Кафедра электромеханики

Московского энергетического института
(технического университета)

(к 70-летию основания)

В истории человечества XX столетие было, безусловно, и веком электротехники. Одним из важнейших направлений развития электротехники в XX в. была электромеханика, основы которой еще в XIX в. заложены величайшими учеными и инженерами: М. Фарадеем, Э.Л. Ленцем, Б.С. Якоби, Д.К. Максвеллом, М.О. Доливо-Добровольским, Г. Феррарисом, Н. Тесла и многими другими.

В 1905 г. в Московском высшем техническом училище (МВТУ) была открыта электротехническая специализация. В учебные планы был введен ряд новых дисциплин, и среди них — теория переменных токов и электрические машины. Новые курсы читал один из основоположников московской электротехнической школы Карл Адольфович Круг (1873-1955 гг.).

До революции из стен вуза было выпущено всего 74 инженера электротехнической специальности. До 1930 г. подготовка специалистов электротехнического профиля в Москве велась не только в МВТУ, но и в Институте народного хозяйства (ИНХ) имени Г.В. Плеханова, где на электропромышленном факультете было пять специализаций. Первый выпуск электромехаников в Москве состоялся в 1924 г. Среди дипломников были будущие работники Московского энергетического института (МЭИ): Б.П. Апаров, Г.Н. Петров, А.Н. Ларионов, Е.В. Нитусов.

Однако выполнение задач индустриализации страны и особенно плана ГОЭЛРО требовало радикального увеличения числа специалистов электротехнического профиля и улучшения качества их подготовки.

В феврале 1930 г. Президиум ВСНХ СССР принял постановление об организации на базе упомянутых факультетов МВТУ и ИНХ имени Г.В. Плеханова Московского энергетического института. Новый вуз начал свою работу в помещениях, расположенных в разных районах Москвы.

В МЭИ были открыты три специализации по электромеханике: общее электромашиностроение (руководитель К.И. Шенфер), специальное электромашиностроение (руководитель А.Н. Ларионов), трансформаторостроение (руководитель Г.Н. Петров). Была создана и общетехническая кафедра электрических машин, которую возглавил С.И. Курбатов.

В 1932 г. в МЭИ была организована кафедра электромашиностроения во главе с К.И. Шенфером (избранным в том же году членом АН СССР). В 1934 г. эта кафедра была объединена с кафедрой электрических машин; до 1938 г. заведующим объединенной кафедрой был К.И. Шенфер. С 1938 по 1974 гг., в течение 36 лет, кафедру электрических машин возглавлял чл.- корр. АН СССР Г.Н. Петров. С 1974 по 1989 гг. кафедрой заведовал И.П. Копылов, а с 1989 г. по настоящее время — В.А. Кузнецов.

В связи с расширением сферы применения разнообразных электромеханических элементов и устройств, созданием новых классов электрических машин и преобразователей было признано целесообразным переименовать кафедру, и с 1987 г. она стала называться кафедрой электромеханики.

За годы существования кафедра провела большую учебно-методическую работу и, став базовой кафедрой Минвуза СССР, активно способствовала становлению родственных кафедр во всех регионах страны. Специалисты кафедры щедро делились своими опытом и знаниями. Ими были написаны десятки учебников, учебных и методических пособий, составивших основу учебно-методической и научной работы большинства вузов, научных и производственных организаций. Еще в 1934 г. была издана книга Г.Н. Петрова «Трансформаторы», а в 1938 г. книга К.И. Шенфера «Асинхронные машины».

В разное время на кафедре трудились крупные ученые и специалисты НИИ и промышленности: академики В.А. Трапезников и В.П. Никитин, чл.-корр. АН СССР А.Е. Алексеев, профессора Д.А. Городский, Н.В. Горохов, С.А. Погожев, А.С. Кантер, заместители министров СССР Е.И. Борисов и Ю.А. Никитин, председатель Комитета по делам изобретений и открытий СССР И.С. Наяшков.

Среди работавших на кафедре — Ю.С. Чечет, П.С. Сергеев, П.М.Тихомиров, Ф.А. Горяинов, Ф.М. Юферов, Б.Ф. Токарев, Г.С. Сомихина, Н.В. Виноградов, Н.В. Астахов, М.В. Антонов, Д.Э. Брускин, С.С. Окунь, А.И. Абрамов, B.C. Шаров, Б.К. Клоков.

Ими и многими другими преподавателями кафедры сформированы методические основы традиционных и новых курсов, таких как «Специальная электромеханика», «Специальные электрические машины», «Надежность электрических машин», «Испытания, ремонт и эксплуатация электрических машин», «Технология изготовления и производство электрических машин», «Микропроцессорная техника в электромеханике», «Инженерное проектирование и САПР электрических машин», «Электронные и магнитно-полупроводниковые устройства электромеханики». Созданы новые лаборатории, вычислительный центр. Особенно мощно развивалось математическое моделирование магнитных полей и процессов в электрических машинах и системах — курс, читаемый в четырех семестрах. Создан уникальный курс по электромагнитным расчетам в электрических машинах, послуживший основой для внедрения аналогичных курсов в родственных вузах. Курсы физического и математического моделирования, а также инженерного проектирования являются доминирующими в процессе подготовки современного специалиста, уверенно владеющего вычислительной техникой. В 1992 г. за учебник «Математическое моделирование электрических машин» проф. И.П. Копылову была присуждена Государственная премия, в 2001 г. эта книга вышла уже третьим изданием.

Большую роль в формировании современных методов физического и математического моделирования в электромеханике сыграли труды проф. А. В. Иванова-Смоленского и его учеников. Были разработаны новые методы изучения и расчета явлений электромагнитного поля, что позволило во многом по-новому взглянуть на проблемы, возникающие при анализе преобразования электромагнитной энергии в электромеханике.

Сотрудниками кафедры выпущены десятки учебников и учебных пособий (далеко не полный список изданий помещен в приложении к статье), по которым учились и учатся студенты электромеханики России и стран СНГ. Кафедра всегда оказывала бескорыстную помощь в методических разработках, становлении лабораторной базы, педагогической и научной подготовке преподавателей родственным кафедрам вузов страны. После того как в 70-х годах кафедра электромеханики МЭИ стала базовой кафедрой Минвуза СССР, на ней повысили свою квалификацию сотни преподавателей отечественных и зарубежных вузов по вопросам общей теории электрических машин, специальных машин и микромашин, математической теории электромеханических устройств, расчета магнитных и электрических полей, применения современной вычислительной техники. Зарубежные ученые, а также обучавшиеся на кафедре аспиранты впоследствии возглавляли в своих странах крупные кафедры и факультеты, вузы, научные академии, министерства образования.

Кафедра всегда вела научные исследования по запросам промышленности и важные поисковые работы. За разработку мощных трансформаторов для выпрямительных установок Государственной премии был удостоен чл.-корр. АН СССР Г.Н. Петров. В 1952 г. Г.Н. Петрову и С.С. Окуню присуждена премия за создание трансформаторов тока с компенсацией погрешностей (так называемая «система МЭИ»).

Г.Н. Петровым была начата работа по созданию бесконтактных трансформаторных стабилизаторов напряжения, которую в дальнейшем продолжили С.С. Окунь и В.М. Киселев. Успешно работающий в настоящее время на кафедре Б.Н. Сергеенков развил теорию, методы расчета и создания современных быстродействующих полупроводниковых стабилизаторов напряжения. Он продолжил исследования магнитно-полупроводниковых стабилизаторов напряжения мощностью до 200 кВт, начатые еще под руководством Г.Н. Петрова. Стабилизаторы успешно конкурируют с лучшими зарубежными образцами.

В 60-х годах Г.Н. Петровым, А.В. Ивановым-Смоленским, А.И. Абрамовым были начаты работы по разработке новых типов генераторов высокого напряжения, присоединяемых к линиям электропередачи без повышающего трансформатора. Для обмотки статора была разработана специальная бумажно-масляная изоляция кабельного типа, позволяющая значительно увеличить напряжение генератора. Обмотка якоря опытного гидрогенератора состояла из 21 катушки при числе пазов на полюс и фазу менее 1/2, при этом на выходе генератор имел стандартную синусоиду напряжения. Опытный генератор имел номинальное напряжение 121 кВ, мощность 14, 5 МВт, частоту вращения 187, 5 об/мин и был установлен на ГЭС «Сходня» в черте Москвы. Он прошел успешные многосторонние испытания при под- ключении к сети Мосэнерго, доказав возможность создания генераторов на более высокие на- пряжения. Испытания были прерваны в год московской олимпиады по причинам, не имеющим отношения к проблемам электромашиностроения.

Следует отметить, что в 90-е годы в Швеции были развернуты работы по созданию генераторов напряжением 45-155 кВ, также подключаемых к линии электропередачи без повышающего трансформатора. Были изготовлены турбо- и гидрогенераторы мощностью от 11 до 75 МВА, обмотки статора имели изоляцию на основе сшитого полиэтилена. Эти работы также подтвердили правильность и перспективность идей, высказанных и реализованных учеными кафедры электромеханики. Большую помощь в создании высоковольтного генератора оказала кафедра ТВН МЭИ (группа под руководством доц. Ю.С. Пингаля), а также инженеры и ученые завода «Уралэлектротяжмаш».

Под руководством Г.С. Тамояна кафедра электромеханики провела ряд работ по совершенствованию электромеханических демпферов (амортизаторов) для стыковочных узлов космических аппаратов, а также нагрузочных и тормозных электродинамических систем высоковольтного железнодорожного и горного автомобильного большегрузного транспорта. Для нужд атомной промышленности были выполнены разработки асинхронных двигателей с заполненным жидким натрием зазором. По тематике этих работ были защищены 2 докторские и б кандидатских диссертаций.

Направление электромеханики — микромашины, т.е. электрические машины мощностью менее 1 кВт, — сформировавшееся и успешно развивающееся в МЭИ, связано с именем Юрия Сергеевича Чечета. Благодаря его деятельности, исследование и преподавание курса микромашин выделилось в самостоятельную область электромеханики. Под руководством Ю.С. Чечета были выполнены первые научно-исследовательские работы по исполнительным двигателям переменного тока (совместно с ВНИИЭМ), по двигателям для медицинского оборудования (совместно с заводом «Красногвардеец», Ленинград). В дальнейшем эти работы продолжили ученики Ю.С. Чечета.

Ю.С. Чечет первым систематизировал разрозненные знания в области расчета и конструирования микромашин и в 1949 г. начал чтение специального курса лекций «Электрические микромашины автоматических устройств». Его одноименная книга выдержала два издания и последний раз вышла в 1964 г. уже после трагической гибели ученого. Позднее проф. Ф.М. Юферовым был подготовлен первый в нашей стране учебник «Электрические машины автоматических устройств», выдержавший два издания и переведенный на иностранные языки.

Работы Ф.М. Юферова позволили значительно сократить брак при выпуске бесконтактных сельсинов, показав на практике, что означает теория. В середине 60-х годов группа инженеров под руководством Ф.М. Юферова и И.Л. Осина приступила к выполнению программы научно- исследовательских работ по созданию синхронных микродвигателей с возбуждением от постоянных магнитов (СДПМ), обладающих высокими энергетическими показателями и малой нестабильностью мгновенной угловой скорости. Совместно с предприятиями электротехнической отрасли разработаны и внедрены в производство несколько отрезков серий СДПМ и отдельных двигателей. Научные исследования этой группы во многом определили направление развития данного класса машин.

Научной группой под руководством Е.М. Лопухиной с 1958 по 2002 гг. проведены циклы гocбюджетных и хоздоговорных научных работ совместно с рядом заводов и НИИ отрасли в области разработки теории и автоматизированного проектирования явнополюсных и неявнополюсных асинхронных двигателей малой мощности. Деятельность научной группы оказала значительное влияние на стратегию развития данного класса машин, их теорию и проектирование, активно способствовала разработке основных серий и параметрических рядов двигателей бытового назначения. Была разработана теория и методика автоматизированного проектирования асинхронных двигателей, которые использовались ведущими предприятиями отрасли с заметным экономическим эффектом.

В начале 90-х годов совместно с НИИПМ и заводом «Дзержинец» сотрудники группы Е.М. Лопухиной разработали частотно-регулируемые синхронные двигатели с постоянными магнитами и асинхронным пуском с номинальными моментами 5 и 8 Нм и частотами вращения от 840 до 6000 об/мин. На основе этих работ Е.М. Лопухина создала курс лекций «Автоматизированное проектирование электрических машин малой мощности» для студентов 5-го курса, а в 1997—98 гг. — новый курс «Генерация идей и инженерное творчество» для магистров. Научные исследования в области электрических машин малой мощности успешно продолжаются на кафедре и сейчас.

В 1998—99 гг. совместно с Лобненским ЭМЗ исследовалась возможность автоматизированного проектирования для создания энергосберегающих однофазных асинхронных двигателей с несимметричными трехфазными обмотками. Совместно с предприятием ЗАО «Агрегат-Привод» ведутся работы по созданию однофазных асинхронных двигателей повышенной мощности (6-8 кВт).

Существенную роль в научной работе кафедры сыграла Проблемная лаборатория электромеханики, созданная в 1958 г. Она объединила научный персонал кафедр электрических машин, автоматизированного электропривода и электрических аппаратов. Лаборатория финансировалась из госбюджета и выполняла одновременно до 30 научно-исследовательских и проектно-конструкторских работ, в которых вместе с профессорско-преподавательским составом активно участвовали студенты и аспиранты.

Проблемная лаборатория была оснащена аналоговыми вычислительными машинами, которые впервые в МЭИ стали использоваться для решения задач электромеханики. Цифровую вычислительную технику сотрудники осваивали на базе вычислительного центра МЭИ. Там же было организовано обучение научного и преподавательского составов основам программирования и компьютерного моделирования.

Научно-исследовательские работы, выполненные на кафедре электрических машин и в Проблемной лаборатории, легли в основу многих дипломных работ, кандидатских и докторских диссертаций, на их базе была выпущена первая монография по математическому моделированию асинхронных машин (авторы И.П. Копылов, Ф.А. Мамедов, В.Я. Беспалов), изданная в 1969 г. Позднее были написаны учебники и учебные пособия, на кафедре создана учебная лаборатория аналогового моделирования электрических машин.

Благодаря объединенным усилиям ученых трех кафедр были разработаны шаговые электрические машины и электропривод. Общее руководство исследованиями осуществлял ректор МЭИ проф. М.Г. Чиликин, заместителем научного руководителя Проблемной лаборатории был И.П. Копылов. Были созданы шаговые двигатели разнообразного применения. Лидирующая роль в научном коллективе принадлежала с.н.с. кафедры Б.А. Ивоботенко. Коллектив разработчиков этого прогрессивного вида электропривода был дважды удостоен Государственной премии СССР в области науки и техники.

В течение 20 лет на кафедре электромеханики существовал отдел научно-исследовательских работ, включавший несколько лабораторий с общим научным штатом более 100 чел.:

  • лаборатория моделирования полей и синхронных машин (научный руководитель А.В. Иванов-Смоленский);
  • лаборатория математического моделирования и специальных электрических машин (научный руководитель И.П. Копылов);
  • лаборатория микромашин (научный руководитель Е.М. Лопухина);
  • лаборатория виброакустики электрических машин (научный руководитель Н.В. Астахов);
  • лаборатория погружных и коллекторных машин постоянного тока (научный руководитель Б.Ф. Токарев).

Научный отдел кафедры выполнял огромный объем НИР, обеспеченных госбюджетным и хоздоговорным финансированием. Вот некоторые основные работы кафедры:

  • разработка электрических машин с печатными обмотками;
  • создание высоковольтного гидрогенератора;
  • двигатели-усилители и машины с подмагничиванием;
  • погружные электродвигатели для подводной техники;
  • проектирование синхронных двигателей с постоянными магнитами на магнитопроводах асинхронных машин серий 4А;
  • индукторный тахогенератор для измерения сверхнизких скоростей;
  • подмагничиваемые стабилизаторы напряжения;
  • исследование шумов и вибраций электрических машин;
  • разработка асинхронизированных синхронных турбогенераторов;
  • электрические машины, изготавливаемые методами безотходной технологии;
  • двигатели для электрифицированных детских игрушек;
  • создание методик проектирования и САПР регулируемых и нерегулируемых (с распределенной обмоткой на статоре и явнополюсных с экранированными полюсами) асинхронных двигателей малой мощности и разработка их серий и параметрических рядов.

С начала 60-х годов кафедра активно включилась в работу по созданию электротехнического оборудования с использованием эффекта сверхпроводимости. В течение ряда лет Научный совет по сверхпроводимости, созданный для координации работ, проводимых в стране, возглавлял заведующий кафедрой Г.Н. Петров. Большой вклад в решение важнейшей задачи электромагнитной совместимости сверхпроводниковых устройств с традиционным электротехническим оборудованием и используемой измерительной техникой внес коллектив кафедры под руководством И.П. Копылова.

Совместно с рядом академических и ведомственных организаций были выполнены проекты МГД-генераторов со сверхпроводящими обмотками, сверхпроводниковых генераторов и двигателей, накопителей энергии и др. Результаты исследований широко использовались в учебном процессе и дипломном проектировании.

В работе кафедры принимали участие крупные специалисты в области прикладной сверхпроводимости: В.В. Андриянов, В.А. Альтов, А.С. Веселовский, A.M. Рубинраут.

Создание нового поколения высокотемпературных сверхпроводящих материалов открыло новые возможности для использования явления сверхпроводимости в электротехнике. Несмотря на известные трудности, которые переживает отечественная наука, сотрудники кафедры продолжают исследования и подготовку специалистов по этому перспективному направлению.

В течение 15 лет преподаватели кафедры вели занятия по повышению квалификации преподавателей курса электрических машин вузов страны. Ежегодно обучалось до 45 человек. Лекции читали ведущие преподаватели кафедры.

По инициативе кафедры при Министерстве высшего образования был создан Методический Совет по электрическим машинам. Многие годы его возглавляли Г.Н. Петров, а затем Д.Э. Брускин. Совет регулярно проводил выездные заседания в вузах страны, организовывал обмен опытом и обсуждение наиболее важных методических вопросов. На заседаниях Совета обсуждались проспекты новых книг и пособий, его деятельность способствовала своевременному выпуску необходимой литературы по электрическим машинам.

Многие преподаватели кафедры на общественных началах вели занятия на факультете электромашиностроения в Московском городском народном университете технического прогресса и экономических знаний. Ряд лет деканом факультета была доц. Е.М. Лопухина. Кроме лекций, двухлетнее обучение включало экскурсии на ведущие электромашиностроительные заводы, просмотр технических фильмов. Занятия на факультете собирали большое число работников заводов и НИИ, желавших пополнить свои знания.

В некоторые годы штат кафедры насчитывал до 200 чел. — преподавателей, научных сотрудников и инженеров, аспирантов.

Кафедра электромеханики установила тесные партнерские отношения со многими вузами, на- учными учреждениями и производственными предприятиями России и зарубежных стран. Ее выпускники преподавали и вели научную работу в университетах и фирмах США, Великобритании, Канады, Франции, Германии, Норвегии, Китая, Бельгии, Нидерландов, Перу, Нигерии, Туниса, Марокко, Сирии, Чили. Глубокие знания, широкая научная эрудиция, владение современными методами исследования, знание иностранных языков обеспечивают нашим выпускникам успешную адаптацию к любым сложным проблемам современного мира.

Кафедра поддерживает широкие международные связи. Среди ее партнеров технический университет (Болгария), университет Калгари (Канада), Висконсинский университет и университет Колорадо (США), Норвежский технологический институт (Норвегия), университеты Циньхуа, Пекина и Харбина (Китай), автомобильная компания Форда (США), компания по вентильным реактивным двигателям (г. Лидо, Великобритания), университет г. Кали (Колумбия), национальный университет Сан Августин (Перу), университет Лилля (Франция), университет Дрездена (Германия), компания Цедрат (Франция) и др.

В последние 15 лет на кафедре созданы лаборатории микропроцессорной техники, электронных средств электромеханики, читаются новые курсы по информатике, космической электромеханике. Учебные, методические и научные труды, опубликованные сотрудниками кафедры за 70 лет ее существования, стали настольными пособиями для тысяч студентов и специалистов во многих странах мира.