毕业论文---汽车发电机电磁干扰机理分析

1、专业代码：071201学号：080802010073贵州师范大学（本科）毕业论文题目：汽车发电机电磁干扰机理分析学院：物理与电子科学学院专业：电子信息科学与技术年级：2008级姓名：赵明燕指导教师：阮放鸣（教授）完成时间：2011年3月29日附件1：贵州师范大学本科毕业论文(设计)开题报告学院：物理与电子科学学院 专业：电子信息科学与技术 级别：2008级课题名称汽车发电机电磁干扰机理分析学生姓名赵明燕学号080802010073指导教师姓 名阮放鸣职称学位教授博士开题报告内容要求：1、选题的理论、实际意义2、研究动态、见解3、研究思路、方法、技术路线4、总体安排、进度计划5、主要参考文献1、

2、选题的理论、实际意义当今汽车对安全、节能环保以及舒适性、操纵稳定性等的要求越来越高。使得迅速发展的微型计算机和传感器等电子技术，在汽车上得到了广泛的应用。虽然电子技术使汽车的性能有了显著提高，但同时也面临着新的问题。即如何保证汽车运行过程中车用电子电气设备的可靠性。由于汽车电子电气产品要能经受汽车电系中可能产生的各种电压脉冲峰值的冲击和干扰，若不适应汽车电气系统电磁环境，则易出现故障而不能有效工作，甚至影响整车电气系统的正常运行，造成整车行驶失控。日益增加的电子电器产品以及汽车的流动性特点，使得汽车电磁兼容问题变得越来越复杂，它不仅直接影响车内电子设备的工作特性以及汽车的安全行驶，而且对汽车自

3、身及其周围的通信设备、无线电广播和电视等都造成了一定的干扰。汽车发电机是汽车的电磁干扰源，本文通过本文介绍了汽车电磁干扰源，发电机的构造和原理，重点论述发电机电磁干扰形成机理，并提出了一些抑制电磁干扰的有效方法。2、研究动态、见解本论文的工作是围绕汽车点火系统对车内电磁环境的影响及其电磁兼容性，首先对汽车发电机结构进行了较深入的学习，介绍了汽车发电机工作原理，定性分析发电机电磁干扰分析，并介绍一些能有效抑制电磁干扰的方法。3、研究思路、方法、技术路线1. 研究思路：.当前汽车电子设备发展方向；.对汽车电子设备的要求；.电子发电机的结构、原理；.电磁干扰分析和抑制2. 研究方法：.分析法；.资料

4、查询法；.讨论法4、总体安排、进度计划1.论文准备阶段（2011年7月2011年10月），确定论文课题，收集相关资料，初步确定研究方案。2.论文调研阶段（2011年10月2012年1月），根据选题方向，对找到的资料进行研究，分析和系统整理。3.论文撰写阶段（2012年1月2012年2月），根据预期分析结果，完成论文初稿。4.论文定稿阶段（2012年3月），经过论文指导老师的多次指导，对论文不足之处做多次修改，使论文完善，最终完成毕业论文。5、主要参考文献1陈天殷. 汽车电器电磁兼容性及电磁干扰的抑制j.汽车电器，2007.2杨克俊.电磁兼容原理与设计技术m.北京: 人民邮电出版社，2004.

5、3韦绍秋.汽车电磁干扰的产生与排除j. 大众科技，2005.4蔡恒，董小闵，李旭，吴存学，翟建鹏，陈立东，郭迪军. 汽车发电机电磁干扰形成机理及测试技术研究j. 汽车工程学报，2011.5李景芝，吴际璋，冯传荣. 汽车电磁干扰故障的诊断与排除j.汽车技术，2000.6赵福堂. 汽车电器与电子设备（第三版）m.北京：北京理工大学出版社，2009. 7方成，黄绪鹏.汽车电磁兼容技术及其发展趋势j.汽车零部件，2011.8金松涛，丁良旭，刘青松.汽车电磁兼容问题研究的重要性j.客车技术与研究，2011.9黄春梅.汽车电器电磁干扰及防护的探讨j. 广西工学院学报，2011.10姜述刚，袁大宏.汽车电磁

6、兼容性综述j. 汽车技术，1996.11马伟明，张磊，孟进. 独立电力系统及其电力电子装置的电磁兼容m.北京：科学出版社，2007，9.12冯渊主编.汽车电工与电子技术基础m.机械工业出版社，2004.(2).13吕文红,郭银景,唐富华,杨阳,陈幼峰.电磁兼容原理及应用教程（第二版）（m）.北京：清华大学出版社,2008.2指导教师意见：签 名： 年 月 日注：此表须打印，不够填写可续页。附件3：贵州师范大学本科毕业论文(设计)指导教师指导记录表学院：物理与电子科学学院 专业：电子信息科学与技术 级别：2008 级论文(设计)题目汽车发电机电磁干扰机理分析学生姓名赵明燕学 号080802010

7、073指导教师姓名阮放鸣指导内容：1. 初步确定论文选题方向，要求必须符合本科毕业论文研究的总体方向。要求论文不能过于简单，选题不能过大，需针对一各问题进行分析。2. 讲解毕业论文的要求、格式，对时间安排作统一要求。要求全组人员必须按规定时间完成论文相关内容。3. 指导如何收集整理资料，并推荐和论文有关的参考材料。如上贵州师范大学数字图书馆或贵州数字图书馆网站收集相关资料。学生签名：赵明燕 教师签名： 年 月 日指导内容：1. 探讨论文的具体研究方案，分析各点的可行性。2. 指导论文的设计应注意的问题，如需要用到的图形，参考资料等。 学生签名：赵明燕 教师签名： 年 月 日指导内容：1. 对论

8、文具体内容进行讨论，对论文的内容进行合理的增删2.指出论文中存在的问题，如图标、图形的位置不对，内容重复，参考文献格式不规范和要最新出版的书本和期刊。 学生签名：赵明燕 教师签名： 年 月 日指导内容：1. 对论文做最后的内容修改和补充2. 指导论文格式，要求严格按照学校毕业论文格式对论文进行整体完善的修改。 学生签名：赵明燕 教师签名： 年 月 日备注：1、此表由学生根据老师每次指导的内容填写，指导教师签字后学生保存，完成论文（设计）后与论文一并交学院。2、此表可以续页。附件4：贵州师范大学本科毕业论文(设计)中期检查表学院：物理与电子科学学院 专业：电子信息科学与技术 级别：2008级指导

9、教师姓名阮放鸣指导学生人数5学生按毕业论文（设计）预定计划进行的情况（如：研究内容是否与开题报告一致，进度是否按计划进行等）：教师指导情况（如：指导工作是否认真负责，指导学生是否有针对性等）：检查意见：检查人签名：年 月 日附件5：贵州师范大学本科毕业论文（设计）成绩表一、指导教师评价学院： 物理与电子科学学院 专业：电子信息科学与技术 级别：2008 级论文（设计）题目汽车发电机电磁干扰机理分析学生姓名赵明燕学号080802010073指导教师阮放鸣指导教师评语（参照贵州师范大学本科毕业论文（设计）成绩评定参考标准）：建议成绩： 指导教师签名： 年 月 日附件6：贵州师范大学本科毕业论文(设

10、计)答辩记录表学院：物理与电子科学学院 专业：电子信息科学与技术 级别：2008 级论文(设计)题目汽车发电机电磁干扰机理分析学生姓名赵明燕学 号080802010073指导教师姓名阮放鸣答辩情况记录：记录人：年 月 日答辩委员会成员签名： 年 月 日 答辩委员会负责人签字：年 月 日二、同行教师评审学院：物理与电子科学学院 专业：电子信息科学与技术 级别：2008 级论文（设计）题目汽车发电机电磁干扰机理分析 学生姓名赵明燕学号080802010073指导教师 阮放鸣同行教师评审意见：建议成绩： 同行教师签名： 年 月 日三、答辩委员会评定学院：物理与电子科学学院 专业：电子信息科学与技术

11、级别：2008 级论文（设计）题目汽车发电机电磁干扰机理分析学生姓名赵明燕学号080802010073指导教师阮放鸣答辩委员会评定意见：答辩委员会负责人签名：年 月 日毕业论文（设计）成绩：答辩委员会负责人签名： 年 月 日学院本科毕业论文（设计）指导委员会负责人签字：年 月 日年汽车发电机电磁干扰机理分析赵明燕摘要：汽车发电机是汽车电源系统的重要组成部分，它向车内的用电设备提供电能，同时向蓄电池充电。其电磁兼容性能对车内电器设备的正常工作状态有着直接和重要的影响。本文介绍了汽车电磁干扰源，发电机的构造和原理，重点论述发电机电磁干扰形成机理，并提出了一些抑制电磁干扰的有效方法。关键词：汽车 发

12、电机 电磁兼容 抑制abstract：auto generator auto power system is the important component, it to the car, the electric equipment providing electrical power, at the same time to the battery. the electromagnetic compatibility in vehicles, electrical equipment the normal work of the state has a direct and importa

13、nt influence. this paper introduces the car electromagnetic interference source, the structure and principle of the generator, focuses on the formation mechanism of generator electromagnetic interference, and puts forward some effective methods to restrain electromagnetic interference.keywords：car g

14、enerator electromagnetic compatibility restrain0引言汽车电子产品正朝着日益增多的趋势发展，电子技术的应用，在提升汽车动力性、经济性、舒适性、安全性等方面效果显著，但也带来了新的问题，即对外界的电磁骚扰随之增大；同时，这些效果的获得，前提条件是确保车载电子、电器设备能够正常工作。而现实情况是，车载电子、电器件由于存在电磁兼容性问题，电磁骚扰水平往往超标，或受到电磁干扰后自身工作不正常，严重时甚至遭受损坏。设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力，叫做电子系统的电磁兼容性。这个概念有两层含义，第一是电器及电

15、子设备要具有抵抗外界电磁干扰的能力；第二是电器及电子设备对外界发射的电磁干扰不能超过一定的限制，要尽可能少。1汽车电磁兼容概念1.1汽车电磁兼容的定义汽车的电磁兼容性是指在汽车运行过程中,车上的电子电气设备不互相影响,能兼容地工作;整个汽车既能抵抗外来的干扰,又不向环境及环境中的其他装置施放超过允许范围的干扰。1.2影响汽车电磁兼容性能的因素影响汽车电磁兼容性能的主要因素有电磁干扰源、电磁干扰传播途径和电磁敏感设备。汽车电磁干扰源可分为车内电磁干扰源和车外电磁干扰源。1.2.1车内电磁干扰源车内电磁干扰源主要是指产生电磁干扰信号的车载电器部件或系统，如火花塞、启动电机、发电机、电动机、刮水器、

16、电喇叭、各种仪表静电放电等。1.2.2车外电磁干扰源车外电磁干扰源包括人为干扰源和自然干扰源两类。人为电磁干扰是指汽车外部人工装置产生的电磁干扰，主要有其它车辆点火系统的辐射干扰、电动车电源系统、高压电力系统、车外雷达、无线电发射机、移动通讯设备等发射的电磁波，以及高压输电线的电晕放电产生的电磁辐射干扰等。自然干扰是指由自然现象引起的电磁干扰，主要有雷电、大气噪声、太阳辐射、宇宙噪声、高压输电线的电晕放电、太阳黑子的电磁辐射、来自宇宙的射线、车外的雷达及无线电台、电视台发射机、移动通讯设备等发射的电磁波等。1.2.3汽车电磁干扰传播途径汽车上的电磁干扰传播途径主要有沿着导线直接传导和通过空间辐

17、射两种方式，即传导干扰和辐射干扰。传导干扰就是电磁干扰通过导线传输，即通过设备的信号线、控制线、电源线等直接侵入电子、电器内部。由于汽车和外界没有直接的电路连接关系，所以传导干扰基本上都是由车载电子电器部件引起的，且通常是因电动机、继电器以及其它感性负载的瞬态脉冲电压产生的，其瞬态脉冲电压可达200v，可能导致额定工作电压为12v或24v的电子、电器件工作异常或被损坏。辐射干扰的实质是电磁干扰源的电磁能量以场的形式向四周空间传播。汽车上的电磁场强既包括车载电子、电器辐射场强，又包括外界电磁辐射场强。电磁辐射干扰的传输路径非常复杂，既可以直接辐射到电子、电器上，又可以先辐射到线束上然后再以传导干

18、扰的方式进入电子、电器。1.2.4电磁敏感设备因遭受电磁干扰而可能偏离其正常工作状态的电子、电器装置就是电磁敏感设备。在汽车电控系统中，基于数字电路的控制系统已逐渐替代了早期由机电或模拟设备完成的许多功能。但由于半导体逻辑器件对电磁干扰的敏感度较高，加之汽车线束与某些高场强频段的波长可以比拟，使得大量车载电子、电器零部件同时也成为了电磁敏感设备。车载电器低电压、大电流负载特性使其开关过程在供电线路会产生很多脉冲干扰，进一步恶化汽车电气系统的电磁环境。尽管可以采取一些措施限制车内电磁干扰源产生的干扰噪声电平处于合理的范围内，减少车辆对环境的电磁污染，但车辆内部，特别是车辆外的电磁干扰是难以彻底消

19、除的，无限制地加大干扰抑制措施会成倍地增加生产成本，在实际工程应用中是不可行的。这就要求敏感设备应具有一定的抵抗电磁干扰的能力，以保证其自身正常工作，达到车载设备相互共存、互不影响的状态。1.3汽车电磁兼容技术的重要性汽车电子技术的应用程度已成为衡量汽车技术水平的一个重要标志。汽车电子技术分为两大类:一是汽车电子控制系统,二是车载汽车电子装置,包括提供重要的驾驶员信息、控制发动机、避撞监测和避碰、执行线控制动和转向、gps导航、dvd等高级信息娱乐系统、对车内环境实施智能控制等。汽车电磁兼容技术是解决汽车整车及其电子、电气部件电磁兼容性问题的一门技术，它涉及汽车与环境、汽车与汽车、汽车内部的电

20、磁兼容性问题。汽车电磁兼容技术是随着市场需求和技术进步形成的新技术门类。汽车电磁兼容对于现代汽车以及未来的汽车而言至关重要，它关系到汽车的安全性、汽车排放控制的有效性、汽车节能的有效性、汽车智能控制的可靠性等等。因此，汽车电磁兼容技术、汽车排放技术、汽车安全技术这三项技术同属于汽车的共性技术。2汽车发电机2.1交流发电机的作用 汽车发电机可分为直流发电机和交流发电机，由于交流发电机的性能在许多方面优于直流发电机，直流发电机已被淘汰。目前汽车采用三相交流发电机，内部带有二极管整流电路，将交流电整流为直流电，所以，汽车交流发电机输出的是直流电。交流发电机必须配装电压调节器，电压调节器对发电机的输出

21、电压进行控制，使其保持基本恒定，以满足汽车用电器的需求。2.2交流发电机的结构普通交流发电机一般由转子、定子、整流器、前后端盖、风扇、皮带轮等组成。如图2.1给出了汽车用交流发电机的组件图。1后端盖 2电刷架 3电刷 4电刷弹簧压盖 5硅二极管 6元件板 7转子 8定子 9前端盖 10风扇 11带轮图 2.1 汽车交流发电机组件图转子转子的功用是产生磁场。定子定子的功用是产生交流电。定子安装在转子的外面，和发电机的前后端盖固定在一起，当转子在其内部转动时，引起定子绕组中磁通的变化，定子绕组中就产生交变的感应电动势。整流器整流器的功用是将定子绕组的三相交流电变为直流电。整流器由整流板和整流二极管

22、组成。 端盖及电刷组件端盖一般分两部分（前端盖和后端盖），起支撑转子、定子、整流器和电刷组件的作用。端盖一般用铝合金铸造，一是可有效的防止漏磁，二是铝合金散热性能好。电刷的作用是将电源通过滑环引入励磁绕组。两个电刷分别装在电刷架的孔内，借助弹簧压力与滑环保持接触。电刷和滑环的接触应良好，否则会因为磁场电流过小，导致发电机发电不足。带轮及风扇交流发电机的前端装有带轮和风扇，由发动机通过传动带驱动发电机的转子轴和风扇一起旋转。发电机工作时，定子绕组和励磁绕组中都会有热量产生，温度过高会烧坏导线的绝缘导致发电机不能正常工作，所以为发电机散热是必须的，为了提高散热能力，有的发电机装有两个风扇（前后各一

23、个）。2.3汽车发电机的工作原理2.3.1 发电原理交流发电机就是把通电线圈所产生的磁场在发电机中旋转，使其磁力线切割定子线圈，在线圈内产生交变电动势。如图2.2 所示，发电机定子的三相绕组按一定规律分布在发电机的定子槽中，内部有一个转子，转子上安装着爪极和励磁绕组。当外电路通过电刷使励磁绕组通电时，便产生磁场，使爪极被磁化为 n 极和 s 极。当转子旋转时，磁通交替地在定子绕组中变化，根据电磁感应原理可知，定子的三相绕组中便产生交变的感应电动势。这就是交流发电机的发电原理。1定子铁心 2定子绕组 3转子 4励磁绕组 5整流二极管 6电刷图2.2交流发电机发电原理图2.3.2 整流原理 交流发

24、电机定子的三相绕组中，感应产生的是交流电，是通过 6 只二极管组成的三相桥式整流电路整流为直流电的，整流电路如图2.3所示。二极管具有单向导通性,当给二极管加上正向电压时二极管导通, 当给二极管加上反向电压时二极管截止。将定子的三相绕组和 6 只整流二极管按下图的电路连接，发电机的输出端 b、c 上就输出一个脉动直流电压，如图所示，这就是发电机的整流原理。图2.3交流发电机整流原理图 2.3.3 励磁原理除了永磁式交流发电机不需要励磁以外，其他形式的交流发电机都需要励磁，因为它们的磁场都是电磁场，必须给励磁绕组通电才会有磁场产生而发电，否则发电机将不能发电，图 2.4 交流发电机的励磁电路图。

25、将电流引入到励磁绕组使之产生磁场称为励磁。交流发电机励磁方式有自励和他励两种。图 2.4 交流发电机的励磁电路图他励在发电机转速较低时（发动机未达到怠速转速），自身不能发电，需要蓄电池供给发电机励磁绕组电流，使励磁绕组产生磁场来发电。这种由蓄电池供给磁场电流发电的方式称为他励发电。自励随着转速的提高（一般在发动机达到怠速时），发电机定子绕组的电动势逐渐升高并能使整流器二极管导通，当发电机的输出电压大于蓄电池电压时，发电机就能对外供电了。当发电机能对外供电时，就可以把自身发的电供给励磁绕组，这种自身供给磁场电流发电的方式称为自励发电。交流发电机励磁过程是先他励后自励。当发动机达到正常怠速转速时，

26、发电机的输出电压一般高出蓄电池电压 12v 以便对蓄电池充电，此时，由发电机自励发电。不同汽车的励磁电路各不相同，但有一个共同特点是，励磁电路都必须由点火开关控制。3汽车发电机电磁干扰形成机理3.1 整流过程汽车发电机整流器是由硅二极管组成的全桥整流电路。硅二极管常被看作是开关元件，在电路分析中，常把二极管看作是理想开关，在正向偏置时短路，在反向偏置时开路。但实际上，二极管开通、关断状态的切换不是在瞬间完成的，在关短和导通的过程中会形成电压和电流的跳变，这使发电机整流器成为电磁骚扰发射源。整流是汽车电源系统中的一个基本环节，汽车发电机通过整流器与蓄电池和整车用电设备并联。由于整流器的非线性工作

27、特性，工作时会在直流测形成大量的干扰，这些干扰直接通过共用的电源线影响到车内电器设备的正常工作。3.2 电压调节过程由于交流发电机的转子是由发动机通过皮带驱动旋转的，且发动机和交流发电机的速比为 1.73，因此交流发电机转子的转速变化范围非常大，这样将引起发电机的输出电压发生较大变化，无法满足汽车用电设备的工作要求。为了满足用电设备恒定电压的要求，交流发电机必须配用电压调节器，使其输出电压在发动机所有工况下基本保持恒定。交流发电机电压调节器的工作原理是：当交流发电机的转速升高时，调节器通过减小发电机的励磁电流来减小磁通，使发电机的输出电压保持不变。不管是晶体管调节器、集成电路调节器或者触点式电

28、压调节器都会随着输出电压的高低自动调节激磁电流，由于调节器采用的调节方式为瞬间断电式，因而会在磁场线圈中引起频率不等、峰值不等的自感电势，该电势会转化为干扰电磁波。3.3 抛负载过程 发电机因电缆腐蚀、接触不良或发动机正常运转时，有意或无意的断开与蓄电池的连接（或断开与其它用电设备的连接），即发电机的抛负载瞬态现象，如图所示。此时，断开蓄电池（亏电状态）的同时，交流发电机正在产生充电电流，而发电机电路上仍有其它负载情况下，发电机输出电压会瞬间上升。抛负载的幅度取决于断开电池连接时，发电机的转速和发电机的励磁场强的大小。抛负载脉冲宽度主要取决于励磁电路的时间常数和脉冲幅度。大多数新型交流发电机内

29、部，抛负载幅度由于增加限幅二极管而受到抑制。在抛负载的情况下，交流发电机的内阻主要取决于发电机的转速和激励电流。大负荷，高转速运行过程中，若蓄电池与发电机间的连线突然脱开此抛负载脉冲电压会瞬间上升，形成的脉冲电压有可能导致整车电器设备，特别是电控系统 ecu 的误动作等。如由 ecu 控制的喷油器。图2.5发电机抛负载电路图4抑制电磁干扰的措施4.1阻尼法汽车电磁辐射发生在高电压部分，能量较强，影响较大，在高频振荡电路中串联阻尼电阻，使高频振荡受到减削弱，可有效抑制电磁辐射的产生。例如在点火系统的高压电路中,串人阻尼电阻以削弱或抑制由电火花产生的高频振荡。阻尼电阻阻值越大,阻尼效果越好，但阻尼

30、电阻过大时会影响火花能量,造成缺火、断火等故障的发生。4.2滤波法滤波是抑制和防止干扰的一项重要措施。无论是抑制干扰源 ，消除干扰耦合，还是增强接收电路的抗干扰能力，都可以采用滤波技术。根据信号与干扰信号之间的频率差别，可以采用不同性能的滤波器，抑制干扰信号，提高信噪比。4.3屏蔽法在产生电火花的部位（如点火线圈、火花塞、交流发电机等）用金属罩遮盖，将高频电流通过的导线或敏感性信号线用金属网屏蔽，并使其可靠地搭铁。如：高压点火线末端的金属罩；收音机天线的引人线及弱电信号传感器的信号导线多采用屏蔽线保护等。另外，不同用电设备由于设计所定的位置，不得随意改变其位置及增减用电设备，利用发动机，车体造型等的屏蔽作用，也是屏蔽的一种形式。4.4搭铁法 传统汽车多采用单线制。以车体作为公用零线,使所有用电设备均在车体上搭铁。这样,所有电器的末端就形成了一个大的“电容”,可有效减少静电感应所引起的干扰。因此,搭铁线路是否良好,不仅影响到