左端に下写真の製品が写っている。

実は本当はこちらに穴を開けて消費電力計パネルを嵌め込む予定だったのだ。ところがうっかり間違えてこのコンセントプレートに穴を開けてしまった。

このコンセントプレートはこの後で登場する

用に使うやつだったのだ。

なので再びホームセンターへ行ってコンセントプレートをもう1枚買って来た。

これで準備完了だ。

消費電力計の配線作業

先ほど切断した金属枠の上下の部分は下写真のように木製台座にネジ固定している。

注意事項としては、金属枠を切断する前に下写真の木製台座に金属枠を当てて、固定ネジ穴の位置を木製台座に鉛筆で印を付けておくと良い。なぜなら切断してしまうと上下のネジ穴間隔が決まらないので、切断してからネジ穴位置に印を付けるのは困難なので。

写真 消費電力計自作プロジェクトに使うパーツ

まず、ケーブルグランドに電源コードを通しておく。

写真 ボアビットで穴を掘った箇所にケーブルグランドとケーブルを通す

アカシア集成材15mm厚にはケーブルグランドは取り付けられないので、ボアビットで穴を掘って板厚を5mmくらいに薄くしている。

ケーブルグランドを使うとケーブルを強固に固定出来る。

採用した電源コードの直径はノギス実測でΦ8mmだったので、PG11(適合ケーブル直径5mm-10mm)サイズのケーブルグランドを使った。

下写真のボアビットセットは安いのでお勧めだ。切れ味はまあまあだが実用性は高い。

なお、市販の消費電力計は電源ケーブルが無くて壁コンセントに直接挿し込むタイプが多い。

それだと使い勝手が悪いと思う。

例えば天井付近の高い位置に取り付けているエアコンの消費電力を計測したい。エアコンのコンセントも高い位置にある。そう言う場合に市販の消費電力計を高い位置の壁コンセントに差し込んでエアコンを運転するとしても、今何ワットなのかを確認したい時には脚立などの上に立って液晶表示の数字を確認しなくてはならないのだ。

そこでワテの場合は1mほどの長さの電源コードを流用して消費電力計に取り付ける事にしたのだ。

消費電力計パネルに電線を結線する

今回使う消費電力計パネルの背面には四つの電極がある。

それらの電極に下図のように電線を配線するのだ。

図 消費電力計パネルの配線図

上図でinputとoutputのL(Live、活線側)は④番電極で共通になっている。

当初は④番電極に二本の電線を挿し込む必要があるなあと思ったのだが、電極はそんなに大きく無いのでΦ1.6やΦ2.0の単線を二本挿し込む事は困難。

なので、2連コンセントの背面にある渡り配線の部分を利用してinputとoutputのLを接続する事にした。その作業はもう少し後で登場する。

文章で説明しても分かり辛いので実体配線図を描いてみた(下図)。

図 接地ダブルコンセント、消費電力パネル、電源コードの接続実体配線図

 

下写真は電極端子③④にΦ1.6VVF白黒単線を挿し込んでマイナスドライバーで締めて固定した状態。

写真 マイナスドライバーが必要なので少し面倒

この消費電力計パネルの電極はマイナス頭のネジになっている。今時マイナスネジが使われているのは珍しいし、ワテの場合はマイナスドライバーは精密ドライバーしか持っていない。

でも精密ドライバーは先端が小さくてマイナスの溝に嵌めると隙間が多くて、ネジをしっかりと締められないし、無理に回すとネジ溝を舐めて傷めてしまう。そんな時に役立ったのが、以前に購入していたドライバーセットだ(下写真)。

このセットには数個のマイナスドライバービットも入ってるのでそれを使ってマイナス頭のネジを強く締める事が出来た(下写真)。

写真 マイナスドライバーを使ってマイナスネジを締めている様子

次に、下写真のようにInput電源コードの黒色(L)電線に棒形の裸圧着端子 を圧着した。

これは先ほど説明したようにInputとOutputのLは端子④に接続するが、それは難しいので2口コンセントの渡り配線を利用してInputのLとOutputのLを接続するのだ。

写真 Input電源コードの黒色(L)に棒形裸圧着端子を圧着する(白色には圧着しない)

ここで使った棒形裸圧着端子はニチフの製品だ。

このニチフの製品は薄い緑の透明絶縁キャップ付きなので使い易い。圧着したあとであとから絶縁キャップを被せれば良いのだ(下写真)。

写真 電源コードの黒(L)線に棒形裸圧着端子を圧着して絶縁キャップを被せた

さて、下写真のように消費電力計パネルの④番に黒色単線を挿し込んで、もう一端は2口コンセントのL(活線)側に接続する。その隣にある渡り配線挿し込み口に上写真の棒形裸圧着端子を挿し込むのだ。これで④番端子へInputとOutputのLの接続が完了した。

写真 2口コンセントのL側(活線側)の渡り配線端子を利用してInputとOutputのLを接続

一方、電源コードの白色(N)側は消費電力計パネルの③番端子に接続するので、③番に挿した白色単線の端に電源コード白色を半田付けした(下写真)。

写真 電源コード白(N)側を消費電力計パネル③番に挿した白色単線と半田付けした

この後、下写真のように熱収縮チューブを二重に被せて絶縁対策した。

写真 半田付け箇所に熱収縮チューブを二重に被せて絶縁対策した

これでInput電源コードの白黒ケーブルの配線が完了した。

なお、ワテの場合には撚線と単線を半田付けしたが、撚線と単線を圧着したい場合はこの製品がある。

ニチフの「より単スリーブ」だ。

「より線」と「単線」を合わせて「より単」って、そのまんまのネーミングであるが、分かり易い。

ちなみに「より線」と「単線」を圧着して接続するにはこのような専用の圧着端子を使う必要がある。他の一般的な圧着端子では「より線」と「単線」をミックスして圧着するのは推奨されていない場合があるので要注意だ。

最後に、Output(2口コンセント)のN(Neutral)側を消費電力計パネル①番端子に接続するので、下写真のように2口コンセントのW(=N)の印がある端子と消費電力計パネルの①番端子を白色単線で結線した。

写真 Input(白黒電源ケーブル)とOutput(2口コンセント)の配線が完了

消費電力計パネルにコンセントプレートを被せて木枠に固定する

配線が完了したので、下写真のように消費電力計パネルや2口コンセントを木製台座に嵌め込む。

写真 配線が完了したので消費電力計パネルや2口コンセントを木製台座に嵌め込む

本当は上写真の時点でケーブルグランドも木枠に固定しておく必要があるが忘れていた。

下写真のように2口接地コンセントを木枠に固定して、次に消費電力計パネルに固定枠を被せながらそれらを木枠に嵌め込む。

写真 消費電力計パネルの上にコンセントプレートの枠を嵌め込んでいる様子

コンセントプレートの枠の取り付けは上写真のように横から嵌め込んだら上手く行った(下写真)。

写真 コンセントプレートの枠の嵌め込みに成功

下写真のようにコンセントプレートの枠を消費電力計パネルに嵌め込んだ。

写真 コンセントプレートの枠を消費電力計パネルに嵌め込んだ

そして下写真のように、長方形穴を開けたコンセントプレートカバーを嵌め込む。このカバーも下写真のように向きを変えながら嵌め込むと上手い具合に嵌め込める。

写真 消費電力計パネルにコンセントプレートカバーを嵌め込む様子

下写真のように消費電力計パネルの下側にコンセントプレートカバーが来れば嵌め込み成功だ。

写真 消費電力計パネルの下側にコンセントプレートカバーが来れば嵌め込み成功

自称、知恵の輪の達人のワテにはこれくらいの作業は簡単だ。

最後に、下写真のように消費電力計パネルを嵌め込んだコンセントプレートカバーを台座に固定した枠に嵌め込めば良い。

写真 消費電力計パネルを木製台座に固定している様子

その結果、下写真のようにいい感じで消費電力計パネルを木製台座に取り付け成功した。

写真 消費電力計パネルを木製台座に取り付け成功したがケーブルグランドのネジ締め忘れ発覚

ところが上写真のようにケーブルグランドのネジを締めるのを忘れていた。

あかんがな。

自称、DIY界のうっかり八兵衛と呼ばれているワテである。

全部やり直し!?と落ち込んだが、下写真のようにケーブルグランドを手で締め込んだら、木枠の内側にケーブルグランドの固定ナットが偶然にも来ていたので上手い具合にネジ締め成功!

写真 ケーブルグランドのネジ締めは事前にやっておくべきだった

取り付けた部品を全部外してやり直しかなと思って一瞬冷ッとしたのだが、やり直さなくても上手く行った。

ワテくらいのDIY上級者になると、どんなに困難な状況でも冷静かつ最短時間で完璧なリカバリーが出来るのだ。

DIY界の大門未知子と呼ばれているワテである。

あとは下写真のようにモンキーを使ってケーブルグランドを締め込む。

写真 ケーブルグランドは樹脂製なのであまり馬鹿力で締めると壊す

誰がモンキーやねん!

注意事項としてはケーブルグランドは樹脂製なのであまり馬鹿力で締めると壊すので要注意だ。

と言う事で、下写真のようにワテ自作の消費電力計が完成した。

写真 ワテ自作の消費電力計が完成した

なお、下写真のような角ばったプレートを使えば、2個並べた時に一体感が出るのでより良いかも知れない。

自作の消費電力計を使ってみる

早速使ってみる。

電源コードを壁コンセントに差し込むと下写真のように表示された。おお素晴らしい。

写真 自作消費電力計の電源コードを壁コンセントに差し込んだ状態

AC100Vが実測98Vなので若干電圧が低い。あと、ワテの自宅は関西なので60Hzだ。

下写真は以前にリサイクルショップで購入した消費電力不明のセラミックヒーターを付けた状態。

写真 消費電力の表示が無いセラミックヒーターの消費電力を計測中

このヒーターは強弱の2段階設定があり、強にすると下写真のように832Wも消費電力が有る事が判明した。

写真 小型のヒーターにも関わらず消費電力800W級で有る事が判明した

ちなみにPF 0.99の部分が力率表示だ。モーターなどではこの値が1よりかなり小さくなるが、ヒーターの場合ならほぼ1.00に近い値を示している。

力率とは?

力率の定義をWikipediaから引用させて頂く。

力率は0から1の値をとり、抵抗負荷では全て有効電力のため1(= 100 %)、電力を消費しない誘導負荷および容量負荷では全て無効電力のため0となる。

正弦波交流において、RLCからなる線形負荷では、インピーダンスに応じて電圧と電流がずれ、その位相差の余弦となる。

正弦波電圧源に対し、電流が正弦波でなくなる非線形負荷では、力率は1未満となる。

引用元 https://ja.wikipedia.org/wiki/力率

上の説明文を数式で書くと正弦波交流の場合に電圧と電流の位相差をΘとすると、

力率 = cosΘ

と言う事か。

なので

位相差  0度の場合 力率= cos 0 = 1 
位相差90度の場合 力率= cos π/2 = 0

となる。

モーターなどの動力系機器の計測に力率表示は役立つ

次は、消費電力27Wの山善のサーキュレーターを動かした場合の例。

写真 消費電力27Wの山善のサーキュレーターを動かした場合

この場合は力率が0.93だ。ヒーターなら0.99だったがモーターなので、こんなもんなのかな?ワテはあまり詳しくない。

次に、現在製作中の24Vサブバッテリーシステムに組み込んでいる電菱700W純正弦波インバーターのAC100V出力コンセントに消費電力計を接続してみた(下写真)。

写真 ワテ自作中のサブバッテリーシステムに消費電力計を接続した

そして、先ほど使った800W級のセラミックヒーターをオンすると、800Wを超えたあたりでインバーターの保護回路が働いて停止した。最大出力700Wのインバーターで800Wを使うと無理があるのは当然なので保護回路が働く事も正しい動作だ。

そう言う点でもこの電菱製24V700Wインバーターは信頼性は高いと思う。

安物のインバーターの場合なら、最大定格電力1000Wだとしても800Wくらいで出力が停止するなんて事もあるようだ。あるいは1000W出力が出来たとしても、連続でしばらく動かしていると出力のパワートランジスタとかパワーMOSFETが壊れるなどのトラブルが多いらしいし(ネット情報から)。

と言う訳で、消費電力計自作プロジェクトはいい感じで成功した。

下写真は木製台座の裏側。

写真 アカシア集成材の端材を使った木製台座の裏側(クルミオイル仕上げ)

なお、ワテの場合は下写真のようにコンセントプレートを二枚使った。

写真 ワテ自作の消費電力計の完成記念写真

でも例えば下写真のような2連のプレートを使えばもう少しスッキリコンパクトに作れるかも知れない。

ただしワテはその方式ではやっていないので、出来るかどうかはやってみなければ分からないが。

消費電力計の使い方は倹約DIYさんの動画がお勧め

倹約DIYさんの上動画では消費電力計の右にある小さなスイッチを長押しして各種の設定を行うやり方が解説されている。

分かり易いのでお勧めだ。

このスイッチの機能を簡単にまとめると以下の通り。

操作 機能
3秒長押し

消費電力(W)警告設定モードに入る。

液晶画面右上のW数字が点滅するので、好きな値に設定する。

そうすると消費電力が設定値を超えると点滅で警告してくれる。

設定モードから出るには5秒以上放置する。

5秒長押し 液晶画面左下の積算電力量(KWh)の値を0にリセット出来る。

表 ワテ購入の消費電力計の設定ボタン操作まとめ

まとめ

ワレコ

なかなか使い易い消費電力計が完成した。

力率まで表示できるのは素晴らしい。

当記事では、ネット通販で購入した消費電力計パネルを活用する為に、木製台座を自作してその台座に2口接地コンセント、消費電力計パネルを取り付けて配線する作業過程を紹介した。

費用の総額は3,000円弱くらいかな(下表)。

写真 項目 価格 説明
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消費電力計LCDパネル 2,000円 類似製品が多い。力率表示出来るタイプがお勧め。
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アカシア集成材端材 200円 ハ~、なんでやねん!

表 消費電力計作成に使った部品と価格例

ワテみたいにDIYが趣味の人は、このような消費電力計を一つ作っておくと、何かと役に立つだろう。

もし自作が困難な人は既製品を買うのも良い。

下写真のようなコンパクトなタイプが人気があるようだ。

下写真の製品は力率表示も可能のようだ。

(完)

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