Текст книги "История электротехники"

Автор книги: авторов Коллектив

сообщить о нарушении

Текущая страница: 15 (всего у книги 78 страниц) [доступный отрывок для чтения: 28 страниц]

4.10. РАСЧЕТЫ И ИССЛЕДОВАНИЯ ПОЛЕЙ

Этот раздел ТЭ развивался по мере создания собственной промышленной базы в СССР, поскольку в XIX в. расчетам полей были посвящены лишь единичные работы, например, Н.А. Булгакова в 1897 г. «О распределении заряда на поверхности проводников». В специализированном журнале «Вестник теоретической и экспериментальной электротехники» ряд расчетов полей опубликовали в 1928 г. И.С. Брук (расчеты ЭМП в асинхронной машине), в 1932 г. Л.И. Балабуха (расчеты электростатических полей) и др. Интересные исследования провел Л.Р. Нейман по распределению токов в биметаллических проводах (1932 г.) и магнитных полей в циклотроне. В дальнейшем расчетным методам и конкретным расчетам уделяется большое внимание в специальных монографиях, в учебной и журнальной литературе. Для развития инженерных методов расчета полей существенную роль сыграли большое число журнальных публикаций по уравнениям математической физики, а также методам приближенных решений таких уравнений С. Л. Соболева, А.Н. Тихонова, А.А. Самарского, А.Н. Крылова и книги М.А. Лаврентьева «Конформные отображения», К.М. Поливанова «Электростатика», Л.Р. Неймана «Поверхностный эффект в ферромагнетиках», Г.А. Гринберга «Избранные вопросы теории электрических и магнитных явлений», В. Смайта «Электростатика и электродинамика», Д.А. Стреттона «Теория электромагнетизма» и др.

В развитии теории и методов ЭМП существенную роль играют введенные еще Д.К. Максвеллом электрический и магнитный потенциалы, позволяющие сократить количество полевых уравнений. В этой связи значительным продвижением в теоретическом отношении было введение в практику расчетов стационарных и квазистационарных магнитных полей метода, основанного на приведении вихревых магнитных полей к квазипотенциальным, в котором система уравнений сводится к одному скалярному уравнению. Этот подход, предложенный и разработанный для расчета и моделирования магнитных полей (К.С. Демирчян, В.М. Грешняков, В.Л. Чечурин, В.Н. Воронин) на кафедре ТОЭ Ленинградского политехнического института в 60-х и начале 70-х годов, впоследствии нашел широкое применение в практике расчетов трехмерных квазистационарных магнитных полей. Попытки создать высоковольтные электрические машины (К.Д. Биннс, П.Д. Лавренсон, А.В. Иванов-Смоленский, В.А. Кузнецов), конструкции высоковольтной техники (Н.Н. Миролюбов, М.В. Костенко, М.Л. Левинштейн, Н.Н. Тиходеев, Е.С. Колечицкий и др.), сверхпроводящие магнитных систем (К.С. Демирчян, Я.Б. Данилевич, Ю.В. Ракитский, В.Л. Чечурин и др.) потребовали повышенного внимания к расчетам статических электрических и магнитных полей. Повышение точности вычисления максимальных значений напряженности электрических полей и магнитной индукции стало необходимым условием разработки новых методов. Значительные работы были выполнены по расчету ЭМП и электродинамических сил в токонесущих конструкциях (О.В. Тозони, Э.А. Меерович, И.Ф. Кузнецов, В.Л. Чечурин, К.М. Чальян, Е.Л. Львов, Г.Н. Цицикян и др.), в электрических машинах и трансформаторах (Я.Б. Данилевич, Ф.Г. Рутберг, В.Л. Чечурин, Э.А. Кашарский, А.В. Иванов-Смоленский, В.Н. Боронин, В.А. Казанский, А.И. Инкин и др.), в устройствах с движущейся плазмой и дуговых электрических печах (М.Ф. Жуков, Ф.Г. Рутберг, Э.А. Меерович, В.И. Пищиков и др.), в электрофизических установках термоядерного синтеза (В.А. Глухих, В.М. Юринов, ГА. Шнеерсон, А.Б. Новгородцев и др.). Решения многих задач, связанных с расчетами нестационарных ЭМП в электрофизических установках, приведены в книге Г/А. Шнеерсона «Поля и переходные процессы в аппаратуре сверхсильных токов». Важным направлением стало решение комплексных задач электродинамики, где расчет токов и напряжений в электрической цепи требовал одновременного расчета и ЭМП. Такие задачи, носящие комплексный характер, были решены Л.Р. Нейманом (поверхностный эффект в ферромагнитных средах), В.М. Юриновым (электрические цепи, содержащие элементы с движущимися телами), ГА. Шнеерсоном (электрические цепи, содержащие элементы с движущимися средами) и др.

Помимо развития аналитических методов расчета ЭМП, возможности которых отставали от практических требований, в 50–60 годы широкое распространение получили аналоговые, сеточные и физические методы моделирования и исследования ЭМП. В этой области следует отметить работы А.И. Гантмахера, И.М. Тетельбаума, В.Д. Карплюса, К.С. Демирчяна, К.Х. Табакса, В.Н. Воронина, В.В. Попова и др.

В практике генерации, преобразования и передачи электрической энергии важное место заняли проблемы понижения потерь, возникающих за счет вихревых токов. Расчет и моделирование эквивалентных R– и L-параметров электрических цепей и измерение потерь от протекания вихревых токов связаны с именами Л.Р. Неймана, И.Ф. Кузнецова, Э.А. Мееровича, О.В. Тозони, Х.В. Двайта, П.Л. Калантарова, Л.А. Цейтлина и др. Развитие методов расчета ЭМП привело к широкому внедрению в практику электрических методов геологической разведки с применением импульсных генераторов тока, в частности на основе МГД-источников (Е.П. Велихов), индукционного нагрева (В.П. Вологдин), дуговой и электронной сварки (школа Е.О. и Б.Е. Патонов), дуговой плавки металлов (Э.А. Меерович), дефектоскопии (В.Г Герасимов).

На заре зарождения ТЭ исследования ЭМП производились без разделения методов по частотному критерию. Однако специфические задачи генерации, передачи и приема энергии высокочастотных ЭМП потребовали разработки собственных методов расчета. Так родилась новая область техники – радиотехника, в которой основное внимание уделялось не столько эффективности использования энергии ЭМП, сколько возможности передачи сигналов. Однако в последние годы в связи с развитием высокочастотной техники и возможности при ее помощи передавать на землю солнечную энергию, преобразованную в высокочастотное излучение на орбитальных или лунных электрических станциях, разделение электротехники и радиотехники становится весьма условным. В этой связи показательны исследования передачи энергии ЭМП при помощи волноводов (А.Н. Диденко). Фактически в таких системах передача состоит из одного проводника – волновода, внутри которого сосредоточена передаваемая энергия ЭМП.

Напомним, что для создания аналогичной ситуации с передачей энергии ЭМП постоянного тока или переменного тока промышленной частоты в простейшем случае кабельной линии электропередачи необходимы два провода (внутренний и внешний в виде полого цилиндра) для ограничения распределения ЭМП только в пространстве между ними. В волноводных ЛЭП со всей остротой встает привычная для ТЭ проблема повышения КПД таких систем.

4.11. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ВЕЩЕСТВЕННЫХ СРЕДАХ

Расчеты ЭМП потребовали более точного описания свойств среды. Потребовалось привлечение и освоение разделов физики диэлектриков, металлов, полупроводящих материалов и ферромагнетизма. Проблема промышленного изготовления изоляторов и изолирующих материалов, а также их применения привела к необходимости не только постановки исследований в области технологии, но и к разработке теории физических процессов в диэлектриках. Серии обширных работ по теории электрического пробоя и свойствам диэлектриков были проведены в ВЭИ (П.А. Флоренский), в созданном почти одновременно с ВЭИ Ленинградском физико-техническом институте, руководимым А.Ф. Иоффе (В.А. Фок, Н.Н. Семенов), и организованном Г.М. Кржижановским в 1930 г. Энергетическом институте (B.C. Комельков, Ю.Н. Вершинин). Исследовались природа потерь в диэлектриках (А.П. Александров, И.В. Курчатов, Я.И. Френкель и др.) и физические процессы в диэлектриках, полупроводниках и многофазных средах (А.Ф. Иоффе, И.В. Курчатов, Я.И. Френкель, А.П. Александров, Н.С. Лидоренко и др.), что привело к открытию многочисленных новых материалов с исключительными диэлектрическими (сегнетоэлектрики, материалы высокой проницаемости) и электрическими свойствами. В связи с разработкой и производством новых изоляционных материалов важными стали методы теоретического расчета их диэлектрической проницаемости, синтеза таких материалов с заданными электрическими и магнитными свойствами (А.Н. Лагарьков, Г.С. Кучинский, М.А. Карапетян и др.).

Исключительное место в практических приложениях заняли полупроводники. Особые свойства полупроводников, заключающиеся в зависимости электрического сопротивления контактного слоя между металлами и некоторыми полупроводниками от направления тока, температуры, освещения и электрического поля, созданного другим электродом (транзисторы и тиристоры), привели к созданию многих новых отраслей науки и техники. Вся современная дискретная и вычислительная техника в основе своей имеет дело с полупроводниковыми приборами различного размера и степени интеграции в одном кристалле. В энергетических отраслях важное место занимает свойство полупроводников преобразовывать тепловую и солнечную энергию непосредственно в электрическую.

На основе использования мощных полупроводниковых приборов (тиристоров) стало возможным преобразовывать переменный ток в постоянный и управлять этим процессом. Эта возможность широко используется в многочисленных промышленных установках преобразования частоты в технологических целях и для передачи энергии постоянным током, при освоении которой в СССР были достигнуты выдающиеся результаты.

В ТЭ особое место занимают устройства с ферромагнитными сердечниками, и по этой причине исследование ферромагнитных свойств материалов занимает большое место в научных разработках. Непосредственное отношение к ТЭ имеют исследования, связанные с теорией поведения ферромагнитных тел в ЭМП и теорией электрических цепей, содержащих индуктивные катушки с ферромагнитными сердечниками. Выдающаяся роль в этой области принадлежит В.К. Аркадьеву. Он еще в 1913 г. произвел важные исследования железа и никеля в области сверхвысоких частот и наблюдал исчезновение ферромагнитных свойств при электромагнитных волнах длиной 1 и 3 см. В дальнейших своих исследованиях В.К. Аркадьев показал возможность существования релаксационных и резонансных явлений в ферромагнетиках. Эти исследования применительно к современным задачам электротехники, радиотехники и элементов магнитной памяти в вычислительной технике продолжались К.М. Поливановым и его научной школой на кафедре ТОЭ в МЭИ.

Следует заметить, что вопросам поведения ферромагнетиков в электротехнических устройствах посвящено много исследований именно на кафедрах теоретических основ электротехники. Помимо кафедры ТОЭ в Московском энергетическом институте такие работы проводились на кафедре ТОЭ Ленинградского политехнического института под руководством Л.Р. Неймана (проникновение ЭМП в среды с ферромагнитными свойствами), П.Л. Калантарова (открытие и исследование феррорезонансных явлений в электрических цепях).

С начала 60-х годов явление сверхпроводимости, открытое в 1911 г. Г. Камерлинг-Оннесом, нашло техническое применение в области создания сверхпроводящих электрических машин и трансформаторов, кабельных линий передач энергии, индуктивных накопителей энергии, магнитной сепарации и томографии. Перспективы уменьшения габаритов этих устройств и потерь энергии в них стимулировали проведение научных исследований. В этой связи с точки зрения ТЭ важной стала проблема описания электрических свойств сверхпроводящих материалов и токоведущих частей этих устройств. Особенность существования магнитного поля в сверхпроводнике, а также тепловая неустойчивость таких систем весьма остро поставили задачу введения в систему уравнений Д.К. Максвелла их вещественных характеристик. Успешному решению этой задачи способствовали успехи отечественной школы физики в области феноменологической теории сверхпроводимости (Л.Д. Ландау, В.Л. Гинзбург, Л.П. Горькое, А.А. Абрикосов). Большую роль в создании технических устройств сыграли работы В.Б. Зенкевича по методам расчета электрических параметров композитных сверхпроводников с учетом реальных особенностей конструкции; В.А. Альтова, В.В. Сычева по термостабилизации и опыт создания сверхпроводящих катушек для термоядерных устройств, выполненных в Институте атомной энергии им. И.В. Курчатова под руководством Н.А. Черноплекова.

4.12. ДИНАМИКА СВОБОДНЫХ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ И ТЕЛ В ЭМП

Длительный период исследования взаимодействия заряженных частиц и ЭМП носили академический характер и представляли интерес только с точки зрения дополнительного развития теории ЭМП. Однако для ТЭ даже эти разработки имели большое значение. Характерна в этом отношении наиболее простая задача определения ЭМП движущегося электрона. В 1888 г. О. Хевисайд решил эту задачу без введения ограничения на скорость движения электрона (в отличие от Д.Д. Томсона). В этой работе, намного опередившей работы Г. Лоренца, показана зависимость энергии ЭМП движущегося заряда от скорости и изменения картины распределения напряженности электрического поля электрона в пространстве. Если скорость движения электрона составляет 0,99 от скорости света, то напряженность поля по окружности меридионального разреза некоторой сферы оказывается в 100 раз больше таковой на сфере по линии движения электрона. При скорости движения v, равной скорости света с, все поле собирается в плоскости, перпендикулярной линии движения, на которой находится электрон (меридиональная плоскость), «образуя плоскую электромагнитную волну». В этой же работе О. Хевисайд вычислил полную энергию заряда в предположении конечного значения радиуса электрона и показал, что энергии электрического и магнитного полей растут пропорционально величине 1/(1 – v²/с²)^0,5, позже связанной с именем Г. Лоренца. Прикладные задачи, возникшие в связи с созданием ускорителей заряженных частиц, электронных приборов, различных технологических установок с использованием возможности управления движением материальных тел при помощи ЭМП привели к разработке методов расчета сил и траекторий движения заряженных тел в ЭМП. Появились также монографии и учебные пособия, посвященные именно этому разделу ТЭ. Среди них следует отметить монографии К.М. Поливанов «Электродинамика движущихся тел», Э.А. Мееровича «Методы релятивистской электродинамики и электротехники», Г.Я. Сермонса «Динамика твердых тел в электромагнитном поле», в которых изложены основные методические подходы к прикладным проблемам взаимодействия заряженных тел и ЭМП.

Большое значение имеют исследования коронного разряда и создание его математической модели (В.И. Попков, Н.Н. Тиходеев, Г.Н. Александров, В.В. Щербачев, В.И. Левитов и др.). В последние годы велись интенсивные исследования возможности передачи энергии при помощи потока электронов – создания электрокинетических линий электропередачи. Поток электронов, ускоренных в электрическом поле до энергии 1 МэВ, в трубе с разреженным до уровня технического вакуума газом способен передавать электроэнергию на дальние расстояния и служить в качестве ЛЭП (Е.А. Абрамян). Особенности взаимодействия ЭМП с потоком заряженных частиц связаны с созданием оригинальных методов реализации двоичных кодов путем переключения струи заряженного газа при помощи электрического поля (А.А. Денисов). Такая система логических элементов была создана и носит название «эоника».

4.13. ПРЕОБРАЗОВАНИЕ И ГЕНЕРАЦИЯ ЭМП В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ЦЕЛЯХ

Развитие промышленности и ее электротехнической отрасли, а также необходимость создания новых изделий с повышенными качественными показателями и эффективностью способствовали созданию новых технологий на основе открытия и использования различных эффектов, связанных с электромагнитными явлениями. Создание технологий, особенно основанных на новых физических эффектах, требует прежде всего понимания физической картины явлений и умения исследовать, рассчитывать влияние множества факторов на технологический процесс. Подготовка вузами страны инженеров-электриков, изначально была направлена на понимание законов физики, происходящих в реальных устройствах электромагнитных явлений, позволяла им успешно решать задачи создания новых технологий. Именно благодаря этим обстоятельствам успешно развилась техника высокочастотного нагрева, впервые предложенная В.П. Вологдиным в начале XX в. и получившая широкое распространение благодаря развитию техники высокой частоты, связанной с созданием новых отраслей производства аппаратуры для связи и радиотехники. Технология высокочастотного нагрева диэлектриков и полупроводников была предложена Б. Р. Лазаренко, и на ее основе развито производство полупроводниковых материалов.

В промышленности широко внедрялись электрические методы очистки выбрасываемых тепловыми электростанциями отходящих газов и сепарация руды при помощи ЭМП. В связи с повышением требований к охране окружающей среды проблема улучшения эффективности работы электрофильтров на электростанциях потребовала разработки новых методов расчета и использования эффектов взаимодействия газов и ЭМП (И.П. Верещагин). В связи с обеднением руды требуется повышение эффективности сепарации, для чего нужно было достичь более высоких значений градиентов магнитного или электрического полей (Н.А. Черноплеков).

Важное направление в ТЭ связано с изучением и прикладными сторонами использования явления электризации при трении, контакте и деформации (статическое электричество, или трибоэлектричество). Такая электризация во многих случаях нежелательна и подчас представляет опасность. Так, например, в процессе изготовления и эксплуатации современных интегральных схем, которые могут быть выведены из строя электрическим полем относительно низкой напряженности, необходимо исключить возможность влияния такого явления. Появление трибоэлектричества при пуске космических кораблей может (и были случаи) привести к аварии, и это обстоятельство потребовало разработки специальных мер защиты (К.С. Демирчян). Новое направление технологического характера было разработано на основе эффекта, связанного с возникновением гидравлических волн высокого давления в жидкости, возникающих вследствие электрического разряда в жидкой среде, открытого Л.А. Юткиным в Высоковольтной лаборатории им. А.А. Горева в Ленинградском политехническом институте.

Существование связей между электрическими и неэлектрическими явлениями позволило создать специальную область в измерительной технике – электрические измерения неэлектрических величин, на основе использования влияния неэлектрических воздействий (например, давления, температуры, деформации, влажности и др.) на электрические параметры (сопротивление, индуктивность, емкость) и процессы (возникновение ЭДС в термопарах, появление заряда на пьезокристаллах). Сфера применения этого метода измерения настолько обширна, что было создано новое направление производства – выпуск первичных преобразователей. Важное значение приобрела разработка теории и способов создания устройств непосредственно преобразующих химическую и тепловую энергию в электрическую (Н.С. Лидоренко, Л.М. Биберман, В.И. Пищиков и др.).

Многочисленные научные и прикладные проблемы, связанные с ЭМП, должны более полно входить в раздел теории поля современных теоретических основ электротехники.

4.14. ВЛИЯНИЕ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ТЕХНИКИ НА РАЗВИТИЕ ТЭ

Для создания новых устройств при помощи их математических моделей важное значение имеет возможность представления количественных характеристик, определяющих исследуемые процессы нового устройства, в виде аналитических зависимостей и численных данных. Важнейшими для практики теоретическими проблемами оказались разработка методов учета особенностей протекания электромагнитных процессов в зависимости от электромагнитных свойств сред и их конфигурации, формирование принципов и методов анализа и синтеза математических моделей электротехнических устройств, а также диагностирование процессов в них и управление ими. История создания общих подходов к решению этих проблем – важнейшая часть истории ТЭ. Поскольку ТЭ является мостом между фундаментальной и прикладной науками, она вынуждена была выбирать и разрабатывать такие математические методы, которые позволяют производить аналитические исследования и численные расчеты с необходимой для практики точностью. Возможность получения аналитических решений, как правило, определяется сложностью математической модели. Точность же численных расчетов в рамках данной математической модели определяется возможностями аппаратных средств, используемых для выполнения численных расчетов.

По этим причинам методы, предлагаемые в ТЭ, развивались с развитием новых разделов математики и средств вычислительной техники. Появление ЭВМ и их внедрение в практику, начиная с 1950 г., оказало решающее воздействие на ТЭ.

Практика использования ЭВМ для расчета электрических цепей привела к существенному изменению направления теоретических разработок в ТЭ. Ограниченные возможности существоваших до появления ЭВМ средств численных расчетов стимулировали развитие методов, позволяющих снижать количество уравнений, вынуждали развивать теорию подобия и создавать физические и математические аналоги электрических цепей.

Так, например, в 50-е годы широкое распространение получили расчетные столы для исследования сложных цепей и систем, физические модели электроэнергетических систем (М.П. Костенко, Л.Р. Нейман, В.А. Веников, и др.), аналоговые и цифроаналоговые модели (Г.Е. Пухов, Б.Я. Коган, Н.Е. Кобринский, Г. Ольсон и др.) и цифровые дифференциальные анализаторы (А.В. Каляев) для исследования переходных процессов. Ограниченное математическое обеспечение первого и второго поколения ЭВМ вынудило записывать уравнения электрических цепей в виде системы дифференциальных уравнений, разрешенных относительно первой производной, т.е. в форме уравнений Коши. Поскольку динамические свойства цепей определяются появлением ЭДС при изменении магнитного потока и токов смещения вследствие изменения потока электрического смещения, то уравнения Коши для цепей естественно записать для переменных потокосцеплений Ψ и электрических зарядов Q. Поскольку именно таков был подход к выбору значимых переменных в термодинамике, то и в ТЭ эти переменные были названы переменными состояния. В 1957 г. Т.Р. Башков впервые записал уравнения электрических цепей относительно переменных состояния. Развитие матрично-топологического метода в большой мере определялось необходимостью автоматизировать ввод данных о топологии цепи и формировать на этой основе уравнения состояния (Г. Крон, Р. Рорер, Ф.Х. Брэнин, С.Д. Фенвес, Э. Ку, Д.Р. Рос, И.П. Норенков, В.Н. Ильин и др.).

Численные расчеты электрических цепей на ЭВМ показали, что использование стандартного математического обеспечения недостаточно для эффективного использования вычислительной техники. Специфичными для цепей были проблемы учета разреженности узловых и контурных матриц параметров, большого разброса собственных чисел этих матриц, жесткости системы дифференциальных уравнений; проблемы достижения решения для периодических установившихся режимов, выбора переменных для обеспечения однозначности решения уравнений нелинейных цепей и др. Вклад ученых (Н. Сато, В.Ф. Тинней, Г.Д. Хэчел, Р.К. Брейтон, Т.Д. Эприл, Т.Н. Трик, К.В. Гир, К.Г. Бройден, Ю.В. Ракитский, С.М. Устинов, К.С. Демирчян, П. А. Бутырин и др.), работающих в области ТЭ, при решении этих проблем привел к появлению в прикладной математике новых разделов. Так, например, метод обращения слабозаполненных матриц, предложенный Н. Сато и В.Ф. Тиннеем инициировал создание таких матриц в прикладной математике. Проблемы выбора шага численного интегрирования в случае жесткости системы дифференциальных уравнений были успешно решены Ю.В. Ракитским и его учениками при помощи разработки нового метода численного интегрирования, названного системным. По этой методике можно на каждом новом шаге интегрирования удвоить его без снижения точности интегрирования и нарушения устойчивости численного процесса интегрирования. Метод, названный Ю.В. Ракитским квазистационарностью производной, позволил существенно упростить решение жестких систем уравнений, снизить их порядок. Использование метода нахождения решения для установившегося состояния при помощи операторного метода (К.С. Демирчян, П.А. Бутырин) позволило организовать такой процесс численного решения уравнений состояний, в котором сочетаются все достоинства системных методов с непосредственным расчетом установившегося режима.

Еще одним важным направлением численных расчетов динамики цепей оказалось приведение цепей с реактивными элементами методом конечно-разностного представления операции дифференцирования при помощи ее дискретной схемы замещения к цепям, содержащим только резисторы и источники. Этот метод обладает тем преимуществом, что позволяет без потери топологического соответствия исходной и дискретной схем замещения использовать весь арсенал преобразования цепей для создания типовых макромоделей различных устройств. Однако специфические особенности цепей сохраняются и для их дискретных аналогов. В этой связи следует выделить работы, проводившиеся на кафедре ТОЭ Ленинградского политехнического института (К.С. Демирчян, Н.В. Коровкин и др.), где на основе синтеза численного метода интегрирования и идеи дискретных схем были предложены новые методы создания макромоделей дискретных схем, названных синтетическими, которые позволили использовать все преимущества системных методов интегрирования и метода квазистационарности производной, чтобы сочетать наглядность дискретных схем с экономичностью и устойчивостью системных методов. На основе этих идей оказалось возможным создание макромоделей цепей с распределенными параметрами, что дало возможность рассматривать задачи, решение которых было затруднено.

Большое количество работ по новым методам численных расчетов выполнено для определения распределения потоков мощности в электроэнергетической системе СССР в режиме реального времени. Эта задача была сложна для решения вследствие сложности ЕЭС СССР и квазилинейности уравнений баланса мощностей. Эти работы (А.З. Гамм, Л.А. Крумм, С.М. Устинов, Л.Н. Герасимов и др.) посвящены методам расчетов цепей при условиях обеспечения такой эффективности самого процесса численного расчета, при котором возможно управление потоками мощностей в темпе реального времени. В них поставлены и частично решены проблемы верификации результатов расчетов при условии недостаточности и неточности исходной информации о состоянии системы и ее параметров.

В области ЭМП наибольшее влияние ЭВМ сказалось на разработке математических моделей, методов численного интегрирования, а также способов описания и ввода в ЭВМ реальной конфигурации и свойств среды исследуемого устройства. Быстродействие вычислительной техники, особенно в конце XX в., и новые методы обработки и представления результатов численных расчетов позволили производить практические расчеты для математических моделей на все более и более детальном уровне описания геометрических особенностей устройства, а также свойств материалов, используемых в нем. В этих условиях классические методы решения задач численного расчета (Г.И. Марчук, А.А. Самарский, Н.П. Калиткин и др.), особенно метод интегральных уравнений, нуждались в существенном развитии. Особое значение приобрела разработка при помощи современных вычислительных машин математических моделей таких свойств материалов, как гистерезис, вследствие важного значения гистерезисных явлений в теории поля, автоматики и регулирования процессами в сложных системах, о чем свидетельствуют работы иностранного члена РАН академика Словацкой академии наук О. Бенды, О.В. Толмачева, С.Х. Щерапа, Г. Фридмана и др. По этой причине и в ТЭ значительное место заняла разработка новых методов расчета ЭМП, в максимальной мере использующих возможности ЭВМ, и учета в них особенностей уравнений ЭМП. Особое внимание уделялось проблемам численного интегрирования уравнений ЭМП методом конечных элементов, сеток и интегральных уравнений (Ю.В. Ракитский, О.В. Тозони, К.С Демирчян, В.Л. Чечурин, А.Ф. Верлань и др.). Отечественные методы моделирования и численного расчета ЭМП, особенно в трехмерных областях с нелинейными и анизотропными свойствами, разработанные и апробированные даже на маломощных ЭВМ 70-х годов школой К.С. Демирчяна и Ю.В. Ракитского, были широко использованы в практике проектирования новых электрических машин большой мощности, в том числе на основе использования явления сверхпроводимости. При этом оказалось, что математические модели, созданные с учетом особенностей физических процессов и численных методов, наиболее продуктивны при решении проблем прикладного характера.

Важным новым направлением на основе вычислительных систем, дискретной техники, твердотельных полупроводниковых приборов и преобразовательной техники явилось развитие электрического привода и интегрированных в электромашинные комплексы систем управления со свойствами адаптивности. В ТЭ появилась необходимость развивать методы создания математических моделей электротехнических устройств с обратными связями не только в аналоговом исполнении, но и с элементами дискретной техники, выполняющими логические функции. Многообещающие возможности систем, в которых были интегрированы электрические машины типа шаговых двигателей, преобразовательная, дискретная и вычислительная техника, показана при организации новых технологий, созданных коллективом под руководством К.С. Демирчяна и Б.А. Ивоботенко в 1987 г. Была продемонстрирована эффективность интеграции операций точного перемещения и позиционирования рабочего тела и инструмента в сочетании с выполнением технологических операций в любой точке трехмерного пространства для создания новых видов перестраиваемых в течение рабочего процесса технологических линий. Такой способ организации рабочего пространства и особенности организации и управления процессом перемещений дали возможность создать полностью автоматизированную систему производства, в которой на основе использования персонального компьютера объединены системы автоматизации проектирования, технологического обеспечения, управления и изготовления. Образец такой системы для изготовления элементов магнитной системы электрических двигателей на основе использования в качестве рабочего инструмента технологических лазеров с единственным оператором-конструктором был продемонстрирован в 1987 г. В этой установке конструктор использовал персональный компьютер для автоматического проектирования изделия, после чего его производство начиналось нажатием клавиши клавиатуры. Компьютер в автоматическом режиме определял параметры технологического режима, задавал параметры движения и организовывал движение рабочего инструмента. Аналогичная система была спроектирована Д.А. Аветисяном для изготовления электрической части автономных энергетических установок. Использование в этих системах комплекса особых свойств ЭМП позволило создать эффективные единые технологические процессы.