電源電壓紋波和噪聲對起動機的影響

劉名 王保棟 宋瑞靜 鄧麗真 郭兆霞

摘 要：紋波和噪聲是衡量電源穩定性的重要指標，電源的紋波和噪聲可能會成為干擾信號，影響電子系統正常工作，甚至會燒毀用電器。但紋波和噪聲是電源不可避免的“輸出物”，在使用電源給起動機供電時，需要電源的紋波和噪聲控制在要求的限值以下，確保起動機的使用壽命。文章介紹了開關電源紋波和噪聲的概念、產生機理和起動時紋波和噪聲的測量方法，分析了紋波和噪聲對起動機的影響，并提出了降低紋波的幾種措施，對于采用電源起動的試驗起到一定的參考價值。

關鍵詞：電源;紋波;噪聲;起動機;失效

中圖分類號：U464.337+.1 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1671-7988（2020）16-136-04

Abstract： Ripple and noise are important to the stability of the power supply. They may become interference signals and affect the normal operation of the electronic system， and even burn the electrical appliances. However， ripple and noise are inevitable "outputs" of the power supply. When the power supply is used to power the starter， the ripple and noise need to be controlled below the required limit to ensure the life of the starter. This article introduces the concept， generation mechanism and measurement method of ripple and noise during start-up， analyzes the impact of ripple and noise on the starter， meanwhile， proposes several measures to reduce ripple. This article plays a certain reference value to start-test using power supply.

Keywords： Power supply; Ripple; Noise; Starter; Failure

CLC NO.： U464.337+.1 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2020）16-136-04

引言

在某些試驗工況下使用電源給起動機供電，從而起動發動機。電源供電的同時不可避免會引入紋波和噪聲，使得與電源相連的電路系統穩定性和可靠性降低。電源產生不期望出現的諧波而降低電源效率;產生浪涌電壓或電流而燒毀用電設備[1];增加附加損耗，降低起動機的效率和利用率;使起動機的繼電保護不能正常動作，加速碳刷老化，縮短起動機壽命等。因此在使用電源給起動機供電時，需要先測量紋波，將紋波抑制在一定范圍內。本文通過電源紋波和噪聲對起動機的影響分析，提出了幾種降低紋波的實用措施。

1 開關電源紋波產生的機理

穩壓電源一般包括整流電路、濾波電路和穩壓電路三部分[2]。整流電路將交流電轉換成脈動直流電，脈動直流電不平滑，含有大量交流成分。濾波電路是利用儲能元件把脈動直流電轉換成比較平坦的直流電，由于濾波電路性能各異，雖可以濾除大部分的交流電成分，但不能完全濾除，此時直流電平上就會附著包含周期性與隨機性成分的雜波信號，這就產生了紋波。整流濾波后的穩壓電路是利用電路的調整作用使輸出電壓穩定，使交流成分降低到最小。在額定輸出電壓、電流的情況下，輸出直流電壓中的交流電壓的峰值就是通常所說的紋波電壓，紋波是圍繞著輸出的直流電壓上下來回波動的周期性信號，但周期和振幅并不是定值，而是隨著時間變化[3]，并且不同廠家出廠的電源由于制作過程、所用材料、制作原理不同而產生的紋波波形都不同。

2 測試方法

2.1 測試方法介紹

電源紋波的測量方法大致分為電壓信號測量法和電流信號測量法，對穩壓電源或紋波性能要求不高的恒流源采用電壓信號測量法，對紋波性能要求較高的恒流源最好采用電流信號測量法。本文的電源紋波測量方法采用電壓信號測量法。電壓信號測量法是用示波器測量疊加在直流電壓信號上的交流紋波電壓信號。對于穩壓電源的測試可以直接用電壓探頭測量輸出到負載上的電壓信號[4]。

本測試過程采用普通示波器通用探頭，因為地線不屏蔽，并且較長，容易受到外界電磁噪聲干擾，在測試高頻紋波時，該測試方法會拾到較大噪聲[5]。下圖1中虛線面積又探頭正極及接地線圍成，其面積越大，受干擾越大。

2.2 現場接線

以下接線以某機型雙起動機為例。

按照起動機圖紙標注，按照如圖2所示進行接線。

3 測試過程及數據分析

3.1 未調整模擬電源電壓起動過程分析

圖3中時間-電流曲線為兩臺起動機總的電流，時間-電壓圖中的紅線代表上方起動機的30b電壓，其余為下方起動機50端、30端、50C端測得的曲線。從圖3可以看出，上方起動機齒輪打出后，緊接著退回，下方起動機單獨盤動發動機，表現啟動無力，在22s-28s期間下方起動機通過電流1200A-1537A;此過程，單臺起動機的最大連續電流（IMC）值為950A，下方起動機已承受大電流損傷，同時在嚙合盤動過程中，電源紋波及噪聲極其明顯。