引言
传统的飞机结构包含了气压系统、机械系统、液压系统和电源系统，每一个系统都非常的复杂，并且由于不同的部件和设备之间具有耦合性，所以降低了整个系统的可靠性。为了提高飞机的可靠性，安全性，简化飞机结构，减轻重量，节省燃油，降低维护费用，多电飞机的概念被提了出来，目前已被广泛确立为未来飞机的发展方向。
1.航空交流起动/发电机起动控制系统概述
起动/发电系统是整个飞机供电体系的核心。在传统的大功率航空电源系统中，一般采用专用的起动机完成航空发动机的起动功能，当发动机达到额定转速后，再通过发电机将发动机输出的部分机械能转化为飞机用电设备所需的电能。这种飞机电源系统包含独立的起动系统及发电系统，体积和重量较大、系统复杂，不仅降低了系统的可靠性，而且当发动机起动完成后，起动机就成了影响飞机性能的负担，当航空电源系统的功率较大时，这种缺陷将变得更为严重。因此，如果能够利用电机的可逆原理，在飞机起动时通过合理地控制起动/发电机的主发电机电枢绕组的电流矢量，使其运行在电动状态，提供航空发动机起动所需的扭矩，当发动机达到一定转速并进入稳定工作状态后，再将起动/发电机切换到发电状态为机载用电设备供电，这不仅可以省去传统飞机电源系统的专用起动组件，简化发动机的附件驱动齿轮箱以及相应的润滑、冷却系统，有效降低航空电源系统的体积重量、复杂程度以及制造成本，还能提高飞机电源系统的可靠性和维护性。当航空发动机起动完成以后，起动控制器又可以执行其它机载电机的驱动控制任务，或者作为机载二次电源的逆变器使用，以有效简化系统结构。这种起动/发电的一体化系统，已成为多电/全电飞机的一个重要发展方向[1]。
2.航空交流起动/发电机起动控制系统存在的问题
2.1主发电机的转子初始位置检测问题
精确的主发电机转子初始位置是实现三级式同步电机起动功能的前提。利用静止状态下观测到的主发电机转子与转子位置传感器的相对位置——即主发电机的转子初始位置，就可以在电机旋转的过程中，根据实时采集的转子位置传感器的位置信息，计算出主发电机转子的实际位置。转子初始位置的检测精度直接关系到主发电机在起动过程中电枢电流解耦的准确程度，当误差较大时，不仅会影响主发电机的起动控制性能，甚至出现反转而损坏航空发动机。但是，要实现静止状态下的转子初始位置检测，首先要解决主发电机在静止状态下的转子励磁问题，由于励磁机的单相励磁绕组及无刷化的结构，使得三级式同步电机在静止状态下，需要采用单相交流励磁的方式实现主发电机转子励磁，同时受旋转整流
器的影响，主发电机转子励磁电流存在大量脉动电流成分，导致主发电机参数及
凸极性实时变化，使得应用于传统恒定励磁磁场的转子初始位置估算方法不再适
用，因此需要探索新的方法。
2.2主发电机的起动控制问题
与传统恒定励磁电机不同，主发电机的励磁电流是励磁机转子绕组上的三相感应电势通过旋转整流器整流后提供，受二极管的单相导电及开关特性的影响，该励磁电流中含有随电机转速、励磁机励磁电压及频率而变化的脉动电流分量。但是，限于三级式同步电机的无刷化结构，当其处于旋转状态时，难以直接观测主发电机转子的各项电气参数，使得准确估计主发电机的电动运行状态较为困难，同时也不利于建立其电动状态的准确数学模型，这就为从理论上分析其电动起动性能带来一定难度。由此导致的主发电机的电动状态参数摄动难以准确观测、输出转矩脉动难以有效抑制，影响主发电机输出电磁转矩的平稳性[2]。
3.航空交流起动/发电机起动控制系统
3.1单相交流励磁起动方式
由航空三级式无刷同步电机的结构可知，在电机处于静止状态时，给励磁机励磁绕组通直流电励磁，其电枢绕组上不会产生感应电动势，因此主发电机无法获得励磁电流，进而无法起动。但是如果给励磁机的励磁绕组中通入单相交流电，则励磁机的励磁绕组会在空间产生一个脉振磁势，此脉振磁势的基波分量可以分解为一个正向旋转磁势波和一个反向旋转磁势波。取励磁机电枢绕组A相绕组的轴线作为空间电角度的坐标原点，并选择单相交流励磁电流达到最大值的瞬间作为时间的零点。设励磁机的励磁绕组的轴线超前励磁机电枢绕组A相轴线的电角度为θ，气隙中任意一点的径向与励磁机电枢绕组A相轴线的夹角为α。在静止的情况下，通过单相交流电的励磁，可以在励磁机的电枢绕组上产生感应电动势，因此通过旋转整流器以及主发电机的励磁绕组构成回路后就可以给主发电机的励磁绕组供电，因而可以实现起动功能。
3.2交直流励磁切换方式
在主发电机起动的过程中，到达一定转速后，采用直流励磁的效果要好于交流励磁，因此，这时要求励磁机从交流励磁切换到直流励磁。但是如果直接从交流励磁切换到直流励磁，很有可能会引起主发电机励磁电流较大的波动。由于起动时，负载转矩较大，较大的主发电机励磁电流波动会进一步带来较大的主发电机电枢电流波动和转矩波动，有可能对控制器、三级式无刷同步电机甚至是航空发动机造成损坏。因此，由交流励磁到直流励磁的切换过程必须是平滑的。由于三级式无刷同步电机转子侧的量在正常情况下是无法测量的，所以切换过程的控制主要体现在对励磁机励磁电流的控制上。
3.3起动控制策略
飞机最早采用的电源系统为低压直流电源，它易于实现起动/发电系统，起动/发电机一般为有刷直流电机，如MiG-19和F-86。但是由于低压直流电源发电容量小，效率低，质量体积大而且需要经常维护，已经满足不了现代飞机对电源系统的要求，目前以低压直流电源为主电源系统的飞机已经很少了。恒速恒频电源系统工作环境温度高，过载能力强，但是恒速传动装置为精密机械，生产制造、使用维护困难，费用较高，电能变换效率较低，并且难于实现起动/发电系统。变速恒频交流电源系统将恒速恒频电源系统中恒速传动装置用功率变换器来替代，其电能质量好，电能转换效率高，工作可靠，维修费用低，可以实现起动/发电技术。但是由于功率器件的限制，其允许使用的环境温度较低，过载能力较差。变频交流电源系统的主要组成部分只有航空发动机和发电机，具有结构简单，重量轻，体积小，可靠性高，功率密度大，易于构成起动/发电系统等优点。但是它有配电系统复杂的缺点。AirbusA380和Boeing787上的主电源系统均为变频交流电源系统，容量分别达到了4×150kVA和4×250kVA，这对电机设计制造技术以及相关设备的散热都带来了困难。其中，Boeing787的发电机为三级式无刷同步发电机，具有起动功能[3]。
4.结束语
综上所述，航空交流起动/发电机起动控制系统是一个多学科交叉的研究领域，为了提高航空交流起动/发电机起动控制系统的性能，使其能够更加可靠、实用和高效，需要不断地对其进行研究和创新，促进我国航天事业的发展。
参考文献
[1]孙鉴非.基于DSEM的民用飞机起动发电系统[J].科技风,2014(10):6-6.
[2]郑先成,张晓斌,黄铁山.国外飞机电气技术的现状及对我国多电飞机技术发展的考虑[J].航空计算技术,2007,37(5):120-122.
[3]程国华.大型民用飞机电源系统的现状与发展[J].民用飞机设计与研究,2009(4):1-5.