纯电阻性负载与非线性负载.doc

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，电表就跳闸了。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220V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）。
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。
“识别器”限制的不是用电总功率，而是瞬间的阶跃功率，如果阶跃功率大于事先的设定，系统将自动切断负载电路，在间隔一段时间后，系统自动尝试性恢复供电，经过识别判断没有大功率阻性电热负载接入电路，从而继续正常供电。
给宿舍安装“智能负载识别器”的目的是很明确的，就是为了限制违章电器的使用，消除隐患，保障广大师生的生命财产安全。
识别的原理是：通过电表测量出增加那部分负载的功率和功率因数，因为电热杯之类的阻性负载的功率因数较高，达到0.99以上，再通过判断增加的功率，二者即识别出恶性负载实行断电控制。目前我所能做到的识别是：功率因数大于0.9999998，最小增量负载大于20W。即可实现断电。之后由管理员来实现送电。达到安全用电的目的，以保护学生朋友们的人身和财产安全