轻载
轻载是电子电路负载能力的一种情况，通常指电路负载率在30%以下的情况。对于恒流源负载，电阻小则负载轻，而对于恒压源负载，电阻大时负载轻。
电气工控
在电气工业领域，轻载特指电气控制元件在额定功率条件下，能够带动同等功率的负载，但输出的力矩较小。例如，变频器在轻载状态下，虽然能够拖动同等功率的电机，但电机的输出力矩较小。
异步电机控制系统轻载稳定性仿真
异步电机开环V/f控制系统在空载或轻载时可能出现持续振荡的不稳定问题。这种系统的轻载稳定性受到多种因素影响，包括定子电阻、转子惯量、死区时间、DC滤波电容、载波频率和系统谐振频率等。研究人员主要关注的是异步电机V/f控制系统轻载持续振荡的根本原因。他们通过仿真建模和理论推导，从传统控制理论的角度分析了系统轻载振荡的原因，并探讨了系统中各个参数对振荡的影响。这些研究成果有助于预测异步电机V/f开环控制系统的振荡情况。
系统轻载振荡仿真
当电机处于空载或轻载状态时，系统在中、低频范围内的特定区域内可能会出现振荡现象。通过对系统在稳定和振荡状态下的各种变量仿真波形进行比较，发现电机相电流i在振荡时的峰值可能达到1.5pu，而正常运行时仅为0.4pu左右。这种较大的振荡电流分量可能导致驱动器过流保护并停止电机运转，甚至损坏驱动器中的功率器件。
系统轻载振荡分析
异步电机开环V/f控制系统轻载稳定性是一个复杂的课题，许多因素都可能引起系统的振荡。研究人员通过小信号线性化处理，得到了异步电机的小信号线性状态。他们还分析了系统极点随电机转速和滑差角频率的变化规律，发现在中、低频段，系统更容易发生持续振荡，而在高频段，系统的主导极点离虚轴较远，振荡分量衰减速度快，发生振荡的可能性较小。
定子电阻及死区效应对轻载振荡的影响
在保持其他参数不变的情况下，研究人员改变了电机定子电阻，观察到了系统极点的变化规律。他们发现，随着定子电阻的增大，系统的主导极点逐渐靠近虚轴，这会导致振荡衰减速度变慢，使得系统更容易发生振荡。此外，逆变器中的死区时间也会对系统产生类似的影响，因为它相当于增加了电机的定子电阻，从而增强了系统发生振荡的可能性。
漏感对轻载振荡的影响
研究人员还研究了电机漏感对系统轻载振荡的影响。他们发现，当漏感较小时，系统的主导极点接近虚轴，系统易受谐波干扰而发生持续振荡。然而，随着漏感的增加，主导极点逐渐远离虚轴，系统变得更为稳定。
转子电阻对轻载振荡的影响
当电机转子电阻发生变化时，系统极点分布也会随之改变。研究人员发现，随着转子电阻的增大，系统的主导极点向s平面的左上角移动，远离虚轴，系统变得更加稳定。
转动惯量对轻载振荡的影响
研究人员还研究了电机转子转动惯量对系统轻载振荡的影响。他们发现，当转动惯量较小时，系统的主导极点接近虚轴，系统易受谐波干扰而发生持续振荡。然而，随着转动惯量的增大，系统的主导极点逐渐远离虚轴，系统稳定性增强。
高轻载效率数字变换器
针对模拟电源在轻载条件下的效率低下问题，提出了基于数字控制技术的高轻载效率数字电源设计方案。该方案利用数字控制技术，在轻载时切换至Burst模式，以提高电源的轻载效率。同时，通过同步整流管的寄生二极管整流，实现了极轻载条件下的高效整流。研究人员分析了移相全桥变换器的工作原理及其Burst模式，并设计了相应的数字控制系统和软件系统。最终，通过实测数据显示，该数字电源在10%额定负载下效率可达85%，在5%额定负载下效率仍高于70%。
工作原理
基于TMS320F28335的高轻载效率数字DC/DC变换器的硬件结构包括四个主功率开关管Q、Q、Q、Q，两个同步整流管SR1、SR2，变压器T，以及相关的电感、电容和二极管。通过控制全桥电路中对角开关管的重叠量，即Q和Q、Q和Q的互通时间，来控制能量的传输，从而调节输出。具体而言，当负载处于重载状态时，Q和Q、Q和Q重叠导通的时间较长，通过变压器T向次级传输更多能量；当负载处于轻载状态时，Q和Q、Q和Q重叠导通的时间缩短，通过变压器T向次级传输的能量减少；当负载处于极轻载状态时，Q和Q、Q和Q重叠导通的时间极短，通过变压器T向次级传输的能量极少。
实验结果与讨论
为了验证设计在轻载下仍具有高效率的特性，设计了一台基于DSP28335的移相全桥同步倍整流DC/DC变换器样机，该样机开关频率为200kHz，输入电压为380VDC~420VDC，输出电压为12VDC，额定输出功率600W。实验结果显示，该变换器的四个全桥功率开关管在较大负载范围内均能实现零电压开通和关断，轻载时Q的驱动波形图与其他开关管的驱动波形图有相似特征。此外，轻载下变换器仍能实现ZVS。与传统全桥变换器相比，该数字变换器在轻负载情况下表现出更高的效率，在10%的额定负载下，效率高达85%，在小于5%的额定负载情况下，效率也超过70%。这是因为该数字变换器在原有的移相全桥变换器基础上添加了轻载Burst和极轻载两种模式，从而在轻负载状态下保持了较高的效率。在重载情况下，该数字变换器效率最高可达94%，这也超过了传统变换器的效率，这得益于数字控制方式减少了外围控制器件的数量，降低了整机损耗。
参考资料
变压器轻载、中载和重载分别怎么定义.太平洋汽车.2024-10-25
变压器的轻载空载会影响功率因数吗.与非网.2024-10-25
变频器的重载和轻载，有什么区别，如何选型.腾讯云计算.2024-10-25