วัตต์กับวัตต์ชั่วโมงต่างกันอย่างไรในระบบไฟรถ

โหลดกำลังสูงที่เปิดชั่วครู่อาจใช้พลังงานรวมต่ำกว่าโหลดกำลังเล็กที่เปิดหลายชั่วโมง ทั้งสองแบบยังสร้างภาระให้วงจรต่างกัน การรู้จักวัตต์กับวัตต์ชั่วโมงจึงช่วยตอบว่ากำลังพูดถึงภาระขณะนั้นหรือพลังงานตลอดช่วงเวลา และป้องกันการเลือกข้อมูลผิดเมื่ออ่านฉลากอุปกรณ์ประกอบกับผังไฟแรงดันต่ำของรถ

วัตต์คือความเร็วในการถ่ายโอนพลังงาน

กำลังไฟ P มีหน่วยวัตต์ โดยหนึ่งวัตต์เท่ากับหนึ่งจูลต่อวินาที สำหรับสภาวะกระแสตรงที่แรงดันและกระแสคงที่ กำลังที่โหลดรับเท่ากับ P = V คูณ I โดย V ต้องเป็นแรงดันระหว่างขั้วโหลดและ I เป็นกระแสผ่านโหลดนั้น หากโหลดรับ 12 โวลต์และ 2 แอมป์ กำลังไฟฟ้าขาเข้าเป็น 24 วัตต์ ไม่ใช่พลังงานสะสม 24 วัตต์ เพราะวัตต์ยังไม่มีระยะเวลาประกอบ

กำลังไฟฟ้าขาเข้าไม่จำเป็นต้องเท่ากับกำลังที่เป็นประโยชน์ทั้งหมด มอเตอร์เปลี่ยนส่วนหนึ่งเป็นกำลังกลและสูญเสียส่วนหนึ่งเป็นความร้อน ส่วนหลอดไฟเปลี่ยนเป็นแสงและความร้อนในสัดส่วนตามเทคโนโลยี การเทียบเลขวัตต์ของอุปกรณ์คนละชนิดจึงไม่ได้รับรองว่าจะทำงานได้เท่ากันหรือให้แสงเท่ากัน ต้องดูว่าฉลากระบุขาเข้าหรือขาออกและใช้เงื่อนไขใด

1. 1
   กำลังขาเข้า

   ใช้แรงดันคร่อมโหลดคูณกระแสผ่านโหลด ได้ P = VI หน่วยวัตต์

2. 2
   ระยะเวลา

   หากกำลังเปลี่ยนให้แยกช่วงเปิดและพักก่อน ไม่ใช้ค่าสูงสุดแทนทุกช่วง

3. 3
   พลังงานรวม

   รวม P × เวลาแต่ละช่วง เมื่อเวลาเป็นชั่วโมง ผลเป็นวัตต์ชั่วโมง

วัตต์ใช้บอกอัตรา วัตต์ชั่วโมงใช้บอกพลังงานในช่วงเวลาหนึ่ง

วัตต์ชั่วโมงเติมมิติของเวลาให้การใช้ไฟ

เมื่อกำลังคงที่ พลังงานเท่ากับ E = P คูณ t ถ้าใช้วัตต์กับชั่วโมงจะได้วัตต์ชั่วโมง หากใช้วัตต์กับวินาทีจะได้จูล ดังนั้น 1 วัตต์ชั่วโมงเท่ากับ 3,600 จูล การเขียนว่าใช้ไฟ 24 วัตต์ชั่วโมงหมายถึงปริมาณพลังงาน ส่วนคำว่าใช้ไฟ 24 วัตต์หมายถึงอัตราขณะทำงาน ไม่ควรเติมคำว่าต่อชั่วโมงหลังวัตต์ชั่วโมงหากตั้งใจรายงานพลังงานรวม เพราะจะเปลี่ยนความหมายกลับไปเป็นอัตรา

เมื่อกำลังเปลี่ยนตามเวลาให้แบ่งเป็นช่วงที่รู้กำลัง แล้วรวมพลังงานแต่ละช่วง เช่น อุปกรณ์เปิดเต็มกำลังช่วงหนึ่งและพักอีกช่วงหนึ่ง ต้องรวมตามระยะเวลาเปิดจริง ไม่ใช้กำลังสูงสุดคูณเวลาทั้งหมดโดยไม่บอกว่าเป็นการประมาณด้านสูง ขณะเดียวกันห้ามใช้พลังงานเฉลี่ยไปแทนกระแสสูงสุดที่สายต้องรับ เพราะข้อมูลสองชนิดนี้ตอบเรื่องต่างกัน

ตัวอย่างสมมติ: กำลังน้อยกว่าแต่ใช้พลังงานมากกว่า

สมมติโหลดต้านทานสองตัวในโจทย์แรงดันต่ำ ตัวแรกได้รับกำลังคงที่ 48 วัตต์และเปิด 10 นาที ตัวที่สองได้รับ 12 วัตต์และเปิดหนึ่งชั่วโมง ตัวแรกใช้พลังงาน 48 คูณ 10/60 เท่ากับ 8 วัตต์ชั่วโมง ส่วนตัวที่สองใช้ 12 คูณ 1 เท่ากับ 12 วัตต์ชั่วโมง ตัวที่สองจึงใช้พลังงานรวมมากกว่า แม้กำลังขณะเปิดเพียงหนึ่งในสี่ ตัวเลขนี้เป็นการคำนวณอิสระ ไม่ใช่ผลทดลองสินค้าหรือข้อมูลรถรุ่นใด

ถ้าทั้งสองตัวรับแรงดันคงที่ 12 โวลต์ตามโจทย์ ตัวแรกใช้กระแส 48/12 เท่ากับ 4 แอมป์ ตัวที่สองใช้ 12/12 เท่ากับ 1 แอมป์ หากเปิดพร้อมกันช่วง 10 นาทีแรก สายจ่ายร่วมก่อนแยกแขนงรับ 5 แอมป์ช่วงนั้น และเหลือ 1 แอมป์อีก 50 นาที พลังงานรวมทั้งชั่วโมงเป็น 20 วัตต์ชั่วโมง หรือคิดจากช่วงพร้อมกัน 60 วัตต์คูณหนึ่งในหกชั่วโมง บวกช่วงตัวเดียว 12 วัตต์คูณห้าในหกชั่วโมง ก็ได้ 10 บวก 10 เท่ากัน

อย่านำผล 20 วัตต์ชั่วโมงไปสรุปว่าแบตเตอรี่ทุกชุดจะใช้งานได้กี่ชั่วโมงโดยหารฉลากพลังงานทันที โจทย์นี้กำหนดแรงดันและกำลังให้คงที่ และยังไม่รวมข้อจำกัดของแหล่งจ่ายหรือความสูญเสียอื่น การคำนวณเวลาจริงต้องทราบพลังงานที่ยอมให้ใช้ได้ สภาพแหล่งจ่าย และเงื่อนไขหยุดทำงานของอุปกรณ์ บทนี้ใช้ผลรวมเพื่อทำความเข้าใจความหมายของหน่วยก่อน

1. 1
   โหลดแรก

   48 วัตต์ × 10/60 ชั่วโมง = 8 วัตต์ชั่วโมง

2. 2
   โหลดที่สอง

   12 วัตต์ × 1 ชั่วโมง = 12 วัตต์ชั่วโมง

3. 3
   รวมพลังงาน

   ทั้งสองโหลดใช้รวม 20 วัตต์ชั่วโมงตามระยะเวลาในบท

4. 4
   แยกกระแสสูงสุด

   ถ้ารับ 12 โวลต์และเปิดพร้อมกัน กระแสรวมช่วงนั้นเป็น 4 + 1 = 5 แอมป์

ตัวอย่างสมมติแสดงว่ากำลังสูงกว่าไม่ได้ใช้พลังงานรวมมากกว่าเสมอ

ความสูญเสียที่สายต้องใช้แรงดันของสายในการคำนวณ

สมมติอีกวงจรหนึ่งมีสายและจุดต่อรวมเป็นความต้านทาน 0.08 โอห์ม ขณะหนึ่งมีกระแสคงที่ 5 แอมป์ผ่าน แรงดันตกที่ส่วนนี้เท่ากับ 5 คูณ 0.08 คือ 0.4 โวลต์ กำลังสูญเสียจึงเป็น 0.4 คูณ 5 เท่ากับ 2 วัตต์ หรือใช้ P = I ยกกำลังสองคูณ R จะได้ 25 คูณ 0.08 เท่ากัน ห้ามใช้แรงดันแหล่งจ่ายเต็มคูณกระแสแล้วเรียกทั้งหมดว่าความร้อนในสาย เพราะโหลดเองรับพลังงานอยู่ด้วย

ถ้าสภาพนี้คงอยู่ครึ่งชั่วโมง ส่วนสายดังกล่าวเปลี่ยนพลังงานไฟฟ้าเป็นความร้อนรวม 1 วัตต์ชั่วโมงหรือ 3,600 จูล แต่ยังคำนวณอุณหภูมิปลายทางจากเลขนี้เพียงตัวเดียวไม่ได้ ความร้อนบางส่วนถ่ายออกสู่สิ่งแวดล้อม และอุณหภูมิขึ้นกับมวล วัสดุ พื้นที่ระบายความร้อน และเวลาที่ผ่านไป การพบกำลังสูญเสียเท่ากันในสายยาวกับจุดสัมผัสเล็กจึงไม่ได้หมายความว่าร้อนถึงอุณหภูมิเดียวกัน

วิธีนำไปใช้เมื่ออ่านฉลากและวางบัญชีโหลด

1. จดพิกัดแรงดันควบคู่กับกำลัง และแยกว่าเป็นกำลังไฟฟ้าขาเข้า กำลังขาออก หรือค่าสูงสุดตามข้อมูลผู้ผลิต
2. ระบุเวลาที่โหลดทำงานจริงในแต่ละสถานะ แล้วคำนวณวัตต์ชั่วโมงแยกช่วงก่อนรวม
3. ทำรายการกระแสขณะเปิดพร้อมกันแยกจากพลังงานรวม เพื่อไม่ให้ค่าพลังงานเฉลี่ยบดบังภาระช่วงสั้น
4. หากต้องรวมความสูญเสียในสาย ให้คำนวณจากแรงดันตกหรือความต้านทานของส่วนสายนั้น และระบุสิ่งที่ยังไม่ได้รวมในงบพลังงาน

การจัดข้อมูลลักษณะนี้ช่วยให้คำถามชัด เช่น ต้องการลดพลังงานที่ใช้ตลอดวันอาจพิจารณาเวลาเปิดและกำลังขณะพัก แต่หากต้องการเข้าใจแรงดันตกช่วงเปิดพร้อมกันต้องพิจารณากระแสในช่วงนั้น การใช้ข้อมูลถูกมิติช่วยหลีกเลี่ยงข้อเสนอที่แก้คนละปัญหา เช่น ลดเวลาเปิดโดยไม่ลดกระแสขณะเปิดแล้วคาดว่าสายจะไม่ตกแรงดันในช่วงทำงาน

ข้อผิดพลาดและขอบเขตของสูตรกำลัง

สูตร P = V ยกกำลังสองหาร R เหมาะกับส่วนที่แทนได้ด้วยความต้านทานตามเงื่อนไขที่ใช้ ไม่ควรใช้คาดการณ์กำลังของกล่องอิเล็กทรอนิกส์ทุกชนิดเมื่อเปลี่ยนแรงดัน ส่วนสูตร P = VI ต้องจับแรงดันและกระแสในเวลาเดียวกัน หากทั้งสองเปลี่ยนตลอด การคูณค่าเฉลี่ยของแต่ละตัวอาจไม่เท่ากับกำลังเฉลี่ยจริง ต้องอาศัยข้อมูลการเปลี่ยนพร้อมกัน ซึ่งเกินการคำนวณค่าคงที่ในบทนี้

ผลคำนวณวัตต์ไม่ใช่คำอนุญาตให้เพิ่มโหลดหรือเปลี่ยนฟิวส์ให้ใหญ่ขึ้น ความเหมาะสมของวงจรยังขึ้นกับขนาดสาย ขั้วต่อ สภาพการติดตั้ง และข้อกำหนดผู้ผลิต การอ่านกำลังเป็นพื้นฐานให้รู้ว่าข้อมูลใดยังขาดก่อนออกแบบหรือซ่อม ไม่ใช่ทางลัดแทนการตรวจความเข้ากันได้ของอุปกรณ์จริง

ตรวจสอบผลด้วยหน่วยและสมดุลพลังงาน

ย้อนตรวจพลังงานโหลดตัวแรกด้วยหน่วยจูล: 48 วัตต์คูณ 600 วินาทีได้ 28,800 จูล แล้วหาร 3,600 ได้ 8 วัตต์ชั่วโมงตรงกัน โหลดสองตัวรวม 20 วัตต์ชั่วโมงเท่ากับ 72,000 จูล หากคำตอบหน่วยวัตต์ชั่วโมงมากกว่าค่ากำลังคูณเวลารวมทั้งที่อุปกรณ์ไม่ได้เปิดเต็มช่วง ให้ตรวจสัดส่วนเวลาและการแปลงนาทีอีกครั้ง

สำหรับวงจรที่ทราบพลังงานทั้งหมด พลังงานจากแหล่งจ่ายต้องอธิบายได้ด้วยพลังงานที่โหลดรับ ความสูญเสีย และการเปลี่ยนพลังงานสะสมในส่วนต่าง ๆ ตามขอบเขตที่เลือก หากนับเฉพาะโหลดแล้วพบผลต่ำกว่าแหล่งจ่าย ไม่ควรเรียกส่วนต่างว่าความผิดปกติโดยทันที ต้องดูว่ามีสายหรืออุปกรณ์อื่นที่ยังไม่ได้รวมอยู่หรือไม่ การรู้หน่วยและขอบเขตของบัญชีจึงสำคัญกว่าการมีตัวเลขละเอียดหลายตำแหน่ง