（一）驱动电机

随着汽车电气技术的发展，电机在汽车上的应用越来越广泛，功率从几瓦到几十千瓦都有。汽车用电动机主要有起动电动机、冷凝风机电动机、空调风机电动机、刮水器电动机、摇窗电动机、座椅电动机。除此之外还有各式泵类电动机如气泵、油泵、真空泵电动机，特殊用途的电机如天线传动电动机、反光镜变向电动机、自动门电动机、电子锁电动机、计价器电动机等。对于电动汽车而言，驱动电机作为其主要部件之一，其功率已经达到几百千瓦。

电动机电磁干扰主要是指绕组中突变磁场和换向器与电刷之间产生的火花放电两方面。这些干扰的电磁波频率为10Hz～1000MHz，频带很宽，场强为垂直极化和水平极化两种，场强与频率基本是正态分布。电动机的干扰脉冲峰值与电动机的结构、工作负载、绕组绝缘老化、换向器与电刷的间隙及磨损等诸多因素有关。

1.绕组中突变磁场产生干扰或老化

如果通过电动机线圈的电流通路切断，则线圈中的磁场突然消失，线圈上会产生上百伏，甚至上千伏的瞬变过电压。瞬变过电压与负载的大小以及线路的阻抗有关。这种电压类似于一阶电路的指数衰减曲线形状，它能导致极大的能量释放，被释放的能量窜入控制回路，对系统中其他电子装置产生巨大电能冲击，干扰其正常工作，最终导致设备、系统的基本失控和逻辑判断出错，甚至击穿或烧毁系统中的其他机电元器件。

当电动机在额定负载下正常工作时，如果供电电流突然被切断，这时，电枢仍在高速旋转，在定子的励磁下，转子电枢绕组会产生感应电动势，感应电动势与原电枢电动势同方向叠加，形成过电压，其瞬态峰值可达额定电压的6～8倍，上升时间约为100s，并按指数规律衰减至电枢停止转动。

另一种瞬变过电压是在供电电流被突然切断时，线圈中会产生电感性负载冲击，其瞬变电压大多表现为先后出现的高幅值的负向脉冲和低幅值的正向脉冲，最高峰值可达到额定电压的10倍以上，持续时间约为300ms。

2.换向器与电刷间的火花放电

对电刷式电动机而言，电刷和换向片之间产生火花放电，同时引起频谱极宽的噪声（从中波到甚高频波段内是连续分布的），它对很多电子设备在很大范围内造成干扰。

3.其他

诸多电子产品中的电动机均采用桥式整流和电容滤波电路整流后的直流电源。因为其中整流二极管的导通角很小，只有在输入交流电压峰值附近才有高峰值电流通过。这种畸变的电流波形基本很低，但高次谐波却非常丰富，脉冲宽度约为5ms。这种高峰值的电流脉冲不仅对供电电网造成严重污染，还对其他各种用电设备产生干扰。

虽然为了屏蔽电磁干扰大多数电动机采用了封闭的金属外壳，但是由于封闭材料、方式采用不当，以及电动机电源引出线（包括接地线）和外壳上的孔，会产生大量电磁泄漏，对系统内、外的电子装置同样产生干扰。此外，某些电动机存在装配不当等质量问题，如绝缘损坏、接触不良、引出端子存在板间寄生电容等，这些都会使电动机的电磁干扰增强。

（二）车用发电机

1.车用发电机的特点

（1）工作转速范围宽

汽车发电机由发动机驱动，发电机的转速取决于发动机的转速。车辆在运行中，发动机的转速不断变化而且波动很大。现代汽车发动机的工作转速范围很宽，特别是轿车，最高工作转速为最低工作转速的10多倍。发电机转速一般在1000～12000r/min之间，最高的将近15000r/min。正因为有如此高的工作转速，所以对轴承精度、转子平衡精度以及各零件的机加工精度等要求都很高；工作转速范围宽，要满足电压的调节精度、工作稳定性和供电性能要求，在技术上必有较大的难度。到目前为止，现有车用发电机的低速供电性能和国产调节器还存在一定问题。

（2）负载变化范围大

车辆在运行中，其用电电器的使用是根据需要而定的，随机性很大。照明设备只在夜间使用，刮水器只在下雨行车时使用，车窗升降、喇叭等电器的使用随机性更大，所以，发电机在工作时，其负载的变化范围很大，除汽油机的点火用电是常用的而外，其他的用电设备有时可能全用，有时可能都不用。车用电器的总负载一般在200～1000W之间，随着汽车电子技术的迅速发展和应用，车用电器的负载功率在不断增加。

（3）工作环境恶劣

车用发电机都是装在发动机上的，发动机工作时有强烈的振动，无论公路行驶或其他作业场所，空气中都有很多的灰尘。环境温度变化范围也很大，随气候的变化而变化。热态发动机工作时，发电机周围环境温度较高（夏天可达80℃），因此车用发电机要在-40～85℃的环境温度下都能正常工作，所以对其性能稳定和可靠性的要求是很高的。

2.车用发电机的工作原理

汽车电气系统中，蓄电池与发电机并联工作。蓄电池的作用是将电能转化为化学能储存起来。起动机工作时，靠蓄电池在很短的时间内供给大约200～600A的电流，起动后，发动机带动发电机旋转并发出电能，向蓄电池充电，为下次起动需要储备能量，当发动机低速或停止运行时，发电机供电不足或不发电。蓄电池有时也要向用电设备供电。发电机对蓄电池充电是定压充电，其充电电流的大小由蓄电池可接受充电电流的大小决定。蓄电池亏电时，充电电流就大，随着蓄电池越充越满，充电电流也越来越小，直到趋近于零。

发电机在正常工作时，若负载突然减小或完全无负载，会引起发电机输出电流急剧下降，在发电机电枢绕组上产生正向瞬变过电压，其等效电路如图8-12所示。

图中发电机被等效为一个电感L和电动势E的串联电路，负载则等效为支路电阻R₁和R₂并联，发电机输出电流为I_L=I₁+I₂。

设R₂为被抛的大负载，即 ， ，则当开关S突然断开时，电路换路引起电流I_L产生瞬变，即

式中，i_L（∞）为换路后终了时刻的稳态电流I_L，即i_L（∞）=E/R₁；i_L（0⁺）为换路后初始时刻的暂态电流i_L，根据换路定律i_L（0⁺）=i_L（0^-）=（R₁+R₂）E/R₁R₂，其中i_L（0^-）表示换路前终了时刻的稳态电流i_L；τ为换路后暂态的时间常数，τ=L/R₁。

在负载R₁上产生的过电压为

在发电机电枢绕组上产生的感应电压为

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图8-12 发电机抛负载等效电路

显然，发电机抛负载瞬变电压u_L是一个正向指数脉冲电压，其前沿较陡（50～100μs），后沿按指数规律下降，衰减时间为150～350ms。抛负载瞬变电压的幅值主要取决于抛负载程度，即式中R₁/R₂比值的大小，通常可达75～125V；最严重的抛负载瞬变发生于发电机满载运行时与蓄电池的连接断开状态下抛负载，此时电枢绕组上产生较大的能量泄放，R₁支路中的电子器件形成较强的冲击，必须设法使其安全泄放。

（三）继电器、电磁阀、触点开关

现代汽车电气系统内存在大量的感性负载，有各种电磁阀、继电器等，其线圈在开路瞬间，都会成为一种宽频谱、高能量的瞬变干扰源。

这种瞬变过电压的变化与负载的性质、大小及线路阻抗有关，多以高幅值的负脉冲和随后的低幅值正脉冲出现。其最高峰值可达到-300V，持续时间达300ms，它不但具有浪涌性质，还有丰富的谐波，可能引起电子控制系统的逻辑错误，甚至导致部分敏感器件或固体组件的损坏。

触点开关断开时，在开关两触点之间的距离由零过渡到断开的瞬间，将产生火花放电而形成骚扰。由于电流迅速从一定值减小到零， 很大，在带有电感线圈的开关设备中会产生幅值很高的瞬时电压脉冲。如果开关设备的触点很小，而电流很大，还将产生弧光放电。弧光放电是最危险的骚扰源之一，它所产生的0.15～150MHz的辐射骚扰可传播很远的距离。当开关闭合时，同样会产生电压或电流的剧变而造成骚扰。

故当用机械式开关、继电器、接触器等接通负载时，应当注意触点的振颤或跳动。触点第一次闭合后又跳开，再接触，有些触点甚至会跳动多次，从而使电路断续接通。当开关接通的是大电流负载时，触点间有可能引发火花放电，从而产生尖峰脉冲噪声。如果开关用在逻辑系统中产生输入信号时，本来开关的一次接通产生一个输入信号，但是由于触点的跳动使输入脉冲变成多个，从而导致逻辑电路误动作，如图8-13所示。

图8-13 开关抖动产生的多余输入脉冲

（四）电力电子器件

电力电子器件（Power Electronic Device）是指可直接用于处理电能的主电路中，实现电能变换或控制的电子器件。目前，电力电子器件基本专指电力半导体器件，其所采用的主要材料仍然是硅。

在20世纪50年代，电力电子器件主要是汞弧闸流管和大功率电子管。60年代发展起来的晶闸管，因其工作可靠、寿命长、体积小、开关速度快，而在电力电子电路中得到广泛应用。到70年代初期，晶闸管已逐步取代了汞弧闸流管。80年代，普通晶闸管的开关电流已达数千安，能承受的正、反向工作电压达数千伏。在此基础上，为适应电力电子技术发展的需要，又开发出门极可关断晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管、逆导晶闸管等一系列派生器件，以及单极型MOS功率场效应晶体管、双极型功率晶体管、静电感应晶闸管、功能组合模块和功率集成电路等新型电力电子器件。

由于电力电子器件直接用于处理电能的主电路，因而同处理信息的电子器件相比，它一般具有如下特征：

1）电力电子器件所处理的电功率的大小，也就是承受电压和电流的能力，是它最重要的参数。它处理电功率的能力小至毫瓦级，大至兆瓦级，都远大于处理信息的电子器件。

2）因为处理的电功率大，所以为了减小本身的损耗，提高效率，电力电子器件一般都工作在开关状态，即工作在图8-14所示的正向阻断区和饱和区。导通时阻抗很小，接近于短路，管压降接近于零，而电流由外电路决定；阻断时阻抗很大，接近于短路，电流几乎为零，而管子两端电压由外电路决定。

图8-14 电力电子器件的工作区域

3）在实际应用中，电力电子器件往往需要有信息电子电路来控制。由于电力电子器件所处理的电功率较大，因此普通的信息电子电路信号一般不能直接控制电力电子器件的导通或关断，需要一定的中间电路对这些信号进行适当的放大，这就是所谓的电力电子器件的驱动电路。

4）尽管工作在开关状态，但是电力电子器件自身的功率损耗通常仍远大于信息电子器件，因而为了保证不至于因损耗散发的热量导致器件温度过高而损坏，不仅在器件封装上比较讲究散热设计，而且在其工作时一般都还需要安装散热器。

按照电力电子器件能够被控制电路信号所控制的程度，可以将其分为以下三类：

1）通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断的电力电子器件称为半控型器件，这类器件主要是指晶闸管（Thyristor）及其大部分派生器件，器件的关断完全是由它在主电路中承受的电压和电流决定的。

2）通过控制信号既可以控制其导通，又可以控制其关断的电力电子器件称为全控型器件。由于与半控型器件相比，它可以由控制信号控制其关断，因此又称为自关断器件。这类器件品种很多，目前最常用的是绝缘栅双极晶体管（IG-BT）和电力场效应晶体管（电力MOSFET），在处理兆瓦级大功率电能的场合，门极可关断晶闸管（GTO）应用也较多。

3）也有不能用控制信号来控制其通断的电力电子器件，因此不需要驱动电路，这就是电力二极管，又被称为不可控器件。这种器件只有两个端子，其基本特性与信息电子电路中的二极管一样，器件的导通和关断完全是由它在主电路中承受的电压和电流决定的。

按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间信号的性质，又可以将电力电子器件（电力二极管除外）分为电流驱动型和电压驱动型两类。如果是通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者关断的控制，则这类电力电子器件被称为电流驱动型电力电子器件。如果是仅通过在控制端和公共端之间施加一定的电压信号就可实现导通或者关断的控制，则这类电力电子器件被称为电压驱动型电力电子器件。由于电压驱动型器件实际上是通过加在控制端上的电压在器件的两个主电路端子之间产生可控的电场来改变流过器件的电流大小和通断状态的，所以电压驱动型器件又被称为场控器件，或者场效应器件。

此外，同处理信息的电子器件类似，电力电子器件还可以根据器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况分为单极型器件、双极型器件和复合型器件三类。

常用电力电子器件的优缺点如下所述。

1）GTR优点：耐压高，电流大，开关特性好，通流能力强，饱和压降低；缺点：开关速度低，是电流驱动型，所需驱动功率大，驱动电路复杂，存在二次击穿问题。

2）GTO优点：电压、电流容量大，适用于大功率场合，具有电导调制效应，其通流能力很强；缺点：开关频率低，关断时门极负脉冲电流大，驱动电路复杂，所需驱动功率大。

3）电力MOSFET优点：开关速度快，输入阻抗高，热稳定性好，所需驱动功率小且驱动电路简单，工作频率高，不存在二次击穿问题；缺点：电流容量小，耐压低，一般只适用于功率不超过10kW的电力电子装置。

4）IGBT优点：开关速度高，开关损耗小，具有耐脉冲电流冲击的能力，输入阻抗高，通态压降较低，驱动功率小；缺点：开关速度低于电力MOSFET，电压、电流、容量不及GTO。

基于上述电力电子器件的优缺点，在现代汽车，尤其是电动车辆上，需要DC-DC、DC-AC等电源变换的场合，设计人员基本都选取了电力MOSFET或者IGBT。但是由于这些电力电子器件都是工作在高电压、大电流的状态，且工作的开关频率很高，于是不可避免地给车辆带来频带较宽的电磁骚扰问题。因此，对于这些用在车辆上的电力电子器件，需要我们足够的重视，并对之采取得当的防护屏蔽措施，达到实现车辆良好的电磁兼容性的目的。