【第１回】 電力量を計測するためには、電流と電圧を計測する必要がある！
電力量を計測するためには、まず交流電力について学ぶ必要がある。
高校が電気科である私は、一通り電気の知識を持っている（第二種電気工事士を持っている）と自負していたが、あれからずいぶん経ち、ほとんど忘れ去っていたため、改めて電力の計算方法を調べた。
まず、一般家庭用の電源は、１００V交流電源である。
１００Vと言っているのはいわゆる「実効値」というもので、実際はピーク電圧＝100√２≒141.4Vの電圧がかかっている。
実効値というのは、「直流ならこんなもんの電圧だよ」って値の事。
電流も同様に「実効値」があり、これもピーク電流を√２で割った値になる。
（補足として、ピークを√２で割って実効値が求まるのは、正弦波交流の時に限ります。
波形が歪んでいる場合は、２乗平均の平方根で実効値を求める必要があります。）
次に電力の計算だが、電力にはいろいろな呼び名があるが、ここでは以下の２つを知っていればよいので、その２つについて書いておこうと思う。
電力でよく使うのは以下の２つ
１．皮相電力（VA）
２．実効電力（W）
家電とかに貼ってあるシールに、消費電力と書かれているのは、たいていこの２つのどちらかが書かれている。
≪皮相電力（VA）≫
上の方で説明した「実効電圧」×「実効電流」で求めたものが皮相電力となる。
単位は「VA」、、、電圧と電流を掛け算しただけなのでVAとなっている（とおもう）
電圧も電流もピーク値を√２で割ったものの積を取っただけなので、交流独特の「位相」とか「力率」を考慮しておらず、実際の消費電力とはずれる可能性がある。
≪実効電力（W）≫
皮相電力のように実効値（ピークを√２で割った値）で計算するのではなく、瞬間電圧、瞬間電流の積を1周期分加算し、その平均値で求めることが出来る。
分かりにくいので、下に1周期分の値を入れて表を作ってみた
青が電圧となっており、ピーク電圧は141.4Vなので、実効電圧は１００Ｖ
ピンクは電流になっており、ピーク電流は1.414Ａなので、実効電流は１Ａ
皮相電力は１００（Ｖ）×１（Ａ）なので１００（ＶＡ）となります。
一番右の有効電力瞬時値というのが、各瞬間電圧と瞬間電流を掛け算したものになります。
最後に有効電力と書いてある箇所では、有効電力瞬時値の和の平均で１００（Ｗ）となります。
・・・１００（ＶＡ）と１００（Ｗ）で同じじゃん！っと思った方もいるかと思いますが、今回の例は「位相」ずれは無しで、「力率」が１００％になっているからであり、力率が１００％ではなくなると、この値がイコールにならなくなってきます。
≪実効電力（W）のつづき≫
では、力率が１００％ではなくなったときどのようになるのでしょうか
電流の位相が１０°遅れた場合の表が以下の通りになります。
実効電力９８．４Ｗに下がりましたね。
右上のグラフを見ると、電流のピーク位置が若干ずれているのがわかるかと思います。
（電流の方が約１０°電圧に比べ遅れているのが確認できると思います）
この、電圧と電流の関係がずれた量を「位相」と言い、その時の効率を「力率」と言います。
本来１００Ｗの力を発揮できる電圧と電流なのに、９８Ｗの力しか発揮できていないため、力率が低くなっている状態が発生していると言えます。
ちなみに、力率の計算方法は、力率 ＝ 有効電力／皮相電力となりますので、上記例ですと、
力率 ＝ ９８．４Ｗ ／ １００ＶＡ ＝ ９８．４％
となります。
と、電圧・電流・電力の話を簡単にまとめましたが、Arduinoで電力を測る際には、電圧と電流の瞬時値より、実効電力を計測する必要がある。ということになります。
ちなみに、家に備え付けてある電力会社の売買メーターは、実効電力を計測してます。
【メモ】 電力がらみの計算式
実効電圧 ＝ 電圧の２乗平均の平方根 （正弦波であれば、ピーク電圧／√２）
実効電流 ＝ 電流の２乗平均の平方根 （正弦波であれば、ピーク電流／√２）
皮相電力 ＝ 実効電圧＊実効電流
有効電力 ＝ 実効電圧＊実効電流＊力率 ＝ （瞬間電圧＊瞬間電流）和の平均
無効電力 ＝ 皮相電力－有効電力