تفاوت میان وات و ولت آمپر چیست؟

وات (W) و ولت آمپر (VA) هر دو واحدهای اندازه‌گیری توان الکتریکی هستند. وات به «توان واقعی» و ولت آمپر به «توان ظاهری» اشاره دارد. معمولاً دستگاه‌های الکترونیکی یک یا هردوی مقادیر وات و ولت آمپر را نشان می‌دهند تا اطلاعاتی درباره‌ی مقدار انرژی مصرفی و یا جریان مورد نیازشان به ما بدهند. هر کدام از این مقادیر برای مقاصد مختلفی می‌توانند استفاده شوند. با مدیاسافت همراه باشید.

وات چیست؟

توان واقعی در واحد وات، توانی است که یا کار انجام می‌دهد یا گرما تولید می‌کند. توان در واحد وات آهنگ مصرف یا تولید انرژی است. یک وات، یک ژول (انرژی) بر ثانیه است:

(۱ W = 1 J/s)

شما به شرکت تأمین کننده‌ی برق خود براساس وات مصرفی که انرژی را بیان می‌کند هزینه پرداخت می‌کنید که توان مصرفی برای یک دوره‌ی زمانی است و معمولاً شرکت تأمین کننده برق شما آن را با واحد کیلووات ساعت نشان می‌دهد. برای مثال، اگر یک لامـپ ۱۰۰ وات ۱۰ ساعت روشـن بماند، ۱ کیلووات ساعت انرژی مصرف می‌کنـد.

(۱ کیلووات ساعت = ۱۰۰۰ وات ساعت = ۱۰ وات × ۱۰ ساعت)

توان واقعی چگونه محاسبه می‌شود؟

توان واقعی برای مدارهای جریان مستقیم با ضرب ولتاژ (Vdc) در جریان (Idc) به سادگی به دست می‌آید:

W = V_dc × I_dc

هرچند انجام محاسبات توان واقعی در مدارهای جریان متناوب بسیار سخت است امّا راه حل آن ساده و مستقیم است. برای به دست آوردن توان در واحد وات، باید تابع ولتاژ لحظه‌ای، v(t) ، و شدت جریان لحظه‌ای، i(t) ، را داشته باشید. وقتی هردوی آن‌ها را در هم ضرب کنید، تابع توان لحظه‌ای، p(t) ، به دست می‌آید.

از آن‌جا که توان لحظه‌ای در طول زمان تغییر می‌کند ما باید یک مقدار میانگین برای آن به دست آوریم، پس از توان در یک بازه‌ی زمانی انتگرال گرفته و عدد به دست آمده را بر آن بازه تقسیم می‌کنیم که توان هدر رفته توسط یک دستگاه با ولتاژ v(t) که جریان i(t) در زمان مشخص از آن می‌گذرد را به ما می‌دهد. فرض می‌کنیم که ولتاژ و جریان هردو موجی متناوب با دوره‌ی تناوب T هستند. روش ریاضیات محض برای بیان محاسبات توان در یک موج متناوب با دوره‌ی تناوب T :

شاید تصورش آسان باشد امّا محاسباتش ساده نیست. حتی اندازه‌گیری توان واقعی در واحد وات برای مدارهای جریان متناوب نیازمند تجهیزات خاصی است (کنتور) چرا که شکل موجی ولتاژ و جریان باید طی یک بازه‌ی زمانی بسیار دقیق اندازه‌گیری شود. اندازه‌گیری‌ها باید همزمان باشند و میانگین، باید در بازه‌ی زمانی اندازه‌گیری گرفته شود. یک مولتی‌متر استاندارد قادر به انجام چنین اندازه‌گیری‌ای نیست.

کاربردهای توان واقعی

این اعداد و ارقام جهت دانستن اینکه برای استفاده از یک دستگاه چقدر به شرکت تأمین کننده‌ی خود پرداخت می‌کنید مفید هستند زیرا شما برای «کیلووات ساعت» پرداخت می‌کنید (انرژی مصرف شده در یک بازه‌ی زمانی) . کاربردهای دیگر آن‌ها در صورتی است که شما از شر گرمای تولید شده‌ی دستگاه که انرژی مصرف می‌کند، خلاص شوید. برای ترکیب توان واقعی چند دستگاهِ جریان مستقیم و متناوب و به دست آوردن توان کل، کافی است توان هر کدام را به واحد وات تبدیل کرده و آن‌ها را با یکدیگر جمع کنید. (اعداد در یکای وات به صورت خطی جمع می‌شوند.)

ولت آمپر چیست؟

تـوان ظاهـری بـا واحـد ولـت آمـپر (VA) بـرای سـاده‌تر کـردن اعـداد و محاسـبه‌ی راحـت‌تر جـریان مصرفـی به کار مـی‌رود. از آن‌جا که VA = RMS volts × RMS amp (مقدار مؤثر ولتاژ × مقدار مؤثر جریان) ، می‌توان مقدار VA را بر مقدار مؤثر ولتاژ تقسیم کرد تا مقدار مؤثر جریان مصرفی دستگاه به دست آید. دانستن مقدار مؤثر جریان به شما کمک می‌کند که اندازه‌ی اتصالات، مدارشکن‌ یا فیوزهایی که جریان دستگاه شما را تأمین می‌کنند، بدانید. ( منظور از اندازه، مقدار مؤلفه‌های مختلف مانند ولتاژ، جریان و … است. )

توان ظاهری چگونه محاسبه می‌شود؟

توان ظاهری برای مدارهای جریان مستقیم با ضرب ولتاژ (Vdc) در جریان (Idc) به سادگی به دست می‌آید:

VA = V_dc × I_dc

در مدارهای جریان مستقیم توان ظاهری با توان واقعی برابر است. (در جریان مستقیم VA = W )

در مدارهای جریان متناوب، VA حاصل ضرب مقدار مؤثر ولتاژ (V_RMS) در مقدار مؤثر جریان (I_RMS) است.

VA = V_RMS × I_RMS

شما می‌توانید با ضرب مقدار مؤثر به دست آمده برای ولتاژ در مقدار مؤثر به دست آمده برای جریان، توان ظاهری را در واحد ولت آمپر به دست آورید.

کاربردهای توان ظاهری

با فرض اینکه مقدار ولتاژ را می‌دانید، توان ظاهری یک دید کلی از مقدار جریان مصرفی مدار به شما می‌دهد. برای مثال، ولتاژ استاندارد برای مصارف خانگی در ایالات متحده، ۱۲۰ VRMS است. اگر بر روی یک محصول ۳۰۰ ولت آمپر درج شده باشد، (عدد درج شده به حداکثر مقدار توان مصرفی دستگاه اشاره دارد.) و از منبعی جریان متناوب با ولتاژ خطی ۱۲۰ V_RMS تغذیه کند، می‌توان حداکثر جریان مورد انتظار را این‌گونه محاسبه کنید:

۳۰۰ VA/120 V_RMS = 2.5 A_RMS

بنابراین، شما می خواهید اطمینان حاصل کنید که سیم‌ها و مدارهای مرتبط با عرضه این محصول حداقل جریان ۲٫۵ A_RMS را فراهم کنند.

معمولاً بر روی محصولات الکترونیکی اطلاعاتی مانند حداکثر توان الکتریکی ورودی، ولتاژ ورودی، فرکانس و حداکثر توان ظاهری درج شده است.

برای ترکیب توان ظاهری چند دستگاه جریان مستقیم، ولت آمپرها (توان ظاهری) را به صورت خطی با یکدیگر جمع کنید. با این حال در ترکیب توان ظاهری (یا جریان) چند دستگاه جریان متناوب برای بدست آوردن مقداری دقیق، هیچ راه ساده و مستقیمی وجود ندارد زیرا که جریان دستگاه‌ها الزاماً با یکدیگر هم‌فاز نیستند در نتیجه نمی‌توان آن‌ها را به صورت خطی جمع کرد. امّا اگر شما به سادگی هر ولت آمپر (یا جریان) را با یکدیگر جمع کنید، نتیجه، یک تخمین محافظه‌کارانه از مقدار واقعی خواهد بود؛ چرا که مقدار واقعی همیشه کوچک‌تر یا مساوی این عدد است.

ضریب توان، اصطلاح مفید دیگری برای این بحث است که تحت عنوان «نسبت W (توان واقعی) به VA (توان ظاهری)» تعریف می‌شود.

ضریب توان: PF = W/VA

ضریب توان همواره عددی بین صفر و یک است زیرا توان واقعی که یک دستگاه مصرف می‌کند همیشه کوچک‌تر یا مساوی توان ظاهری آن است. توجه داشته باشید که ممکن است اختلاف پتانسیل در یک مدار بسیار زیاد باشد یا جریان بسیار بالا باشد ولی انرژی مصرف نکند. (صفر وات هدر دهد.)

با عقل جور در نمی‌آید اما این درست است که اگر مدار کاملاً غیرفعال باشد، (یک خازن یا القاگر محض) کار انجام نخواهد داد و گرمایی نیز تولید نخواهد کرد. پس صفر وات مصرف (یا هدر) می‌دهد. با این حال می‌تواند جریان قابل توجهی را جلب کند که موجب افزایش قابل توجه VA می‌شود.

در این مورد، ضریب توان صفر است و به این دلیل ممکن است که رابطه‌ی بین فازهای موج جریان و ولتاژ مانند مداری که دائماً در حال جذب توان واقعی و پس دادن آن است، عمل کند. بنابراین برآیند توان واقعی مصرف شده، صفر است.

خلاصه

وات و ولت آمپر هر دو یکای اندازه‌گیری توان هستند امّا تشابه آن‌ها به همینجا ختم می‌شود. وات، یا گرما تولید می‌کند و یا کار انجام می‌دهد در حالی که ولت آمپر به سادگی اطلاعاتی نظیر اندازه‌ی سیم‌ها، فیوزها و یا مدارشکن‌ها را به شما می‌دهد. وات به صورت خطی جمع می‌شود امّا ولت آمپر، خیر. برای اندازه گیری W ، شما نیازمند یک وات متر مخصوص هستید. برای محاسبه‌ی ولت آمپر، می‌توان از یک مولتی‌متر استاندارد برای اندازه‌گیری V_RMS و I_RMS بهره برد و حاصل را به دست آورد.