Дифференциальные электроприводы с синхронными реактивными двигателями независимого возбуждения – относительно новое направление исследований, сформировавшееся в ЮУрГУ в 1980-х. До этого значительную роль в развитии Уральской научной школы электропривода сыграла кафедра электропривода и автоматизации промышленных установок Челябинского политехнического института (ныне ЮУрГУ).
На энергетическом факультете ЧПИ в 1952 году была образована кафедра электрификации промышленности, из которой в 1954-м выделилась кафедра электрификации промышленных предприятий, ее заведующим стал кандидат технических наук Гавриил Фролович Солдатченков. Вскоре, после его трагической гибели, кафедру возглавил доцент Николай Фёдорович Калин. У ее истоков стояли Ю.А. Борцов, Г.В. Суворов, Ю.С. Усынин, М.В. Гельман и С.Д. Левинтов.
В 1962 году кафедра электрификации промышленных предприятий была разделена на две – электропривода и автоматизации промышленных установок и электроснабжения промышленных предприятий и городов.
Первой из них с 1962 по 1972 год заведовал доцент, кандидат технических наук Самуэль Давидович Левинтов. Под его руководством сформировался работоспособный коллектив, достигший значительных успехов в учебной и научно-методической работе.
Основным принципом работы сотрудников кафедры стала тесная связь научных изысканий с учебным процессом, а Г.Ф. Солдатченков сумел организовать отличную лабораторную базу. Становление кафедры ЭПА совпало с интенсификацией работ по развитию уральской металлургии. Поэтому с момента образования кафедры на ней сформировалась научная школа в области теоретических и экспериментальных исследований электроприводов и промышленных систем автоматики прокатных станов и других агрегатов металлургических заводов.
Сотрудники кафедры принимали активное участие в реконструкции автоматизированных электроприводов многих предприятий, в том числе Магнитогорского металлургического комбината, Челябинского трубопрокатного завода, Челябинского металлургического завода, Челябинского электрометаллургического завода, Орско-Халиловского металлургического комбината, Орского завода по обработке цветных металлов. Был накоплен и обобщен обширный опыт в области развития частотных методов исследования сложных электромеханических систем, создания теории и средств технической диагностики и наладки электроприводов, повышения их помехозащищенности, что позволило значительно сократить сроки пуска сложных электромеханических комплексов прокатных станов, увеличить эффективность и надежность их работы.
С 1973 по 1978 год кафедрой ЭПА заведовал доцент, кандидат технических наук Геннадий Васильевич Суворов. В этот период продолжались исследования в области металлургических электроприводов, датчиков технологических параметров и силовой электроники. Были разработаны технические средства частотного анализа с повышенной чувствительностью и расширенным частотным диапазоном «Вектор-2», «Вектор-2М», позволяющие определять частотные характеристики замкнутых систем регулирования непосредственно в ходе технологического процесса, а также приборы нового поколения, адаптированные к системам вентильного электропривода, – многоканальные регистраторы параметров электроприводов в условиях их реальной промышленной эксплуатации. В этом направлении работали, в частности, О.И. Осипов, А.Н. Серебряков, Ю.С. Шестаков, Ю.С. Усынин, Л.И. Цытович, С.М. Бутаков, В.П. Мацин.
С 1978-го кафедру возглавил заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации, доктор технических наук, профессор Рафаиз Хазеевич Гафиятуллин. А в следующем году при ней, в результате совместного решения Мингео и Минвуза СССР, была организована отраслевая лаборатория для создания и внедрения современного электропривода геологоразведочных буровых станков. При научном руководстве Р.Х. Гафиятуллина кафедра электропривода внесла значимый вклад в создание оборонной техники.
В результате исследований работников кафедры созданы электроприводы приборных комплексов и системы управления высокоточными следящими электроприводами на основе моментных двигателей.
Эти работы продолжились под научным руководством Ю.С. Усынина, который в 1994-м защитил в МЭИ докторскую диссертацию.
С 2003 года во главе ЭПА встал доктор технических наук, профессор Леонид Игнатьевич Цытович.
Ныне кафедрой автоматизированного электропривода, на базе которой и существует научная школа «Дифференциальные электроприводы с синхронными реактивными двигателями независимого возбуждения», заведует Александр Николаевич Шишков, а развивает научное направление старейший преподаватель энергофакультета Юрий Семёнович Усынин.
Он родился 27 июня 1937 года в Миассе Челябинской области. В 1959-м окончил Челябинский политехнический институт (ныне ЮУрГУ) по специальности «Электрификация промышленных предприятий». Окончив аспирантуру Московского энергетического института под научным руководством профессора Василия Павловича Бычкова и защитив кандидатскую диссертацию, вернулся в Челябинск. С 1959 года работал в ЧПИ, прошел путь от ассистента до профессора кафедры электропривода и автоматизации промышленных установок. С 1965 по 1967 год занимал пост заместителя декана энергетического факультета.
В настоящее время Юрий Семёнович преподает на кафедре автоматизированного электропривода Политехнического института ЮУрГУ – читает лекции по курсам «Теория электропривода» и «Системы управления электроприводов».
Область научных интересов исследователя – электроприводы станов холодной прокатки. Результаты его работы в свое время были внедрены на Магнитогорском металлургическом комбинате (ММК), в тресте «Южуралэлектромонтаж», на Новосибирском металлургическом заводе имени Кузьмина.
Учёный защитил докторскую диссертацию на тему «Следящие дифференциальные электроприводы автономных объектов». Разработал научное направление «Дифференцированные следящие электроприводы автономных объектов».
Заслуженный работник высшей школы РФ Ю.С. Усынин имеет двадцать авторских свидетельств на изобретения, является автором около полутора сотен научных работ, включая четыре монографии и семь учебных пособий. В свое время он был членом диссертационных советов ЮУрГУ и Магнитогорского государственного технического университета имени Г.И. Носова.
«Дифференциальный электропривод, синхронные реактивные двигатели с независимым возбуждением – это относительно молодой вариант электропривода. Первые публикации относятся к 80-м годам. Дифприводом я занимаюсь уже несколько десятилетий – начал еще в МЭИ, будучи аспирантом, потом продолжил в ЮУрГУ, – поясняет Юрий Семёнович. – Дифференциальный электропривод – это один из вариантов многосвязного электропривода, то есть такого, где много физических взаимосвязей. С одной стороны, много связей – значит, трудно, запутанно, необъяснимо, а с другой – открываются дополнительные возможности, электропривод становится живучим, более управляемым, улучшается энергетика».
Приводы с синхронными реактивными машинами независимого возбуждения – это термин не устоявшийся, но принятый многими авторами и ведущими научными журналами электротехнического направления.
«Этот привод позволяет упростить машину. Создаётся очень умная, довольно эффективная система полупроводникового управления. Раньше мы как проектировали электропривод: выбираем двигатель со склада, под него выбираем преобразователь, под преобразователь – элементы системы управления. А надо разрабатывать всё вместе, комплексом, – считает профессор Усынин. – И если так расставлять смысловые ударения, то в ряде случаев эффективнее двигатель подбирать под преобразователь. Специальность сложная, инновационная. Чтобы как следует разбираться в электроприводах, нужно, помимо традиционных математики и физики, хорошо знать электрические машины, силовую электронику, теорию управления. Мы используем сложные алгоритмы управления. Это сфера, где цифровая индустрия подоспела вовремя. Мы потребители цифровой техники, в частности, при разработке своих электроприводов пользуемся контроллерами, цифровыми датчиками».
Среди молодых учёных, занимающихся дифференциальными электроприводами с синхронными реактивными двигателями независимого возбуждения, освоивших все программы сложных расчётов на современной компьютерной базе, – Евгений Белоусов, Антон Бычков, Никита Савостеенко и Дмитрий Сычев.
Например, Дмитрий занимается актуальным вопросом электропривода и энергосбережения в прокатных станах трубопрокатного завода, на которых производятся бесшовные трубы, применяемые, например, при изготовлении пера винта вертолёта.
Другие члены коллектива заняты приводом главного движения в холодной бесшовной прокатке труб и приводом подачи, где важную роль играет точность.
В перспективе у научной школы работа с компанией, которую возглавляет выпускник ЮУрГУ. В проекте важны не только финансовые показатели, но и возможность добиться эффективных результатов. В частности, существует потребность в электроприводах для буровых установок.