CC BY
153
УДК 378.12
А. С. Мазнёв, А. В. Плакс
ИСТОРИЯ СТАНОВЛЕНИЯ И РАЗВИТИЯ КАФЕДРЫ «ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ТЯГА» В ПЕТЕРБУРГСКОМ ГОСУДАРСТВЕННОМ УНИВЕРСИТЕТЕ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
Рассмотрена история создания кафедры для подготовки специалистов по электрическому подвижному составу.
кафедра, профессор, подготовка кадров, электрический подвижной состав.
Введение
В Петербургском институте (университете) путей сообщения возникли и были реализованы многие новые технические идеи. С 1880-х годов инженеры-электрики стали уделять все большее внимание вопросам теории и применения электрической тяги на городском и железнодорожном транспорте. Профессор Г. К. Мерчинг в лекциях по электротехнике, читаемых в Петербургском институте путей сообщения, рассматривает вопрос, касающийся электрификации железных дорог. Начиная с 1889 года публикуются статьи о состоянии и развитии электрической тяги на зарубежных железных дорогах. В 1907 году комиссия подвижного состава и тяги при Русском обществе инженеров рассмотрела вопрос об использовании электрической тяги на горных участках железных дорог. Потребность в специалистах-электромеханиках привела к открытию в Петербургском политехническом институте дисциплины «Электрическая тяга», создается лаборатория электрической тяги и организуется дипломное проектирование. В 1913 году разрабатывается проект и начинаются работы по созданию пригородной электрической дороги Петербург - Ораниенбаум (Оранэл).
С 1921 года возрастает интенсивность научных исследований и производства оборудования электрифицированных железных дорог, что потребовало расширения подготовки кадров.
1 Период с 1930 по 1941 год
В 1930 г. в Ленинградском институте инженеров железнодорожного транспорта началась подготовка студентов по специальности «Электрификация железных дорог». На первых двух курсах занятия проводились на Электротехническом факультете наряду с традиционными специальностями этого факультета.
В 1932 г. в ЛИИЖТе был организован Электромеханический факультет, в состав которого вошли кафедры «Основы электрической тяги» (заведующий кафедрой профессор А. Б. Лебедев) и «Электрический подвижной состав» (заведующий кафедрой профессор В. А. Шевалин).
Алексей Борисович Лебедев (1883-1941) уделял много внимания выбору рода тока и обоснованию номинального напряжения контактной сети железных дорог. Еще в 1915 году он обосновал целесообразность электрификации магистральных железных дорог России на постоянном токе напряжением 3000 В. Предложенная А. Б. Лебедевым система была реализована на Сурамском перевале Закавказской железной дороги, где движение электровозов началось в 1932 году. Жизнь подтвердила правильность этого решения, которое существенно отличалось от систем электрической тяги, принятых в то время в Западной Европе и в США.
Предложение А. Б. Лебедева позволило нашей стране опередить в этом отношении Францию, Англию и ряд других государств. Продолжая исследование систем электрической тяги, Алексей Борисович в 1939 году поставил задачу о применении на железных дорогах СССР системы электрической тяги переменного тока 25 кВ 50 Гц, которая была реализована на наших железных дорогах в 1956 г. В настоящее время Россия занимает первое место в мире по протяженности электрифицированных железных дорог.
Заведуя кафедрами «Основы электрической тяги» ЛИИЖТа и «Электрическая тяга» Ленинградского политехнического института, А. Б. Лебедев читал лекции на одноименной кафедре Московского энергетического института. Среди трудов Алексея Борисовича следует отметить энциклопедический учебник «Основы электрической тяги», изданный в 1937 году. За научные заслуги доктор технических наук, профессор А. Б. Лебедев в 1939 году был избран членом-корреспондентом Академии наук СССР.
Существенный вклад в разработку вопросов электрической тяги внес Вадим Александрович Шевалин (1888-1941). После окончания Петербургского политехнического института по предложению профессора А. В. Вульфа он был оставлен для продолжения научной и учебной работы, которую совмещал с инженерной работой в отделе электрических железных дорог фирмы «Сименс-Шуккерт». В 1915 г. В. А. Шевалин был командирован в США, где ознакомился с последними достижениями в области электрической тяги. С 1919 г. он ведет педагогическую работу, участвуя одновременно в разработке проектов электрификации Ленинградского и Московского железнодорожных узлов, в приемке электровозов
американского и итальянского производства для Сурамского перевала Закавказской ж. д.
В 1925 г. В. А. Шевалин был избран профессором Ленинградского политехнического института, в 1932 года возглавил в ЛИИЖТе кафедру «Электрический подвижной состав», где создал лабораторию электрической тяги, в которой были размещены стенды с тяговыми двигателями электровозов, моторных вагонов и трамваев, линейный генератор на 3 кВ, кабельный ввод на 600 В от трамвайной контактной сети. Сейчас эта лаборатория, ставшая центром учебной и научной работы кафедры, носит имя профессора В. А. Шевалина.
Среди его многочисленных трудов важнейшими являются монографии «Тяговые расчеты электрических железных дорог и трамваев» (1931), «Расчет нагревания тягового электродвигателя» (1934), «Разгрузка осей и коэффициент использования сцепного веса электровозов» (1936).
2 Период с 1941 по 1974 год
В 1941 г. кафедры «Основы электрической тяги» и «Электрический подвижной состав» были объединены в одну кафедру «Электрическая тяга», которую возглавил канд. техн. наук, доцент Николай Николаевич Сидоров (1901-1982).
Н. Н. Сидоров связал свою судьбу с железнодорожным транспортом в трудном 1919 году, когда он, студент Петроградского политехнического института, начал работать слесарем, помощником машиниста, машинистом паровоза на VI участке тяги Северо-Западной железной дороги (ныне ТЧ-15 Октябрьской ж. д.). В 1927 году он защищает дипломный проект на тему «Московский метрополитен» и переходит на работу в экспедицию по электрификации железнодорожной линии Кизел-Чусовская-Бисер Пермской ж. д. Движение электровозов на этом участке Урала было открыто в 1933 году.
В 1932 году В. А. Шевалин пригласил Н. Н. Сидорова на преподавательскую работу в ЛИИЖТе. В 1934 году Н. Н. Сидоров опубликовал монографию «Испытания тяговых электродвигателей».
В 1936-1937 гг. Н. Н. Сидоров экспериментально показал возможность работы тягового электродвигателя постоянного тока ДПЭ-340 от однофазного выпрямителя при фазовом регулировании. Полученные результаты исследований были использованы на первом отечественном электровозе переменного тока ОР-22. В 1938 г. Н. Н. Сидорову присуждена учёная степень кандидата технических наук.
Николай Николаевич обладал выдающимся педагогическим талантом, сочетая в своих лекциях научную строгость с наглядностью изложения.
Учебник «Электрические железные дороги», написанный им совместно с профессором В. Е. Розенфельдом, И. И. Власовым и доцентом
С. Е. Кузиным вышел двумя изданиями (в 1951 и 1957 гг.). Учебник «Тео-
рия электрической тяги», созданный в соавторстве с профессорами В. Е. Розенфельдом и И. П. Исаевым, выдержал три издания (1962, 1983 и 1995 гг.) За время работы Н. Н. Сидорова на кафедре подготовлено и успешно защищено 2 докторских и 37 кандидатских диссертаций по различным вопросам электрической тяги. В 1962 году Н. Н. Сидорову было присвоено учёное звание профессора.
Под руководством Н. Н. Сидорова на кафедре активизировалась научно-исследовательская работа и укрепились связи с железными дорогами, Новочеркасским и Тбилисским электровозостроительными заводами, Рижским электромашиностроительным и Таллинским электротехническим заводами. В связи с этим в 1954 г. на кафедре было организовано научноисследовательское бюро, выполнявшее научные исследования по договорам с предприятиями промышленности и транспорта. В частности, была разработана и внедрена на всех электровозах и электропоездах постоянного тока дифференциальная защита силовых цепей.
Первым сотрудником бюро был Владимир Иванович Некрасов (1924— 1986). Он работал на кафедре инженером, руководителем группы, старшим научным сотрудником, руководителем научно-исследовательской лаборатории, доцентом и профессором, защитил в 1960 году кандидатскую, в 1981 году - докторскую диссертацию. Владимир Иванович был инициатором практического применения новейших достижений науки и техники. При его деятельном участии кафедра оснащалась электронными вычислительными машинами, которые использовались в учебном процессе и в научных исследованиях. В. Н. Некрасов - талантливый учёный и опытный преподаватель. Он написал и опубликовал более 70 печатных работ, в том числе два учебника для вузов, которые выдержали по два издания, и монографию по импульсному регулированию электрического подвижного состава.
3 Период с 1974 по 1999 год
В 1974 году Н. Н. Сидоров передал руководство кафедрой своему ученику А. В. Плаксу, заслуженному работнику транспорта РФ, защитившему в 1975 году докторскую диссертацию на тему «Анализ точности алгоритмов автоведения электропоездов». Результаты этой работы внедрены на метрополитенах Ленинграда и Будапешта. В 1964 г. под редакцией А. В. Плакса вышло из печати первое издание учебника «Автоматизация управления электрическим подвижным составом», который дважды переиздавался (в 1978 и 1990 гг.).
А. В. Плакс - член авторского коллектива монографии «Проектирование систем управления электроподвижным составом», которая вышла двумя изданиями (1964 и 1986 гг.). В 2005 году вышел из печати его учебник «Системы управления электрическим подвижным составом». Под научным руководством профессора А. В. Плакса защищены 2 докторские и 18 кандидатских диссертаций.
В 1978 году в составе кафедры была организована отраслевая научноисследовательская лаборатория технической диагностики электропоездов, которая размещалась в Рижском филиале ЛИИЖТа. Коллективом лаборатории разработано 15 приборов для диагностики тиристоров и электронной аппаратуры электропоездов ЭР2И, ЭР12, ЭР29, ЭР31 и вагонов метро серии 81-717. Приборы были внедрены на Прибалтийской, Октябрьской, Горьковской и Юго-Западной железных дорогах, Ленинградском метрополитене, Рижском электромашиностроительном заводе и железных дорогах Югославии.
По этим работам сотрудниками лаборатории защищены четыре кандидатские диссертации. С 1978 года по 1987 год лабораторией руководил Нил Иванович Краснобаев, кандидат технических наук, заслуженный деятель науки и техники Латвии.
Вся жизнь Нила Ивановича отдана железнодорожному транспорту. Он прошёл трудовой путь от слесаря и помощника машиниста до начальника Белорусской и Прибалтийской железных дорог, заместителя министра путей сообщения СССР.
В послевоенные годы он вёл большую работу по восстановлению железнодорожного хозяйства Белоруссии и Прибалтики. Нил Иванович предложил использовать на малодеятельных участках контактноаккумуляторные электропоезда. По результатам этой работы Нил Иванович опубликовал книгу «Контактно-аккумуляторная тяга на железнодорожном транспорте» и защитил кандидатскую диссертацию.
Для обслуживания пассажирских перевозок на участках, удаленных от электрических железных дорог, Нил Иванович предложил использовать дизель-поезда, за участие в создании которых Н. И. Краснобаеву с группой соавторов была присуждена Государственная премия Латвийской республики (1972 г.).
4 Период с 1999 года
С 1999 года кафедру возглавляет заслуженный изобретатель Российской Федерации, доктор технических наук, профессор Александр Сергеевич Мазнёв, вся трудовая деятельность которого связана с железнодорожным транспортом. В 1961 году после окончания Уральского электромеханического института инженеров ж.-д. транспорта он начал работать в депо Златоуст Южно-Уральской ж. д. помощником машиниста, машинистом электровоза, приемщиком локомотивов. С 1964 г. он прошел путь от аспиранта до декана Электромеханического факультета и заведующего кафедрой «Электрическая тяга», став профессором и доктором технических наук.
За годы педагогической и научной работы он опубликовал свыше 300 статей, учебных пособий, в том числе рекомендованных к использованию в учебном процессе («Динамика электрического подвижного состава», в соавторстве с И. М. Поповым и А. М. Евстафьевым, 2007 г., «Электриче-
ские цепи и аппараты подвижного состава», в соавторстве с О. И. Шатне-вым, 2007 г.), более 150 авторских свидетельств и патентов на изобретения, значительная часть которых была использована предприятиями железных дорог, Петербургского метрополитена, промышленности.
В настоящее время в состав кафедры входят учебные лаборатории «Электрическая тяга» имени профессора В. А. Шевалина, «Электронная преобразовательная техника», «Автоматизация управления электрическим подвижным составом», компьютерный класс и научно-исследовательская лаборатория «Электрический подвижной состав». В коллективе кафедры работают 3 доктора технических наук, 12 кандидатов технических наук, 2 старших преподавателя, обучаются 7 аспирантов (по дневной форме) и 1 соискатель степени кандидата технических наук. К преподаванию привлекаются специалисты предприятий и научно-исследовательских институтов.
Кафедра ведет подготовку инженеров путей сообщения по специальности «Электрический транспорт железных дорог», включающей в себя специализации «Электровозы и электропоезда», бакалавров и магистров по направлению «Электротехника, электромеханика и электротехнологии».
Дисциплины, читаемые преподавателями кафедры, необходимы студентам для изучения электрооборудования подвижного состава, автоматических систем управления, технической диагностики электрических цепей и механической части электровозов и электропоездов, электронных преобразователей и систем автоматизированного проектирования, экономики и планирования производства.
В лаборатории «Электрическая тяга» студенты изучают:
аппараты защиты силовых цепей электрического подвижного состава;
системы автоматического пуска электровозов и управления реостатным тормозом электровозов;
электрические цепи электровозов переменного тока ВЛ85 с зоннофазовым регулированием напряжения при тяге и рекуперативном торможении;
особенности процесса пуска и реостатного торможения электровоза ВЛ80С;
принципы регулирования напряжения на первичной и вторичной обмотках тягового трансформатора электровозов и электропоездов переменного тока;
электрические схемы электровозов ЭР2, ЭД4Э, моторного вагона метрополитена серии 81.717.5 и пассажирского электровоза ЧС2;
характеристики двигателей последовательного и независимого возбуждения в режимах тяги и электрического торможения;
токоприемники ТЛ-13У для электропоездов;
методы и средства диагностирования механических узлов, электрических машин, цепей и аппаратов.
В конце 90-х годов уровень развития техники и компьютерных технологий потребовал перехода к современным вычислительным и программным средствам. В связи с этим были приобретены комплексы компьютерных и программно-аппаратных стендов для лабораторий «Электронная преобразовательная техника» и «Системы автоматизированного проектирования».
Современное программное обеспечение (MatLab, Multisim, OrCad, AutoCAD, Lab View) позволило существенно расширить возможности учебного процесса и ввести в него новые практические и лабораторные работы по дисциплинам «Динамика электроподвижного состава», «Физические основы электроники», «Электронные преобразователи и аппараты», «Теория автоматического управления», «Системы автоматизированного проектирования», «Теория электрической тяги».
Дипломные проекты студентов связаны с реальной тематикой, выполняются по заказам Октябрьской железной дороги, Петербургского метрополитена, предприятий промышленности, которые, в свою очередь, помогают модернизировать учебные лаборатории кафедры. Большинство дипломных работ рекомендуется экзаменационными комиссиями к внедрению в производство или использованию в учебном процессе.
Лучшие дипломные проекты представляются на конкурс студенческих работ по специальности «Электрический транспорт железных дорог». В 2005 и 2006 годах первое и третье места присуждены выпускникам кафедры «Электрическая тяга» ПГУПС, которые награждены дипломами, а руководитель проектов - почетной грамотой Министерства транспорта РФ. По желанию студентов защита дипломных проектов может проходить на иностранном языке с отметкой в дипломе. Студенты работают по грантам Университета, Октябрьской и Северной железных дорог, участвуют в научных конференциях. Лучшие студенты получают стипендии Президента Российской Федерации, Правительства РФ, губернатора Санкт-Петербурга, Ученого совета Университета, стипендии имени Мельникова и Бетанкура.
Преподаватели кафедры и сотрудники научно-исследовательской лаборатории принимают активное участие в совершенствовании электрического подвижного состава железных дорог, метрополитена и городского электротранспорта и внедрении разработок в производство. Некоторые из них представлены ниже.
1949-1951 гг. Разработана дифференциальная защита силовых цепей ЭПС постоянного тока (получено авторское свидетельство № 95446), примененная на электровозах ВЛ8, ВЛ23, ВЛ10, ВЛ11, ВЛ15, электропоездах ЭР1, ЭР2, ЭР22, ЭР2Р, ЭР2Т, ЭД2Т, ЭТ2.
1952-1955 гг. Участие совместно с НЭВЗ и ВНИИЖТом в испытаниях опытных электровозов постоянного тока Н8-001, Н8-003, в результате которых усовершенствована схема рекуперативного торможения, внедрены дугогасительные камеры с повышенной отключающей способностью.
1956-1959 гг. Выполнено исследование токосъема при скоростях движения до 130 км/ч, что позволило разработать теорию колебаний токоприемника и контактной сети, выявить условия резонанса и предложить методику определения параметров токоприемника и контактной подвески.
1968- 1975 гг. Теоретическое обоснование и расчет точности систем автоведения, использованное при создании комплексной системы автоматического управления поездами, внедренной в 1976 г. на КировскоВыборгской линии Ленинградского метрополитена (а. с. № 592067, № 629094, патент ВНР № 177883).
1969- 1979 гг. Создание опытного электровоза ВЛ23И и участие в испытаниях электропоездов ЭР2И, ЭР 12 с импульсным регулированием напряжения на Октябрьской и Прибалтийской железных дорогах.
1972-1979 гг. Разработка, создание и внедрение в депо Московское Ленметрополитена контактно-аккумуляторного маневрового электровоза с импульсным регулированием напряжения в режимах тяги и рекуперативного торможения и станции для зарядки тяговых аккумуляторов.
1979-1990 гг. Разработка и внедрение совместно с Прибалтийской ж. д. и РЭЗом методов и средств технической диагностики электропоездов с импульсным регулированием (ЭР2И, ЭР12, ЭР25, ЭР29, ЭР200).
1982-1991 гг. Разработка, создание и испытание опытного образца преобразователя для питания линейного асинхронного тягового двигателя экипажа ВСНТ.
1992-1997 гг. Разработка, исследование и создание совместно с ОАО «Экспериментальный завод» системы ослабления возбуждения тяговых двигателей, внедренной на электропоездах ЭР2.
1996-2007 гг. Участие в разработке токоприемников для городского рельсового электротранспорта.
2001-2006 гг. Участие совместно с заводом «Электросила» (ОАО «Силовые машины») в разработке и испытаниях новых электропоездов постоянного и переменного тока ЭД4Э и ЭД9Т.
2005-2007 гг. Модернизация совместно с ОАО «Марс» и ТЧ-8 Октябрьской ж. д. системы питания обмоток возбуждения тяговых двигателей электровозов ЧС200 в режиме реостатного торможения.
Большой объем научных исследований, выполненных кафедрой, обеспечил успешную защиту 5 докторских и более 60 кандидатских диссертаций. Высокий уровень разработок подтверждается значительным количеством патентов, полученных сотрудниками кафедры с участием студентов и внедренных в производство. Интенсивная работа по патентованию позволила кафедре неоднократно занимать первое место в Университете по количеству полученных патентов, в 1980, 1982, 2006 годах преподавателям вручались дипломы «Лучшему изобретателю ЛИИЖТа (ПГУПС)»; звание «Лучший изобретатель железнодорожного транспорта» присвоено трем сотрудникам кафедры, разработки которых отмечены медалями ВДНХ.
За высокие достижения в педагогической, научной и воспитательной работе сотрудники кафедры удостоены государственных наград, отмечены знаками «Почетный железнодорожник», «Почетный работник Октябрьской железной дороги», «В память о 200-летии со дня рождения П. П. Мельникова», медалью «В память 300-летия Санкт-Петербурга», почетными грамотами МПС, Министерства транспорта РФ, Октябрьской железной дороги, Университета и благодарностями от руководства министерств и ОАО РЖД.
Кафедра плодотворно сотрудничает с мировыми лидерами в области высокоскоростного транспорта и программного обеспечения - компаниями Siemens и National Instruments, что дает возможность улучшать подготовку студентов и аспирантов.
Открытие в 2007 году новой специализации «Высокоскоростной наземный транспорт» позволит привлечь на кафедру талантливую молодежь и достичь новых успехов в научной и педагогической деятельности.
Заключение
Деятельность и развитие кафедры «Электрическая тяга» осуществляется в содружестве с родственными кафедрами университетов страны, локомотивными депо железных дорог, предприятиями, выпускающими электрический подвижной состав, научно-исследовательскими и проектноконструкторскими институтами, разрабатывающими новые виды электровозов и электропоездов, что позволяет совершенствовать учебный процесс, поднимать уровень научных работ, улучшая таким образом качество подготовки инженерных кадров.
УДК 629.01:621.313
А. В. Байко, В. М. Стрепетов
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ПОЛЕ КОМБИНИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ЛЕВИТАЦИИ И ТЯГИ НА ПЕРЕМЕННОМ ТОКЕ ПРИ НАЛИЧИИ ФЕРРОЭКРАНА НА ЭКИПАЖЕ ТРАНСПОРТНОЙ УСТАНОВКИ
