畢業(yè)論文---汽車發(fā)電機電磁干擾機理分析

1、<p><b>　　畢業(yè)論文</b></p><p>　　題目：汽車發(fā)電機電磁干擾機理分析</p><p>　　學院：物理與電子科學學院</p><p>　　專業(yè)：電子信息科學與技術</p><p><b>　　年級： </b></p><p><b>　

2、　姓名： </b></p><p><b>　　指導教師： </b></p><p>　　完成時間：2011年3月29日</p><p><b>　　附件1：</b></p><p>　　本科畢業(yè)論文(設計)開題報告</p><p>　　學院：物理與電子科學學院　

3、 專業(yè)：電子信息科學與技術　 級別：2008級</p><p>　　注：此表須打印，不夠填寫可續(xù)頁。</p><p><b>　　附件3：</b></p><p>　　**本科畢業(yè)論文(設計)指導教師指導記錄表</p><p>　　學院：物理與電子科學學院　 專業(yè)：電子信息科學與技術　 級別：2008

4、級</p><p>　　備注：1、此表由學生根據(jù)老師每次指導的內容填寫，指導教師簽字后學生保存，完成論文（設計）后與論文一并交學院。</p><p><b>　　2、此表可以續(xù)頁。</b></p><p><b>　　附件4：</b></p><p>　　**本科畢業(yè)論文(設計)中期檢查表</

5、p><p>　　學院：物理與電子科學學院　 專業(yè)：電子信息科學與技術 級別：2008級</p><p><b>　　附件5：</b></p><p>　　**本科畢業(yè)論文（設計）成績表</p><p><b>　　一、指導教師評價</b></p><p>　　學院： 物理與電

6、子科學學院 專業(yè)：電子信息科學與技術 級別：2008 級</p><p><b>　　附件6：</b></p><p>　　**本科畢業(yè)論文(設計)答辯記錄表</p><p>　　學院：物理與電子科學學院 專業(yè)：電子信息科學與技術 級別：2008 級</p><p><b&

7、gt;　　二、同行教師評審</b></p><p>　　學院：物理與電子科學學院 專業(yè)：電子信息科學與技術 級別：2008 級</p><p><b>　　三、答辯委員會評定</b></p><p>　　學院：物理與電子科學學院 專業(yè)：電子信息科學與技術 級別：2008 級</p

8、><p>　　汽車發(fā)電機電磁干擾機理分析</p><p><b>　　**</b></p><p>　　摘要：汽車發(fā)電機是汽車電源系統(tǒng)的重要組成部分，它向車內的用電設備提供電能，同時向蓄電池充電。其電磁兼容性能對車內電器設備的正常工作狀態(tài)有著直接和重要的影響。本文介紹了汽車電磁干擾源，發(fā)電機的構造和原理，重點論述發(fā)電機電磁干擾形成機理，并提出了一些

9、抑制電磁干擾的有效方法。</p><p>　　關鍵詞：汽車 發(fā)電機 電磁兼容 抑制</p><p>　　Abstract：Auto generator auto power system is the important component, it to the car, the electric equipment providing electrical power, at the s

10、ame time to the battery. The electromagnetic compatibility in vehicles, electrical equipment the normal work of the state has a direct and important influence. This paper introduces the car electromagnetic interference s

11、ource, the structure and principle of the generator, focuses on the formation mechanism of generator electromagnetic interference, and p</p><p>　　Keywords：car generator electromagnetic compatibility restr

12、ain</p><p><b>　　0引言</b></p><p>　　汽車電子產品正朝著日益增多的趨勢發(fā)展，電子技術的應用，在提升汽車動力性、經濟性、舒適性、安全性等方面效果顯著，但也帶來了新的問題，即對外界的電磁騷擾隨之增大；同時，這些效果的獲得，前提條件是確保車載電子、電器設備能夠正常工作。而現(xiàn)實情況是，車載電子、電器件由于存在電磁兼容性問題，電磁騷擾水平往往超

13、標，或受到電磁干擾后自身工作不正常，嚴重時甚至遭受損壞。設備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對該環(huán)境中任何事物構成不能承受的電磁騷擾的能力，叫做電子系統(tǒng)的電磁兼容性。這個概念有兩層含義，第一是電器及電子設備要具有抵抗外界電磁干擾的能力；第二是電器及電子設備對外界發(fā)射的電磁干擾不能超過一定的限制，要盡可能少。</p><p><b>　　1汽車電磁兼容概念</b></p>&l

14、t;p>　　1.1汽車電磁兼容的定義</p><p>　　汽車的電磁兼容性是指在汽車運行過程中,車上的電子電氣設備不互相影響,能兼容地工作;整個汽車既能抵抗外來的干擾,又不向環(huán)境及環(huán)境中的其他裝置施放超過允許范圍的干擾。</p><p>　　1.2影響汽車電磁兼容性能的因素</p><p>　　影響汽車電磁兼容性能的主要因素有電磁干擾源、電磁干擾傳播途徑和電磁

15、敏感設備。汽車電磁干擾源可分為車內電磁干擾源和車外電磁干擾源。</p><p>　　1.2.1車內電磁干擾源</p><p>　　車內電磁干擾源主要是指產生電磁干擾信號的車載電器部件或系統(tǒng)，如火花塞、啟動電機、發(fā)電機、電動機、刮水器、電喇叭、各種儀表靜電放電等。</p><p>　　1.2.2車外電磁干擾源</p><p>　　車外電磁干擾源

16、包括人為干擾源和自然干擾源兩類。</p><p>　　人為電磁干擾是指汽車外部人工裝置產生的電磁干擾，主要有其它車輛點火系統(tǒng)的輻射干擾、電動車電源系統(tǒng)、高壓電力系統(tǒng)、車外雷達、無線電發(fā)射機、移動通訊設備等發(fā)射的電磁波，以及高壓輸電線的電暈放電產生的電磁輻射干擾等。</p><p>　　自然干擾是指由自然現(xiàn)象引起的電磁干擾，主要有雷電、大氣噪聲、太陽輻射、宇宙噪聲、高壓輸電線的電暈放電、太陽

17、黑子的電磁輻射、來自宇宙的射線、車外的雷達及無線電臺、電視臺發(fā)射機、移動通訊設備等發(fā)射的電磁波等。</p><p>　　1.2.3汽車電磁干擾傳播途徑</p><p>　　汽車上的電磁干擾傳播途徑主要有沿著導線直接傳導和通過空間輻射兩種方式，即傳導干擾和輻射干擾。</p><p>　　傳導干擾就是電磁干擾通過導線傳輸，即通過設備的信號線、控制線、電源線等直接侵入電子

18、、電器內部。由于汽車和外界沒有直接的電路連接關系，所以傳導干擾基本上都是由車載電子電器部件引起的，且通常是因電動機、繼電器以及其它感性負載的瞬態(tài)脈沖電壓產生的，其瞬態(tài)脈沖電壓可達200V，可能導致額定工作電壓為12V或24V的電子、電器件工作異?；虮粨p壞。</p><p>　　輻射干擾的實質是電磁干擾源的電磁能量以場的形式向四周空間傳播。汽車上的電磁場強既包括車載電子、電器輻射場強，又包括外界電磁輻射場強。電磁輻

19、射干擾的傳輸路徑非常復雜，既可以直接輻射到電子、電器上，又可以先輻射到線束上然后再以傳導干擾的方式進入電子、電器。</p><p>　　1.2.4電磁敏感設備</p><p>　　因遭受電磁干擾而可能偏離其正常工作狀態(tài)的電子、電器裝置就是電磁敏感設備。在汽車電控系統(tǒng)中，基于數(shù)字電路的控制系統(tǒng)已逐漸替代了早期由機電或模擬設備完成的許多功能。但由于半導體邏輯器件對電磁干擾的敏感度較高，加之汽車

20、線束與某些高場強頻段的波長可以比擬，使得大量車載電子、電器零部件同時也成為了電磁敏感設備。車載電器低電壓、大電流負載特性使其開關過程在供電線路會產生很多脈沖干擾，進一步惡化汽車電氣系統(tǒng)的電磁環(huán)境。盡管可以采取一些措施限制車內電磁干擾源產生的干擾噪聲電平處于合理的范圍內，減少車輛對環(huán)境的電磁污染，但車輛內部，特別是車輛外的電磁干擾是難以徹底消除的，無限制地加大干擾抑制措施會成倍地增加生產成本，在實際工程應用中是不可行的。這就要求敏感設備應

21、具有一定的抵抗電磁干擾的能力，以保證其自身正常工作，達到車載設備相互共存、互不影響的狀態(tài)。</p><p>　　1.3汽車電磁兼容技術的重要性</p><p>　　汽車電子技術的應用程度已成為衡量汽車技術水平的一個重要標志。汽車電子技術分為兩大類:一是汽車電子控制系統(tǒng),二是車載汽車電子裝置,包括提供重要的駕駛員信息、控制發(fā)動機、避撞監(jiān)測和避碰、執(zhí)行線控制動和轉向、GPS導航、DVD等高級信

22、息娛樂系統(tǒng)、對車內環(huán)境實施智能控制等。</p><p>　　汽車電磁兼容技術是解決汽車整車及其電子、電氣部件電磁兼容性問題的一門技術，它涉及汽車與環(huán)境、汽車與汽車、汽車內部的電磁兼容性問題。汽車電磁兼容技術是隨著市場需求和技術進步形成的新技術門類。汽車電磁兼容對于現(xiàn)代汽車以及未來的汽車而言至關重要，它關系到汽車的安全性、汽車排放控制的有效性、汽車節(jié)能的有效性、汽車智能控制的可靠性等等。因此，汽車電磁兼容技術、汽車

23、排放技術、汽車安全技術這三項技術同屬于汽車的共性技術。</p><p><b>　　2汽車發(fā)電機</b></p><p>　　2.1交流發(fā)電機的作用</p><p>　　汽車發(fā)電機可分為直流發(fā)電機和交流發(fā)電機，由于交流發(fā)電機的性能在許多方面優(yōu)于直流發(fā)電機，直流發(fā)電機已被淘汰。目前汽車采用三相交流發(fā)電機，內部帶有二極管整流電路，將交流電整流為直流

24、電，所以，汽車交流發(fā)電機輸出的是直流電。交流發(fā)電機必須配裝電壓調節(jié)器，電壓調節(jié)器對發(fā)電機的輸出電壓</p><p>　　進行控制，使其保持基本恒定，以滿足汽車用電器的需求。</p><p>　　2.2交流發(fā)電機的結構</p><p>　　普通交流發(fā)電機一般由轉子、定子、整流器、前后端蓋、風扇、皮帶輪等組成。如圖2.1給出了汽車用交流發(fā)電機的組件圖。</p>

25、;<p>　　1－后端蓋 2－電刷架 3－電刷 4－電刷彈簧壓蓋 </p><p>　　5－硅二極管 6－元件板 7－轉子 8－定子 9－前端蓋 </p><p>　　10－風扇 11－帶輪</p><p>　　圖 2.1 汽車交流發(fā)電機組件圖</p><p><b>　?、俎D子</b><

26、/p><p>　　轉子的功用是產生磁場。</p><p><b>　?、诙ㄗ?lt;/b></p><p>　　定子的功用是產生交流電。定子安裝在轉子的外面，和發(fā)電機的前后端蓋固定在一起，當轉子在其內部轉動時，引起定子繞組中磁通的變化，定子繞組中就產生交變的感應電動勢。</p><p><b>　?、壅髌?lt;/b&

27、gt;</p><p>　　整流器的功用是將定子繞組的三相交流電變?yōu)橹绷麟?。整流器由整流板和整流二極管組成。 </p><p><b>　?、芏松w及電刷組件</b></p><p>　　端蓋一般分兩部分（前端蓋和后端蓋），起支撐轉子、定子、整流器和電刷組件的作用。端蓋一般用鋁合金鑄造，一是可有效的防止漏磁，二是鋁合金散熱性能好。</p&g

28、t;<p>　　電刷的作用是將電源通過滑環(huán)引入勵磁繞組。兩個電刷分別裝在電刷架的孔內，借助彈簧壓力與滑環(huán)保持接觸。電刷和滑環(huán)的接觸應良好，否則會因為磁場電流過小，導致發(fā)電機發(fā)電不足。</p><p><b>　?、輲л喖帮L扇</b></p><p>　　交流發(fā)電機的前端裝有帶輪和風扇，由發(fā)動機通過傳動帶驅動發(fā)電機的轉子軸和風扇一起旋轉。發(fā)電機工作時，定子

29、繞組和勵磁繞組中都會有熱量產生，溫度過高會燒壞導線的絕緣導致發(fā)電機不能正常工作，所以為發(fā)電機散熱是必須的，為了提高散熱能力，有的發(fā)電機裝有兩個風扇（前后各一個）。</p><p>　　2.3汽車發(fā)電機的工作原理</p><p>　　2.3.1 發(fā)電原理</p><p>　　交流發(fā)電機就是把通電線圈所產生的磁場在發(fā)電機中旋轉，使其磁力線切割定子線圈，在線圈內產生交變電

30、動勢。如圖2.2 所示，發(fā)電機定子的三相繞組按一定規(guī)律分布在發(fā)電機的定子槽中，內部有一個轉子，轉子上安裝著爪極和勵磁繞組。當外電路通過電刷使勵磁繞組通電時，便產生磁場，使爪極被磁化為 N 極和 S 極。當轉子旋轉時，磁通交替地在定子繞組中變化，根據(jù)電磁感應原理可知，定子的三相繞組中便產生交變的感應電動勢。這就是交流發(fā)電機的發(fā)電原理。</p><p>　　1－定子鐵心 2－定子繞組 3－轉子 4－勵磁繞組 5－整流

31、二極管 6－電刷</p><p>　　圖2.2交流發(fā)電機發(fā)電原理圖</p><p>　　2.3.2 整流原理</p><p>　　交流發(fā)電機定子的三相繞組中，感應產生的是交流電，是通過 6 只二極管組成的三相橋式整流電路整流為直流電的，整流電路如圖2.3所示。二極管具有單向導通性,當給二極管加上正向電壓時二極管導通, 當給二極管加上反向電壓時二極管截止。將定子的三相

32、繞組和 6 只整流二極管按下圖的電路連接，發(fā)電機的輸出端 B、C 上就輸出一個脈動直流電壓，如圖所示，這就是發(fā)電機的整流原理。</p><p>　　圖2.3交流發(fā)電機整流原理圖</p><p>　　2.3.3 勵磁原理</p><p>　　除了永磁式交流發(fā)電機不需要勵磁以外，其他形式的交流發(fā)電機都需要勵磁，因為它們的磁場都是電磁場，必須給勵磁繞組通電才會有磁場產生而

33、發(fā)電，否則發(fā)電機將不能發(fā)電，圖 2.4 交流發(fā)電機的勵磁電路圖。</p><p>　　將電流引入到勵磁繞組使之產生磁場稱為勵磁。交流發(fā)電機勵磁方式有自勵和他勵兩種。</p><p>　　圖 2.4 交流發(fā)電機的勵磁電路圖</p><p><b>　?、偎麆?lt;/b></p><p>　　在發(fā)電機轉速較低時（發(fā)動機未達到怠速

34、轉速），自身不能發(fā)電，需要蓄電池供給發(fā)電機勵磁繞組電流，使勵磁繞組產生磁場來發(fā)電。這種由蓄電池供給磁場電流發(fā)電的方式稱為他勵發(fā)電。</p><p><b>　?、谧詣?lt;/b></p><p>　　隨著轉速的提高（一般在發(fā)動機達到怠速時），發(fā)電機定子繞組的電動勢逐漸升高并能使整流器二極管導通，當發(fā)電機的輸出電壓大于蓄電池電壓時，發(fā)電機就能對外供電了。當發(fā)電機能對外供電時

35、，就可以把自身發(fā)的電供給勵磁繞組，這種自身供給磁場電流發(fā)電的方式稱為自勵發(fā)電。</p><p>　　交流發(fā)電機勵磁過程是先他勵后自勵。當發(fā)動機達到正常怠速轉速時，發(fā)電機的輸出電壓一般高出蓄電池電壓 1～2V 以便對蓄電池充電，此時，由發(fā)電機自勵發(fā)電。不同汽車的勵磁電路各不相同，但有一個共同特點是，勵磁電路都必須由點火開關控制。</p><p>　　3汽車發(fā)電機電磁干擾形成機理</p&

36、gt;<p><b>　　3.1 整流過程</b></p><p>　　汽車發(fā)電機整流器是由硅二極管組成的全橋整流電路。硅二極管常被看作是開關元件，在電路分析中，常把二極管看作是理想開關，在正向偏置時短路，在反向偏置時開路。但實際上，二極管開通、關斷狀態(tài)的切換不是在瞬間完成的，在關短和導通的過程中會形成電壓和電流的跳變，這使發(fā)電機整流器成為電磁騷擾發(fā)射源。整流是汽車電源系統(tǒng)中的

37、一個基本環(huán)節(jié)，汽車發(fā)電機通過整流器與蓄電池和整車用電設備并聯(lián)。由于整流器的非線性工作特性，工作時會在直流測形成大量的干擾，這些干擾直接通過共用的電源線影響到車內電器設備的正常工作。</p><p>　　3.2 電壓調節(jié)過程</p><p>　　由于交流發(fā)電機的轉子是由發(fā)動機通過皮帶驅動旋轉的，且發(fā)動機和交流發(fā)電機的速比為 1.7～3，因此交流發(fā)電機轉子的轉速變化范圍非常大，這樣將引起發(fā)電機

38、的輸出電壓發(fā)生較大變化，無法滿足汽車用電設備的工作要求。為了滿足用電設備恒定電壓的要求，交流發(fā)電機必須配用電壓調節(jié)器，使其輸出電壓在發(fā)動機所有工況下基本保持恒定。</p><p>　　交流發(fā)電機電壓調節(jié)器的工作原理是：當交流發(fā)電機的轉速升高時，調節(jié)器通過減小發(fā)電機的勵磁電流來減小磁通，使發(fā)電機的輸出電壓保持不變。</p><p>　　不管是晶體管調節(jié)器、集成電路調節(jié)器或者觸點式電壓調節(jié)器都

39、會隨著輸出電壓的高低自動調節(jié)激磁電流，由于調節(jié)器采用的調節(jié)方式為瞬間斷電式，因而會在磁場線圈中引起頻率不等、峰值不等的自感電勢，該電勢會轉化為干擾電磁波。</p><p>　　3.3 拋負載過程 </p><p>　　發(fā)電機因電纜腐蝕、接觸不良或發(fā)動機正常運轉時，有意或無意的斷開與蓄電池的連接（或斷開與其它用電設備的連接），即發(fā)電機的拋負載瞬態(tài)現(xiàn)象，如圖所示。此時，斷開蓄電池（虧電狀態(tài)）的

40、同時，交流發(fā)電機正在產生充電電流，而發(fā)電機電路上仍有其它負載情況下，發(fā)電機輸出電壓會瞬間上升。</p><p>　　拋負載的幅度取決于斷開電池連接時，發(fā)電機的轉速和發(fā)電機的勵磁場強的大小。拋負載脈沖寬度主要取決于勵磁電路的時間常數(shù)和脈沖幅度。大多數(shù)新型交流發(fā)電機內部，拋負載幅度由于增加限幅二極管而受到抑制。在拋負載的情況下，交流發(fā)電機的內阻主要取決于發(fā)電機的轉速和激勵電流。大負荷，高轉速運行過程中，若蓄電池與發(fā)電

41、機間的連線突然脫開此拋負載脈沖電壓會瞬間上升，形成的脈沖電壓有可能導致整車電器設備，特別是電控系統(tǒng) ECU 的誤動作等。如由 ECU 控制的噴油器。</p><p>　　圖2.5發(fā)電機拋負載電路圖</p><p>　　4抑制電磁干擾的措施</p><p><b>　　4.1阻尼法</b></p><p>　　汽車電磁輻射

42、發(fā)生在高電壓部分，能量較強，影響較大，在高頻振蕩電路中串聯(lián)阻尼電阻，使高頻振蕩受到減削弱，可有效抑制電磁輻射的產生。例如在點火系統(tǒng)的高壓電路中,串人阻尼電阻以削弱或抑制由電火花產生的高頻振蕩。阻尼電阻阻值越大,阻尼效果越好，但阻尼電阻過大時會影響火花能量,造成缺火、斷火等故障的發(fā)生。</p><p><b>　　4.2濾波法</b></p><p>　　濾波是抑制和防

43、止干擾的一項重要措施。無論是抑制干擾源 ，消除干擾耦合，還是增強接收電路的抗干擾能力，都可以采用濾波技術。根據(jù)信號與干擾信號之間的頻率差別，可以采用不同性能的濾波器，抑制干擾信號，提高信噪比。</p><p><b>　　4.3屏蔽法</b></p><p>　　在產生電火花的部位（如點火線圈、火花塞、交流發(fā)電機等）用金屬罩遮蓋，將高頻電流通過的導線或敏感性信號線用金

44、屬網屏蔽，并使其可靠地搭鐵。如：高壓點火線末端的金屬罩；收音機天線的引人線及弱電信號傳感器的信號導線多采用屏蔽線保護等。另外，不同用電設備由于設計所定的位置，不得隨意改變其位置及增減用電設備，利用發(fā)動機，車體造型等的屏蔽作用，也是屏蔽的一種形式。</p><p><b>　　4.4搭鐵法</b></p><p>　　傳統(tǒng)汽車多采用單線制。以車體作為公用零線,使所有用電

45、設備均在車體上搭鐵。這樣,所有電器的末端就形成了一個大的“電容”,可有效減少靜電感應所引起的干擾。因此,搭鐵線路是否良好,不僅影響到相關電器的工作狀況,同時還會影響汽車的抗電磁干擾能力。</p><p>　　需說明的是,現(xiàn)代汽車采用雙線制的電器越來越多,形成的電磁干擾源也不盡相同,單一的抗干擾措施往往效果不佳,需多種手段相互結合。</p><p><b>　　5結束語</b

46、></p><p>　　電子技術在汽車上的廣泛應用，各種車載電子、電器數(shù)量增長迅猛，造成車載用電設備密集程度越來越大，汽車的電磁兼容性能已成為影響整車性能的重要因素。汽車工業(yè)的快速發(fā)展，對電磁兼容技術方面提出越來越高的要求，這就需要我們不斷的改革技術，以適應汽車工業(yè)的發(fā)展，這對我國汽車產業(yè)的發(fā)展也有不可忽視的作用。</p><p><b>　　參考文獻</b>&

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51、.2</p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　在畢業(yè)論文完成之際，對所有關心我、幫助我、支持和鼓勵我的人表示由衷的感謝。</p><p>　　首先，要真誠的感謝我的畢業(yè)論文指導老師阮方鳴教授，感謝他一直以來給我的細心指導。還有教過我的所有老師們，你們嚴謹細致、一絲不茍的作風一直是我工作、學習中的榜樣，你們誨人不倦的敬業(yè)精神