寝室限电原理解析.docx

寝室限电原理解析寝室限电原理解析破解寝室限电 可能很多同学都有这种经历，在寝室里4台电脑开着，电扇开着、日光灯开着都可以正常 运行，没有任何问题，但是什么电器都不开，就插了一个小小的电热杯，电表就跳闸 若是遇到哪位同学正在用电脑，更是可以听见抓狂的叫声。为什么会出现这种现象 呢？电脑的电源都是250W300W的，4台电脑功率之和绝对在一个电热杯之上，但为 什么可以带4台电脑同时工作但不能接入一个300W的电热杯呢？两者有什么不同呢？下面 我们就来研究一下。 我们平时使用的最多的加热装置就是热得快、电热杯或者电饭锅，它们的工作原理就是 电流流过电阻丝，电阻丝发热来烧水。对于220V电网来说，这类负载相当于一个纯电阻 接到电网里，学过电路的同学都知道，交流220V加到电阻上，其两端的电压波形和流过 电阻的电流波形是同相的，也就是说，两者相位差是0。这类负载我们称之为纯电阻性负 载。 计算机相当于什么负载呢？我们知道我们的电脑机箱的后上方，有一个方块状的铁盒子 ，那就是计算机的电源。这个电源对于电网来说，就是电网的一个负载。计算机的电源 是开关电源，属于非线性负载 。开关电源的原理是先把220V50hz交流电整流为高压直流，再把高压直流逆变为高压高 频交流，再通过高频变压器降为低压高频交流，再转为低压直流输出，这种电源的效率 要比传统稳压器高得多。把计算机的开关电源当做220V电网的一个负载，这种负载在22 0V市电输入端看来等效于一个容性负载，虽然它的电压波形还是正弦波，但是它的电流 波形已经畸变了，不再是规则的正弦波，而是接近脉冲波的波形。 两种负载的电压电流波形见附图。那么电表如何识别这两种负载呢？方法有很多种，但 都是通过单片机+AD转换器，对220V输出端的电压电流的波形实时采样，然后编制相应的 程序，通过算法，判断这两种负载的功率各占多大的比例，仅仅限制纯电阻性负载的接 入，或者是检测总电流，限制总功率。鉴于本文是发表在非专业论坛，就不详细描述判 断过程了。具体算法有兴趣的同学可以和我联系，一起研究。 对于部分目前广泛使用的监视平均功率的电表，用一只整流二极管或快恢复二极管串联在热得快上， 相当于半波整流，减少了一半的电压，那么根据P=(U2)/R,(1000W的热得快电阻为50欧 姆左右)。可以求得，平均功率已经减小到了额定功率的1/4，也就是250W，但实际上瞬 时功率与未改装之前相同，只是改装后只有改装前一半的导通时间，平均到整个周期上 ，平均功率才下降了。这种办法只能骗过监视平均功率的电表，对于监视峰值电流的电 表，还是逃不过它的眼睛。 采用二极管的方式比较简便，但是，由于功率只有原来的1/4，加热时间会变得很长。有 没有可以手动调节功率的呢？答案是：有。不过这种方案比二极管方案要复杂，这种方 案是利用了晶闸管，通过调节触发脉冲，来改变晶闸管的导通角，从而 控制一个周期内的热得快的导通时间。二极管的方案相当于是固定的把导通时间减小到 1/2，晶闸管的方案就是可以理解为可以手动调节这个导通时间，从而调节热得快的平均 功率。这样，就可以最大限度的利用电表所设置的负载上限，只要把功率调的比跳闸的 负载上限小那么一点点就可以了。这样加热的时间就比二极管方案减少了。但是这种方 案仍然有缺陷，那就是它也无法逃脱检测峰值电流的电表的监视。 为了防止违章使用热得快等电器，减小火灾隐患，但又不影响同学们使用电脑等用电器 ，部分公寓安装的电表经过升级，加装了智能负载识别器，可以根据电流和电压波形和 相位差来判断是否有大功率纯电阻性热源负载的接入。所以就出现了寝室可以带4台电脑 同时工作但不能接入一个300W的电热杯的现象。对于这种智能电表，光靠串连一个二极 管已经不行了，甚至是晶闸管调功装置也不行，因为不管你怎么改变导通的时间，由于 负载类型没有变，所以导通时电流电压波形依然是相位差为0，还是会被这种电表识别出 来。 同时开4台计算机却不跳闸，这说明，寝室电表并不限制这类负载的使用。前面已经分析 过，因为这类负载是属于非线性整流性负载，它的电流波形与纯电阻性负载是完全不同 的。有的同学可能会问，为什么不同呢？不都是在用电么？理解这个问题需要电路的知 识和电力电子的知识，这里就不详细解释了。一般来说，只要是输入端有整流桥+电容+ 高频逆变器结构的用电器，都可以认为是非线性整流负 载。象电脑、节能灯等都是属于这类负载。它们都可以不受电表的纯电阻负载上限功率 的限制。 经过这样的分析，我们可以发现，这种智能电表也有缺陷，它虽然能区分出纯电阻性负 载和非线性负载，但是它并不知道输给非线性负载的能量是用于电脑了还是用于加热了 ，所以它对下列两种情况是束手无策的： 1、改装后的热得快，把纯电阻性负载伪装为非线性负载，骗过电表的监视。 2、使用具有逆变装置的可调功率的加热产品，比如电磁炉，小型微 波炉。 电磁炉是一种新型安全的产品，无明火，使用高频电磁波使铁系物品产生涡流而发热， 不会烫伤人体，功率可调，有温控电路，可防过热，省电安全。可以避免使用热得快所 带来的安全隐患，我想学校应该不会限制这种电器的使用。