随着飞机的飞行高度和速度的不断提升,起动/发电系统的无刷化、高速化和高功率密度将成为未来飞机起动/发电系统的发展方向。电励磁双凸极电机作为一种新型无刷电机,具有结构简单、可靠性高和控制灵活等优点,尤其是作为发电机运行时,只需把三相绕组外接整流电路,通过调节励磁电流就能输出需要的直流电压值,这些特点使电励磁双凸极电机成为未来起动/发电机的重要选择。以航空应用为背景,为实现对某型国产起动/发电机的无刷化和增容改造,本文研制了一套电励磁双凸极无刷起动/发电机系统。文中首先介绍了飞机无刷起动/发电机的发展历程和趋势,然后分析了电励磁双凸极电机的结构特点,建立了数学模型,分别阐述了电励磁双凸极电机作为电动机和发电机的工作原理,并应用ANSOFT软件分析了样机在空载和加载时的磁场分布、磁链和反电势的变化规律。为了减小整个系统的体积和重量,对起动、发电系统的硬件电路进行了一体化集成设计。起动时利用DSP实现数字电路控制,根据电机转速不同,分阶段采用标准角度和提前角度控制;发电时使用了模拟调压器,采用电压负反馈和励磁电流补偿双闭环的控制策略,励磁电流主电路采用不对称半桥结构,这些策略保证了调压系统具有较好的稳态和动态特性。完成系统的设计后,对样机进行了地面模拟起动和发电实验,实验结果表明起动效果达到原有有刷电机的起动能力,调压电路具有良好的动态和静态性能。最后,成功进行了发动机的冷、热开车试验,为系统的进一步深入研究和开发奠定了坚实的基础。