[cmslabstudent] 转一个小知识：限电器：如何识别阻性负载？
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- Date: Sat, 3 Oct 2009 00:51:52 +0800
*限电器：如何识别阻性负载？*作者：胡 杨
智能用电识别器，俗称“限电器”，其原理就是判断识别用电负载是否为阻性负载并控制阻性负载的功率，当超过功率限额时自动断电以确保安全，那么什么是阻性负载呢？
由于用电识别器安装在宿舍总电源处，它不可能对单个负载的性质进行判断，只可能识别出整个宿舍所有用电器的综合效果。在总电源处，电路中通过的是电压为220伏、频率为50赫兹的交流电，这些参数不会变化，可以变化的独立参数只有两个：总功率和相位。总功率由保险丝控制，北大单个宿舍的总功率上限一般是“3千瓦”，超过此限会自动跳闸，这与用电识别器无关（至于所谓的“500瓦”的限额，在下文中会有解释）。这样下来，用电识别器唯一能识别的，就是总电流和总电压之间的相位差。我们下面来看看相位差是怎么回事。
在线性电路中，负载按相位分，有三种基本特性：阻性、容性和感性。阻性负载的特点是，电流和电压同步变化，相位差为“零度”，工作时会产生热量（焦耳热），常见的阻性负载有电炉、电热杯、电热毯、饮水机、白炽灯等，还有电吹风中用于加热（吹热风）的部分也是阻性负载，事实上，几乎所有依靠加热来工作的电器都是阻性电器，阻性负载的最大危险就在于发热并有可能引发火灾，安装用电识别器最重要的目的也在于防止由于阻性电器发热酿成火灾。容性负载的特点是，电压的变化落后于电流的变化，完美的容性负载相位差为“负90度”，是不会产生任何热量的；感性负载的特点是，电压的变化超前于电流的变化，完美的感性负载相位差为“正90度”，也不会产生任何热量。所谓“智能识别”，就在于由于常见的电器，如电脑、日光灯、电风扇（基于同样工作原理的还有吹冷风的电吹风）都属于容性负载或者感性负载，电流和电压不是同步变化，通过观察电流和电压是不是同步变化，就可以判断负载是危险的阻性负载还是安全的常规负载，而且还可以计算出阻性部分的功率，当阻性部分的功率超过500瓦时即可自动断电。因此，电脑、充电器等的功率是不会计入这500瓦的范围的，“限电器”并不会限制电脑的使用。
现在网络上流传着一种“并联四只日光灯的整流器”的所谓“破解”方法，事实上，这种破解方法虽然能够逃避识别器的识别，但极易造成电路短路从而引发火灾，非常危险。其基本原理就是移相，所谓“整流器”应为“镇流器”的讹传。镇流器是一个电感很大的感性负载，在电路中并联了镇流器以后，即使本来是阻性负载，由于感性负载的作用，电流和电压不再是同步变化，虽然达不到完美的“正90度”，但会处于“零度”和“正90度”中间的某个状态，识别器测量的是阻性负载的实际功率的一部分，比实际功率要小，这样就有可能逃脱“500瓦”的限制，达到“破解”的目的。但是必须指出的是，感性负载有“通直流、阻交流”的特性，对于家用50赫兹这种低频电路，电流几乎是无阻碍的通过镇流器，极易造成短路，从而引发“3千瓦”保险丝的频繁跳闸，当保险丝万一失灵，就会引起火灾。为了安全着想，请同学们千万不要使用这种“山寨”的破解方案。
（作者系北京大学物理学院07级直博生）
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