輕載是電子電路負載能力的一種情況，通常指電路負載率在30%以下的情況。對于恒流源負載，電阻小則負載輕，而對于恒壓源負載，電阻大時負載輕。
電氣工控
在電氣工業領域，輕載特指電氣控制元件在額定功率條件下，能夠帶動同等功率的負載，但輸出的力矩較小。例如，變頻器在輕載狀態下，雖然能夠拖動同等功率的電機，但電機的輸出力矩較小。
異步電機控制系統輕載穩定性仿真
異步電機開環V/f控制系統在空載或輕載時可能出現持續振蕩的不穩定問題。這種系統的輕載穩定性受到多種因素影響，包括定子電阻、轉子慣量、死區時間、DC濾波電容、載波頻率和系統諧振頻率等。研究人員主要關注的是異步電機V/f控制系統輕載持續振蕩的根本原因。他們通過仿真建模和理論推導，從傳統控制理論的角度分析了系統輕載振蕩的原因，并探討了系統中各個參數對振蕩的影響。這些研究成果有助于預測異步電機V/f開環控制系統的振蕩情況。
系統輕載振蕩仿真
當電機處于空載或輕載狀態時，系統在中、低頻范圍內的特定區域內可能會出現振蕩現象。通過對系統在穩定和振蕩狀態下的各種變量仿真波形進行比較，發現電機相電流i在振蕩時的峰值可能達到1.5pu，而正常運行時僅為0.4pu左右。這種較大的振蕩電流分量可能導致驅動器過流保護并停止電機運轉，甚至損壞驅動器中的功率器件。
系統輕載振蕩分析
異步電機開環V/f控制系統輕載穩定性是一個復雜的課題，許多因素都可能引起系統的振蕩。研究人員通過小信號線性化處理，得到了異步電機的小信號線性狀態。他們還分析了系統極點隨電機轉速和滑差角頻率的變化規律，發現在中、低頻段，系統更容易發生持續振蕩，而在高頻段，系統的主導極點離虛軸較遠，振蕩分量衰減速度快，發生振蕩的可能性較小。
定子電阻及死區效應對輕載振蕩的影響
在保持其他參數不變的情況下，研究人員改變了電機定子電阻，觀察到了系統極點的變化規律。他們發現，隨著定子電阻的增大，系統的主導極點逐漸靠近虛軸，這會導致振蕩衰減速度變慢，使得系統更容易發生振蕩。此外，逆變器中的死區時間也會對系統產生類似的影響，因為它相當于增加了電機的定子電阻，從而增強了系統發生振蕩的可能性。
漏感對輕載振蕩的影響
研究人員還研究了電機漏感對系統輕載振蕩的影響。他們發現，當漏感較小時，系統的主導極點接近虛軸，系統易受諧波干擾而發生持續振蕩。然而，隨著漏感的增加，主導極點逐漸遠離虛軸，系統變得更為穩定。
轉子電阻對輕載振蕩的影響
當電機轉子電阻發生變化時，系統極點分布也會隨之改變。研究人員發現，隨著轉子電阻的增大，系統的主導極點向s平面的左上角移動，遠離虛軸，系統變得更加穩定。
轉動慣量對輕載振蕩的影響
研究人員還研究了電機轉子轉動慣量對系統輕載振蕩的影響。他們發現，當轉動慣量較小時，系統的主導極點接近虛軸，系統易受諧波干擾而發生持續振蕩。然而，隨著轉動慣量的增大，系統的主導極點逐漸遠離虛軸，系統穩定性增強。
高輕載效率數字變換器
針對模擬電源在輕載條件下的效率低下問題，提出了基于數字控制技術的高輕載效率數字電源設計方案。該方案利用數字控制技術，在輕載時切換至Burst模式，以提高電源的輕載效率。同時，通過同步整流管的寄生二極管整流，實現了極輕載條件下的高效整流。研究人員分析了移相全橋變換器的工作原理及其Burst模式，并設計了相應的數字控制系統和軟件系統。最終，通過實測數據顯示，該數字電源在10%額定負載下效率可達85%，在5%額定負載下效率仍高于70%。
工作原理
基于TMS320F28335的高輕載效率數字DC/DC變換器的硬件結構包括四個主功率開關管Q、Q、Q、Q，兩個同步整流管SR1、SR2，變壓器T，以及相關的電感、電容和二極管。通過控制全橋電路中對角開關管的重疊量，即Q和Q、Q和Q的互通時間，來控制能量的傳輸，從而調節輸出。具體而言，當負載處于重載狀態時，Q和Q、Q和Q重疊導通的時間較長，通過變壓器T向次級傳輸更多能量；當負載處于輕載狀態時，Q和Q、Q和Q重疊導通的時間縮短，通過變壓器T向次級傳輸的能量減少；當負載處于極輕載狀態時，Q和Q、Q和Q重疊導通的時間極短，通過變壓器T向次級傳輸的能量極少。
實驗結果與討論
為了驗證設計在輕載下仍具有高效率的特性，設計了一臺基于DSP28335的移相全橋同步倍整流DC/DC變換器樣機，該樣機開關頻率為200kHz，輸入電壓為380VDC~420VDC，輸出電壓為12VDC，額定輸出功率600W。實驗結果顯示，該變換器的四個全橋功率開關管在較大負載范圍內均能實現零電壓開通和關斷，輕載時Q的驅動波形圖與其他開關管的驅動波形圖有相似特征。此外，輕載下變換器仍能實現ZVS。與傳統全橋變換器相比，該數字變換器在輕負載情況下表現出更高的效率，在10%的額定負載下，效率高達85%，在小于5%的額定負載情況下，效率也超過70%。這是因為該數字變換器在原有的移相全橋變換器基礎上添加了輕載Burst和極輕載兩種模式，從而在輕負載狀態下保持了較高的效率。在重載情況下，該數字變換器效率最高可達94%，這也超過了傳統變換器的效率，這得益于數字控制方式減少了外圍控制器件的數量，降低了整機損耗。
參考資料 >
變壓器輕載、中載和重載分別怎么定義.太平洋汽車.2024-10-25
變壓器的輕載空載會影響功率因數嗎.與非網.2024-10-25
變頻器的重載和輕載，有什么區別，如何選型.騰訊云計算.2024-10-25