寝室限电原理解析.doc

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250W～300W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（注意，这可不是有开关的电源哦），属于非线性负载（也叫整流性负载） 。开关电源的原理是先把220V@50hz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（其实这种非线性负载 才是对电网有危害的恶性负载，会给电网带来高次谐波）。 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（反 向耐压值450V以上，最大电流6A以上，为安全起见，留有一定裕度）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=(U^2)/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（又名可控硅），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（把直流电逆变为高频交流电）结构的用电器，都可以认为是非线性整流负 载。