Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут"

Джерела наукової школи

Наукова школа «Перетворювальна техніка» зароджувалась в надрах кафедри «Промислова електроніка» Харківського політехнічного інституту. Цю роботу очолив талановитий педагог і дослідник О.О. Маєвський. У1963 р. кафедра електрифікації промислових підприємств ХПІ була розділена на дві кафедри: «Електрифікації промислових підприємств» та «Промислової електроніки». До складу новоствореної кафедри увійшли доценти О.О. Маєвський і В.Т. Долбня, старші викладачі Ю.О. Розанов, І.П. Архієреєв, Є.А. Фесенко, асистенти В.В. Губернаторова, В.Д. Земляков, Є.В. Лінник, ст. лаборант О.І. Кондратьєва, механік В.М. Гоженко, лаборанти В.П. Дзюба і Н.А. Козлітін. Виконувати обов’язки завідувача кафедри було призначено доценту В.Т. Долбня. Співробітниками кафедри «Промислова електроніка» були підготовлені лекційні курси та лабораторні практикуми по всіх спеціальних дисциплінах навчального плану нової спеціальності. У 1964 р. після повернення із творчої відпустки кафедру очолив доцент О.О. Маєвський, який у 1967 р. захистив докторську дисертацію на тему «Інтегральні методи дослідження способів підвищення енергетичних показників глибокорегулюємих вентильних перетворювачів».


Ю.П. Гончаров та В.Т. Долбня за обговоренням наукових проблем

Тематика наукових праць, що виконувалися на кафедрі у 1960-1970 роках, була пов’язана з перетворювальною технікою. Цей напрям одержав відбиття у його книзі «Енергетичні показники вентильних перетворювачів». Дослідженнями енергетичних показників вентильних перетворювачів займалися В.Т. Долбня, В.П. Бондаренко, Ю.О. Розанов, Є.О. Фесенко, О.М. Семко, дослідженнями електромагнітних процесів в автономних інверторах займалися Ю.П. Гончаров і В.Б. Клепіков, у вентильних  помножувачах — І.П. Архієреєв, у зарядних випрямлячах — О.І. Данилевич., О.П. Котляров, О.І. Булейко, О.І. Кірічек  працювали над створенням вимірювальних приладів для дослідження вентильних перетворювачів.


І.П. Архієреєв та Ю.О. Розанов біля перетворювальної установки

В.Т. Долбня одночасно проводить дослідження по застосуванню топологічних методів для аналізу електромагнітних процесів в електронних ланцюгах. У 1971 р. завідувачем кафедрою обирається доц. В.Т. Долбня. З початку 1970-х років на кафедрі почалися дослідження динаміки замкнутих систем під керівництвом проф. В.П. Шипілло. З 1979 року на кафедрі розвивається напрям по створенню мікропроцесорних систем керування перетворювачами електроенергії під керівництвом доц. Є.І. Сокола. У 1991 р. з’являється напрямок наукових досліджень —  «Біомедична електроніка». Спеціалізована лабораторія, яка займалася проблемами дослідження та розробки медичних приладів, у 1998 р. увійшла до складу науково-дослідницького  та лікувально-діагностичного комплексу, який був створений НТУ «ХПІ» і НДІ радіотехнічних вимірювань.


У 1967 р. на електромашинобудівному факультеті ХПІ створюється Вчена рада по захисту кандидатських дисертацій робіт з ряду спеціальностей електротехнічного й радіотехнічного профілів, в тому числі, з перетворювальної техніки. Головою ради затверджується доцент В.Т. Долбня.


Далі кафедру очолив доцент, а після захисту докторської дисертації у 1994 р., професор Є.І. Сокол.


Першими захистили свої дисертаційні роботи в цій раді аспіранти професора О. О. Маєвського: в 1968 р. – Ю.П. Гончаров («Методи аналізу процесів в автономних інверторах при несиметричному навантаженні») та Ю.О. Розанов («Розробка та дослідження несиметрично керуємих перетворювачів для вентильних електроприводів»), у 1970 р. – О.І. Данилевич («Дослідження та розробка зарядних випрямлячів з індуктивним струмообмежувачем для магнітно-імпульсних приладів») та О.П. Котляров  («Методи вимірів та прилади перетворювальної техніки»). У 1972 р. – В.Б. Клепіков (науковий керівник доц. С.М. Баженов); О.М. Семко (науковий керівник доц. В.Т. Долбня), І.П. Архієреєв («Дослідження сталих режимів роботи вентильних помножувачів частоти з безпосереднім зв’язком»)   (науковий керівник доц. Ю.П. Гончаров), в 1973 році – Сунанто (науковий керівник — доц. Ю.О. Розанов), в 1974 – Є.О. Фесенко (науковий керівник проф. В.П. Шипілло).


Основна частина наукових досліджень на кафедрі «Промислова і біомедична електроніка» поєднується загальною темою — «Оптимізація енергетичних і динамічних показників вентильних перетворювачів і систем на їхній основі». Тут можна виділити три актуальних напрямки:


Роботи, що виконувалися за напрямком «Розробка й дослідження автономних перетворювачів»,  керівник проф. Ю.П  Гончаров.


З 1973 р. по цьому напрямку було виконано понад 15 госпдоговірних тем. Серед них розроблялися  перетворювачі, що використовувались як агрегати безперервного живлення в хімічній промисловості (Дніпродзержинське та Рівненське ВО «Азот»), в енергетиці (Небітдагська ГРЕС), газовій промисловості (газопровід «Середня Азія – Центр), в автоматиці (СКБ «Системи автоматичного управління»), перетворювачі з широтно-імпульсною модуляцією на замовлення військового відомства СРСР, перетворювачі фотоелектричної енергії у сільському господарстві (Всесоюзний інститут електрифікації сільського господарства) та багато іншого.


Тематика наукових досліджень розподіляється на наступні розділи:


1) Агрегати безперебійного живлення та джерела живлення спеціального призначення з високими енергетичними та динамічними показниками


Ці науково-практичні розробки виконувалися згідно з планами ДКНТ СРСР та завданнями міжвузівської цільової програми «Оптимум», з 1992 р.– на принципах творчої співдружності з українськими підприємствами електротехнічного профілю.


Роботи виконувалися співробітниками кафедри С.Ю. Кривошеєвим, В.В. Замаруєвим, В.В. Івахно, О.В. Єресько на  підприємствах: Дніпродзержинське ВО «Азот»; газопровід «Середня Азія-Центр»; енергетичні підприємства Донбасу, перетворювачі у системах використання сонячної енергії (Туркменістан), перетворювачі для прискорювачів часток Лубни та ін.


М.Г. Греул та С.Ю. Кривошеєв за налагодженням системи керування ДРЖ-3

Випуск розроблених перетворювачів дослідниками ХПІ було організовано на харківському заводі «Електромашина», Талліннському електротехнічному заводі, дослідному заводі НТУ «ХПІ» та ін.


Результати наукових досліджень захищені кандидатськими дисертаціями М.О. Тимченко «Вузли комутації з струмообмежувальними реакторами, що насичені, для низьковольтних перетворювачів» (1981 р.), В.В. Івахно «Система керування дволанковими перетворювачами на основі послідовного резонансного інвертора» (1992 р.), В.В. Замаруєва («Перетворювачі на основі резонансних інверторів для живлення імпульсних навантажень») (1995 р.), С.Ю. Кривошеєва «Розробка метода аналізу і структур напівпровідникових перетворювачів з швидкодіючими частотними регуляторами» (1999 р.), О.В. Єресько «Засоби поліпшення характеристик перетворювачів з синусоїдальною ШІМ» (2001 р.).


2) Напівпровідникові перетворювачі для енергоефективних систем електроживлення залізниць та метрополітенів.


У 1982 році с.н.с. С.М. Нікулочкин разом з В.В. Замаруєвим і В.В. Івахно, спочатку в ініціативному порядку, а потім у СКБ заводу «Електромашина» (м. Харків), проводили роботи зі створення транзисторного перетворювача для регулювання збудження стартера-генератора тепловоза. Цей перетворювач було впроваджено у виробництво у 1985 році. Наукові дослідження в цьому напрямку також вели доц. М.Г. Греул, н.с. С.М. Іванов, н.с.  В.І. Кривошея.


С.М. Нікулочкін з перетворювачем типу ППС-20-110 біля тепловоза у депо м. Рига

Спільно зі спеціалістами державного дослідницько-наукового центру Укрзалізниці кафедра з 2006 року розробляє структури з повздовжньою ЛЕП з підвищеної напруги 6-10 кВ, яка зв’язується з основною контактною мережею 3 кВ за допомогою безтрансформаторних перетворювачів постійного струму. Це дозволяє підтримати постійну напругу у контактній мережі та підвищити завдяки цьому ККД та пропускну здатність системи електропостачання. У даний час такі розробки ведуться для ділянок Південної та Придніпровської залізниці: Харків-Люботин та Лозова – Сімферополь. Для діючих тягових підстанцій постійного струму на замовлення Укрзалізниці кафедра розробляє напівпровідникові перетворювачі вольтододаткового типу.


3) Гнучкі системи передачі електричної енергії (СПЕ) з перетворенням форми напруги, числа фаз і частоти.


Світова енергетика, у цілому, почала розвиватися в останні роки у зв’язку з новими досягненнями електронної промисловості – розробкою та впровадженням потужних швидкодіючих напівпровідникових приладів типу IGBT, GTO. Нова концепція полягає у тому, щоб зберігаючи ідею Доліво-Добровольського про доцільність передачі енергії змінним струмом високої напруги, звільнити її від «втрат», які були обумовлені станом тогочасної елементної бази: синусоїди як базового сигналу СПЕ; трьох фаз; низької частоти (50 Гц).


Розвиток високовольтної перетворювальної техніки і її поширення на транспорті поставило завдання одночасного керування тиристорами, розташованими на значному віддаленні друг від друга. Для рішення цієї проблеми була розроблена схема формувача імпульсів керування, що визнана винаходом і серійно випускалася Талліннським електротехнічним заводом ім. Калініна. За розробку в 1988 році В.І. Кривошея та  С.М. Нікулочкин були визнані гідними звання «Винахідник СРСР».


О.В. Єресько за налагодженням перетворювача в пустелі Каракуми

Співробітниками кафедри доц. Е.І. Заїкою, Ю.Д. Сакарою, М.Г. Греулом, С.Ю. Кривошеєвим та О.В. Єресько розроблені та досліджені джерела живлення на базі автономних інверторів, формувачі для керування потужними транзисторами.


 За матеріалами досліджень кандидатські дисертації успішно захистили  Е.І. Заїка «Робота інвертора на розгалужене навантаження» (1973 р.), Л.М. Тьомкіна «Вузли паралельної ємнісної комутації» (1975 р.), М.В. Панасенко (1976),  Ю.Д. Сакара «Дослідження перехідних процесів в автономних інверторах з вихідними фільтрами» (1978 р.).


У 1980 р. за замовленням НВО «Електросила» (м. Ленінград), В.В. Замаруєв, В.В. Івахно та С.М. Нікулочкін під науковим керівництвом Ю.П. Гончарова розпочато роботи зі створення тиристорного перетворювача для керування судновими маршовими електродвигунами (відповідальний виконавець В.А. Шеєнко). Був створений дослідний зразок перетворювача, який успішно пройшов випробування у Севастопольському вищому військово-морському училищі ім. П.С. Нахімова та був переданий замовнику.


У 1980 – 1990-х роках В.В. Замаруєвим і В.В. Івахно під керівництвом Ю.П. Гончарова за замовленням СКБ «Союзморінжгеологія» (м. Рига) була розроблена серія перетворювачів для роботи з електромагнітними, електроіскровими і п’єзоелектричними випромінювачами у складі морських геологорозвідувальних комплексів (відповідальний виконавець В.В. Замаруєв). Перетворювачі, виконані на рівні світових зразків, розміщалися в рухомому корпусі на відстані до 1200 м від судна, формуючи імпульси напруги заданої форми. Унікальність розробки підтверджена 5 авторськими свідотствами на винаходи.


Джерело резервного живлення для використання побутовими споживачами

Подальший розвиток теорія резонансних перетворювачів одержала в процесі робіт над джерелом живлення алфавітно-цифрового друкувального пристрою за замовленням заводу «Счетмаш» м. Лубни. Застосування транзисторів у резонансній схемі інвертора дозволило підвищити потужність джерела живлення при збереженні його габаритів і зниженні рівня електромагнітних перешкод. Впровадження розробленого джерела живлення дозволило на (20-50) %  підвищити швидкість друку алфавітно-цифрового друкарського пристрою АЦПУ-6362  з 80 до 120 рядків у хвилину.


Протягом 1990-х років дослідження вчених кафедри були спрямовані на розробку побутових пристроїв, серед яких можна виділити: електронний трансформатор для галогенних ламп; асинхронний генератор для малої енергетики, джерело резервного живлення для використання побутовими споживачами під час віялового відключення електроенергії. Джерело резервного живлення випускалося одним з підрозділів ХПІ серійно. На початку 2000-х років наукові розробки були втілені в джерелі резервного електроживлення телекомунікаційної апаратури, розробленого за замовленням Державного підприємства «Харківський приладобудівний завод ім. Т.Г. Шевченка». У розробці джерела разом з В.В. Замаруєвим і В.В. Івахно брав участь  молодий вчений В.О. Макаров. Ця робота поклала початок дослідженням, що лягли в основу захищеної ним кандидатської дисертації «Резервне джерело змінної напруги для живлення відповідальних споживачів» (2009 р.). Розробка відзначена дипломом 5-ої спеціалізованої виставки «Електроніка. Інформатика. Зв’язок» у 2005 році.


Джерело резервного електроживлення телекомунікаційної апаратури

Поряд з розвитком схемних рішень і наукових праць у сфері теорії перетворювальної техніки, учені кафедри останні роки велику увагу приділяють і розвитку прикладних питань конструювання перетворювачів електричної енергії. Особливо яскраво це виявилося при розробці, виготовленні й дослідженні у 2001 році матричного перетворювача, яке виконувалось за замовленням США Інститутом Електродинаміки НАН України (Е.М. Чехет, Є.І. Сокол, І.Ф. Домнін, В.В. Замаруєв).


Роботи , що виконувалися за напрямком «Розробка й дослідження мікропроцесорних систем керування напівпровідниковими перетворювачами» (проф. Є.І Сокол).


З початку 80-х років під науковим керівництвом доц. (потім проф.) Є.І. Сокола розпочато дослідження по мікропроцесорному керуванню. Так системами живлення  прискорювально-накопичувального комплексу займалися науковці І.Ф. Домнін, Ю.С. Зінін, М.А. Шишкін, В.В. Єрисова, Н.Д. Левицька, Л.В. Фетюхіна. Системи керування на основі мікропроцессорів для тиристорних електроприводів технологічних установок для ливарного виробництва розробляли А.В. Кіпенський, Л.В. Фетюхіна, Ю.І. Колесник, В.І. Рябенький. У 1991 р. А.В. Кіпенський захистив кандидатську дисертацію на тему «Напівпровідникові перетворювач і з мікропроцесорним керуванням для електроприводів машин безперервного лиття» (науковий керівник проф. Долбня В.Т.).


За результатами досліджень по темам «Розробка та дослідження методів підвищення швидкодії мікропроцесорних контролерів для систем управління напівпровідниковими перетворювачами», у 1997 р. Л.В. Фетюхіною захищена кандидатська дисертація за темою «Прогнозне мікропроцесорне керування широтно-імпульсними перетворювачами» (під  науковим керівництвом Є.І. Сокола), у 1999 р. М.А. Шишкіним  ‑ за темою «Спеціалізовані мікропроцесорні пристрої підвищеної  швидкодії для управління напівпровідниковими перетворювачами електроенергії» (науковий керівник Є.І. Сокол) були розроблені алгоритми прогнозного керування різними типами перетворювачів.


Ю.С. Зінін та інж. Я.В.Щербак проводять експериментальні дослідження САР струму


У 1997-2000 рр. виконувався Спільний проект українсько-польського науково-технічного співробітництва «Перетворювачі електроенергії з багатофункціональними системами керування для електроживлення відповідальних споживачів». Результати наукового пошуку використовуються при розробці мікропроцесорних систем керування напівпровідниковими перетворювачами з високою динамікою перехідних процесів у навантаженні або перетворювачів з ускладненими алгоритмами керування. Результати цього дослідження, використовувалися також при розробці високочастотного перетворювача із ланкою постійного струму потужністю 200 кВт для пристрою індукційного нагріву И37-200/8 у НДІ ВО “ХЕМЗ”.


У 1998 р. під науковим керівництвом Є.І. Сокола захистив кандидатську дисертацію О.П. Ластовка за темою «Поліпшення електромагнітної сумісності напівпpовідникових пеpетвоpювачів».


Дослідження перехідних процесів в перетворювачах частоти шляхом відображення на комплексну площину, починаючи з 70-х років, проводилося проф. В.Т. Долбнею. Математичні викладки та подальший розвиток цієї теорії були використані у роботах вчених В.Г. Ягуп (1974 р.), Є.І. Сокол (канд. дисертація «Розробка та дослідження автономних інверторів з покращеними динамічними характеристиками» (1979 р.), науковий керівник Долбня В.Т.), М.І. Лазарєв (1985 р.), А. В. Кіпенський (1991 р.).


В.В. Ерісова проводить моделювання електромагнітних процесів у перетворювачі на комплексі МН-10

Результати подальших досліджень у цьому напрямку втілені у монографії «Дослідження перехідних процесів в перетворювачах шляхом відображення на комплексну площину», яку було написано у 1988 р. проф. Долбнею В.Т та  Соколом Є.І.


Синтезу сучасних перетворювачів електроенергії з покращеними характеристиками завдяки удосконаленню та подальшому розвитку методів ідентифікації параметрів силової схеми та навантаження перетворювача та знаходження реальних значень параметрів схеми за допомогою математичного апарату відображення на комплексну площину присвячена  у 1999 ‑2000 р.р. тематика робіт під керівництвом проф. Сокола Є.І. «Ідентифікація параметрів у схемах прогнозного управління перетворювачем частоти», «Розробка та дослідження алгоритмів ідентифікації параметрів силових схем напівпровідникових перетворювачів частоти». Їх виконавцями стали доц. І.Ф. Домнін, доц. М.А. Шишкін, Т.В. Міланич, М.Р. Вержановська. Запропоновані наукові розробки були відображені у дисертації Т.В. Міланич «Аналіз динаміки напівпровідникових перетворювачів на комплексній площині», яку вона захистила у 2000 р. під науковим керівництвом проф. Є.І. Сокола.


У 2000‑2004 рр. ведуться дослідження за темами «Розробка та дослідження алгоритмів адаптивного керування напівпровідниковими перетворювачами частоти», «Теоретичні основи побудови нетрадиційних алгоритмів параметричної ідентифікації силових схем та навантаження напівпровідникових перетворювачів частоти», «Розробка та дослідження системи адаптивного керування перетворювачами частоти на потужність 800 кВт для плавлення чорних металів» (проф. Сокол Є.І., доц. Домнін І.Ф., доц. Шишкін М.А., Вержановська М.Р.). Внаслідок цих розробок отримані нові схемотехнічні рішення мікропроцесорного керування напівпровідниковими перетворювачами частоти, що базуються на нетрадиційних алгоритмах з застосуванням прогнозних розрахунків динамічних  процесів у реальному масштабі часу. Результати цих розробок втілені у 2005 р у кандидатській дисертації Вержановської М.Р «Ідентифікація параметрів силової схеми та навантаження в перетворювачах частоти» (науковий керівник проф. Сокол Є.І.).


Роботи, що виконувалися по напрямку «Розробка й дослідження перетворювальних систем з поліпшеними енергетичними характеристиками, керівник професор Шипілло В.П., проф. Г.Г. Жемеров.


Починаючи з 1973 під науковим керівництвом д.т.н. В.П. Шипілло, дослідниками кафедри проводяться роботи в галузі динаміки замкнутих вентильних систем, розробки та впровадження систем автоматичного керування напівпровідниковими перетворювачами різних класів, поліпшення динамічних і енергетичних показників перетворювачів засобами автоматичного керування. До їх виконання були залучені Ю.С. Зінін, Г.Г. Зезюлькін, І.І. Чикотило, В.В. Єрисова, С.І. Дрейслер, А.І. Гладков, В.Г. Кутуза, І.Ф. Домнін; придушення неканонічних гармонік керованих випрямлячів засобами автоматичного керування для створення прецизійних систем живлення — С.Г. Попов, Я.В. Щербак, М.М. Страхов, В.Ю. Розов; електромагнітної сумісності автоматично регульованих напівпровідникових перетворювачів —  В.Н. Кондратюк, В.І. Епштейн, Н.Д. Левицька.


Для вирішення завдань аналізу процесів в автоматично керованих перетворювачах у 1991 р. професором В.П. Шипілло розроблено новий універсальний метод, на основі досліджень якого автор опублікував монографії «Операторно-реккурентний аналіз електричних ланцюгів і систем». Продовженням знайдених результатів стала їх апробація по таким напрямкам:


– Сунанто, С.Й. Дрейслер і В.І .Орлов під керівництвом В.П. Шипіло займалися темою «Розробка та дослідження експериментальної системи авторегулювання джерел живлення». Метою була розробка системи регулювання, що забезпечує незалежність регулювання випрямляча від параметрів активного фільтра, і способу потенційної розв’язки між ланцюгом навантаження та системою керування. Результатом було втілення системи авторегулювання прискорювально-накопичувальним комплексом у м. Протвіно Московської обл.


– «Дослідження динаміки і розробка структур автоматичного регулювання систем агрегатів безперебійного живлення (АБП) — навантаження для трифазних АБП на струм до 200 А на повністю керованих напівпровідникових приладах силової електроніки».  Мета — дослідження стійкості і динамічних характеристик вхідного ланцюга інвертора при живленні від акумуляторної батареї та розробка структур автоматичного регулювання випрямляча в режимі відсічення акумуляторної батареї. Результат  — розробка АБП для технологічних процесів у виробництві. Дослідні роботи, що виконані під науковим керівництвом професора В.П. Шипілло захищені кандидатськими дисертаціями: Ю.С. Зінін (1979 р.); І.І.  Чикотило «Дослідження стійкості і перехідних режимів тиристорних широтно-імпульсних перетворювачів» (1980 р.); В.В. Ерисова «Двозонне регулювання тиристорного перетворювача частоти» (1980 р.); С.Й. Дрейслер (1982 р.); Я.В. Щербак (1983 р.);


– «Розробка вентильних перетворювачів з підвищеними енергетичними та динамічними показниками». Мета — розробка та дослідження ряду питань теорії і практики використання вентильних перетворювачів для різного роду споживачів, дослідження питань, пов’язаних з підвищенням енергетичних, динамічних і техніко-експлуатаційних показників. Результатом було захист кандидатської дисертації В.Г. Кутузи «Підвищення техніко-економічних показників дволанкового тиристорного перетворювача частоти» (1986 р.); М.М. Страхова  (1988 р.); І.Ф. Домніна «Тиристорне стабілізоване джерело постійної напруги з поліпшеними динамічними показниками» (1989 р.); Н.Д. Левицької (1991 р.).


Під науковим керівництвом доц. Ю.О. Розанова було здійснено розробку вентильних перетворювачів з підвищеними енергетичними показниками. У 1974 р. В.Д. Яндолом були створені пристрої, що вимірювали енергетичні показники («Вентильні перетворювачі з поліпшеними енергетичними показниками»). Поряд з цим Ю.І. Колесником у 1981 р. проводилися роботи по розробці перетворювачів зі штучною комутацією («Тиристорні перетворювачі з штучною комутацією»).


Транзисторний перетворювач із почерговою багатофазною ШІМ для живлення тягового двигуна електромобіля

Нові роботи напрямку продовжилися  під науковим керівництвом проф. Г.Г. Жемерова. Дослідниками Г.Г. Жемеровим, Д.С. Криловим, Д.В. Тугаем та О.В. Ільїною були  розроблені схеми компенсованих керованих випрямлячів і безпосередніх перетворювачів частоти, електромагнітно сумісних з живлячою мережею. Вони дозволяють компенсувати до нульового або заданого значення реактивну потужність на мережевих затисках засобами самого перетворювача і пригнічувати вищі гармоніки у кривій мережевого струму засобами самого перетворювача і пригнічувати вищі гармоніки у кривій мережевого струму засобами силового активного фільтру, інтегрованого в структуру перетворювача.


Робота проводилася за темою «Розробка та дослідження компенсованих керованих випрямлячів». Результати проекту, що виконано, використовують при розробці перетворювальних систем в енергетичному устаткуванні: в статичних компенсаторах реактивної потужності, в потужних перетворювачах електроенергії (2-50МW) при глибокому регулюванні вихідної напруги.


У ході досліджень були створені математичні і віртуальні моделі перетворювачів, досліджені їх основні характеристики. Запропонована нова теорія потужності, що дозволяє будувати ефективні системи керування енергозберегаючими перетворювачами. Отримано патент на винахід. Розроблено методики, що дозволили розрахувати параметри схем і системи керування. Захищені кандидатські дисертації Д.С. Криловим (2003 р.), Д.В. Тугаєм (2004 р.), О.В. Ільїною (2008 р.).


Роботи, які проводилися за напрямком «Розробка й дослідження фізіотерапевтичних апаратів й інших виробів медичної техніки з мікропроцесорними системами імпульсного керування й автоматичного регулювання, що реалізовані на основі теорії цифро-імпульсних й імпульсно-цифрових перетворювань, керівники професор Є.І. Сокол і професор А.В. Кіпенський.


Науково-дослідні й проектні роботи в лабораторії біомедичної електроніки (ЛБМЕ), починаючи з 1998 року, проводяться по трьом основним напрямам:


  • високоефективне устаткування для низько- і високотемпературної стерилізації медичних інструментів, матеріалів і та ін.;
  • багатофункціональні апарати для фізіотерапії;
  • високоточні прилади для функціональної діагностики.

Розробки електронної медичної техніки проводяться у відповідності до нової концепції побудови мікропроцесорних систем імпульсного керування, яка базується на теорії цифро-імпульсних й імпульсно-цифрових перетворювань.


Роботи за першим напрямком були розпочаті у 2002 р., коли групою науковців у складі доцента А.В. Кіпенського, аспіранта Є.І. Короля, інженера О.А. Лашина та колишнього аспіранта кафедри Харіссі Хасана, було розроблено кілька генераторів озоно-повітряних сумішей для низькотемпературної стерилізації та дезінфекції. Один з перших генераторів ГО-5 був впроваджений у медичний технологічний процес у Харківському НДІ гігієни праці й профзахворювань. Серед наступних розробок можуть бути відзначені генератори озоно-повітряних сумішей OG-101, OG-103, OG-105 та OG-107, які розроблені на замовлення фірми СYBEROPTEX TRADING EST (ОАЕ).


Для регулювання температури, у тому числі, і в медичних термостерилізаторах групою у складі доцента А.В. Кіпенського, аспіранта Є.І. Короля та інженера О.А. Лашина у 2002 р. був розроблений електронний терморегулятор з мікропроцесорним керуванням РТЭ 200/1-2.0. Технічні характеристики регулятора дозволяють здійснювати всі види температурної стерилізації медичних інструментів, термостійких предметів, матеріалів і т.д. У цей час освоєно виробництво модернізованого варіанта регулятора РТЭ 200/1-2.0 М і регулятора з таймером РТЭ 200/1-2.0 Т. Терморегулятор РТЭ 200/1-2.0 Т був використаний, зокрема, у медичних установах м. Харкова при модернізації медичних термостерилізаторів і добре зарекомендував себе в процесі експлуатації.


Другий напрямок робіт у ЛБМЕ пов’язаний з розробкою фізіотерапевтичних апаратів для озонотерапії, електротерапії та фототерапії.


Медичний озонатор ОМ 80/1

Для проведення процедур озонотерапії фахівцями ЛБМЕ (доцент А.В. Кіпенський, аспірант Є.І. Король, інженери О.А. Лашин, С.В. Вініченко та Д.М. Дейнеко) під керівництвом професора Є.І. Сокола та при участі спеціалістів МДП «ХПІ-ЕМОС» та фірми «ПНЕВМАТИКА» у 2001 р. була почата розробка медичного озонатора ОМ 80/1 (попередня назва ОМ 40/1-01). Цей озонатор призначений для синтезу озону з медичного кисню електрофізичним методом. Медичне використання озону скорочує строки лікування захворювань, знижує летальність і ступінь інвалідізації. Розробку озонатора виконано за договором з ВАТ «АТ НДІ радіотехнічних вимірювань» (м. Харків). Серійне виробництво з 2007 р. освоєно дочірнім підприємством – фірмою «РАДМІР».


У 2005 р. на Всеукраїнському конкурсі-виставці «Кращий вітчизняний товар року» медичний озонатор ОМ 80/1 був визнаний кращим товаром року в номінації «Інноваційні розробки».


Для електротерапії за замовленням фірми «РАДМІР» ДП АТ НДІРВ (м. Харків) в ЛБМЄ у 2005-2006 р.р. групою у складі доц. Є.І. Короля, аспірантки Н.І. Кубишкіної та інженера В.В. Куліченка під керівництвом проф. А.В. Кіпенського був розроблений апарат АНЭТ-50 ГТ, що призначений для проведення процедур гальванізації й лікарського електрофореза. Особливістю цього апарату є можливість лікувального впливу не тільки постійним електричним, але й імпульсним струмом з незмінною частотою слідування імпульсів та з її зміною за певними законами. Крім того, апарат дозволяє проводити процедури з трьома та чотирма електродами без додаткових пристроїв.


Апарат АНЕТ-50 ГТ

Під керівництвом професора Є.І. Сокола аспірантами В.О. Верещаком та М.Є. Доценком у період з 2004 р. по 2007 р. на підставі теорії цифро-імпульсних та імпульсно-цифрових перетворювань було розроблено принципи формування синусоїдальних модульованих та діадинамічних струмів, які широко застосовуються у електротерапії. З використанням цих принципів фірмою «РАДМІР» ДП АТ НДІРВ розроблено та впроваджено у серійне виробництво багатофункціональний апарат АНЭТ-50 М.


З 2005 року разом з Науково-виробничою й медико-біологічною корпорацією «Лазер і Здоров’я» (м. Харків) проводиться розробка фототерапевтичних апаратів серії «БАРВА». Фахівцями корпорації розробляються фотонні випромінювачі (апарати) різного призначення, а в ЛБМЭ виконуються розробки мікропроцесорних блоків і систем імпульсного керування цими випромінювачами. Цей комплекс науково-дослідних робіт виконано під керівництвом проф. А.В. Кіпенського групою фахівців до якої увійшли доцент Є.І. Король та аспіранти В.В. Куліченко і Р.С. Томашевський.


На сьогоднішній день у ЛБМЕ завершена розробка, а корпорацією «Лазер і Здоров’я» освоєно виробництво, більше десяти фототерапевтичних апаратів й апаратних комплексів з мікропроцесорними блоками й системами імпульсного керування. Серед них можна виділити наступні.


Апаратний комплекс для хромотерапії «БАРВА-КОЛОР» (розробка 2005 р.) призначений для лікування й профілактики кардіологічних, пульмонологічних, гастроентерологічних, інфекційних й інших захворювань людини.


Багатофункціональний апаратний комплекс для фототерапії «БАРВА-ТЕРАПЕВТ» (розробка 2005 р.) призначений для лікування та профілактики найбільш розповсюджених захворювань людини.


Фототерапевтичний апаратний комплекс «Барва-Гінеколог»

У 2005 р. було створено, а у 2009 р. суттєво модернізовано, фототерапевтичний апаратний комплекс для гінекології «БАРВА-ГІНЕКОЛОГ». Він призначений для лікування й профілактики гінекологічних, урологічних і проктологічних захворювань.


Ще однією спільною розробкою корпорації «Лазер і Здоров’я» і ЛБМЕ є створений у 2006-2007 р.р. фотонний поліхромний безультрафіолетовий солярій «БАРВА-СОЛЯРИС/ПХ», який призначено для лікування і профілактики захворювань людини, що пов’язані з порушеннями роботи імунної, ендокринної та центральної нервової систем.


На замовлення фірми «РАДМІР» ДП АТ НДІРВ цими ж науковцями у 2008 р. завершено розробку опромінювача для комплексної фототерапії. Особливістю цього опромінювача, яка відрізняє його від усіх інших, є можливість впливу зі скануванням частоти модуляції електромагнітного випромінювання, довжини його хвилі, потужності, місця випромінювання за різними законами. Основним призначенням цього опромінювача є на сам перед корекція психоемоційного стану людини з метою підвищення настрою та покращенню апетиту, підвищення енергійності та концентрації, зменшення напруженості та відновлення біоритмів, нормалізації процесів обміну й т.ін.


У рамках третього напрямку в ЛБМЕ у 2007 р. групою у складі доцента Є.І. Короля та аспіранта Р.С. Томашевського під керівництвом професора А.В. Кіпенського завершені науково-дослідні роботи й виготовлені дослідні зразки цифрового портативного приладу для тестування функції зовнішнього дихання людини (замовник фірма «РАДМІР» ДП АТ НДІРВ). Особливістю цього приладу є можливість визначення основних показників функції зовнішнього дихання, порівняння їх з належними величинами з урахуванням полу людини, його зросту та віку, та вирахування відхилень. Для більш детального аналізу показників прилад може бути підключеним до персонального комп’ютера.


Для контролю за станом пацієнта під час проведення процедур комплексної фототерапії за замовленням фірми «РАДМІР» ДП АТ НДІРВ у 2007 р. було почато, а у 2008 р. завершено, розробку діагностичного приладу. Над його створенням під керівництвом професора А.В. Кіпенського працювали доцент Є.І. Король та аспірант В.В. Куліченко. Цей прилад дозволяє вимірювати частоту пульсу, частоту дихання, вирахування деякі їх співвідношення, а також формувати сигнали для синхронізації параметрів впливу фотонного опромінювача з ритмічними процесами у організмі людини.


За результатами наукових досліджень співробітниками ЛБМЕ за 11 років (з 1998 по 2009) було опубліковано біля 170 наукових праць, зроблено понад 50 доповідей на міжнародних симпозіумах та конференціях.


Електронна медична апаратура, що створена в ЛБМЕ, неодноразово експонувалася на різних виставках в Україні, Росії, Німеччині, Індії, Китаї, В’єтнамі й на Кубі, де одержала високу оцінку фахівців і відзначена численними Дипломами. Високий рівень розробок, що виконані співробітниками ЛБМЕ, стало підставою, щоб в 2006 р. лабораторія була прийнята колективним членом в Українську асоціацію інженерів-електриків й у Міжнародну асоціацію «Лазер і Здоров’я».


Спірометр ЦПС-14/1

З використанням елементів теорії цифро-імпульсних та імпульсно-цифрових перетворювань, що була розроблена в ЛБМЕ, кандидатські дисертації захистили Міланіч Т.В., 2000 р. («Аналіз динаміки напівпровідникових перетворювачів на комплексной площині», науковий керівник Є.І. Сокол, консультант доц. А.В. Кіпенський); Король Є.І., 2004 р. («Поліпшення характеристик напівпровідникових перетворювачів змінної напруги з мікропроцесорним імпульсним керуванням для пристроїв електронагріву», науковий керівник к.т.н. доц. А.В. Кіпенський).


З 2001 р. у НТУ «ХПІ» відкрита аспірантура для підготовки фахівців вищої кваліфікації за фахом біологічні й медичні прилади й системи над дослідженнями в цьому напрямку ведуть роботу: М.Е. Доценко, тема: «Поліпшення характеристик і розширення функціональних можливостей електротерапевтичних апаратів засобами мікропроцесорних систем імпульсного керування» (науковий керівник к.т.н. проф. Є.І. Сокол); В.А. Верещак, тема: «Цифровий апарат з розширеними функціональними можливостями для терапії синусоїдальними модульованими струмами» (науковий керівник к.т.н. проф. Є.І. Сокол); В.В. Куліченко, тема: «Методи й засоби аналізу впливу модульованого випромінювання на людину у фототерапії» (науковий керівник к.т.н.,  проф. Є.І. Сокол); Н.І. Кубишкіна, тема: «Розширення функціональних можливостей апаратних засобів для підвищення ефективності методів гальванізації й лікарського електрофореза» (науковий керівник к.т.н., проф. А.В. Кіпенський); Бізід Лассаад, тема: «Удосконалення апаратних засобів і способів впливу електромагнітним випромінюванням для підвищення ефективності фототерапії» (науковий керівник к.т.н., проф. А.В. Кіпенський); Томашевський Р.С., тема: «Технічні засоби для визначення стану дихальної системи людини шляхом аналізу параметрів зовнішнього дихання» (науковий  керівник к.т.н., проф. Є.І. Сокол).


КОНТАКТИ  З НАУКОВИМИ УСТАНОВАМИ І ОРГАНІЗАЦІЯМИ


Кафедра промислової і біомедичної електроніки з 1998 року тісно співпрацює з кафедрою силової електроніки Магдебурзького університету ім. Отто фон Геріке, очолюваної проф. А. Ліндеманом. Основні напрямки наукових робіт кафедри силової електроніки: оптимізація електроживлення шляхом застосування нових електронних компонентів, силова електроніка для низьковольтних додатків (паливних елементів), напівпровідникові джерела струму для зварювання. Співпраця, в якій беруть участь  проф. Сокол Є.І., асс. Ільїна О.В. з боку НТУ «ХПІ», і проф. А. Ліндеман та І. Мерферт з боку Магдебурзького університету,  ведеться в напрямку оптимізації систем електроживлення шляхом застосування силових активних фільтрів. В останні роки відбуваються  наукові стажування аспірантів на кафедрі силової електроніки Магдебурзького університету.


Щорічно вчені кафедри силової електроніки Магдебурзького університету беруть участь в роботі Міжнародної науково-технічної конференції «Силова електроніка та енергоефективність» (м. Алушта). Проводиться модернізація обладнання лабораторій фірмою «Siemens». Студенти і аспіранти НТУ «ХПІ» продовжують освіту та працюють у різних структурах  цієї фірми.


 В рамках проекту, що проводиться за сприяння DAAD (німецька служба академічного обміну) ведеться спільна підготовка студентів німецького технічного факультету НТУ «ХПІ». Після отримання диплома бакалавра, студенти направляються до Магдебурзького університету ім. Отто фон Геріке й мають можливість отримати два дипломи про вищу освіту: диплом магістра електронних систем НТУ «ХПІ» та диплом Магдебурзького університету.


Технічний університет у м. Зелена Гура (Польща) з 1999 року співпрацює з кафедрою у декількох науково-технічних проектах по розробці енергетичних фільтрів, по результатах роботи доповідають  вчені кафедри силової електроніки на міжнародних конференціях. З боку НТУ «ХПІ» у цій роботі брали участь проф. Сокол Є.І., проф. Домнін І.Ф.


Кафедра промислової і біомедичної електроніки ініціювала складання договорів  щодо науково-технічного співробітництва НТУ «ХПІ» з Талліннським технологічним університетом та Московським Енергетичним Інститутом (Технічний Університет).


Багатий досвід співпраці дослідників кафедри з Новосибірським державним технічним університетом (Російська федерація),  результати якої щорічно доповідаються та активно обговорюються на Міжнародній науково-технічній конференції «Силова електроніка та енергоефективність».


Для практичної підготовки студентів й ознайомлення із сучасними підприємствами з виробництва електронної техніки при кафедрі промислової і біомедичної  електроніки у 1988 р. на базі Науково-дослідного інституту НВО «Харківський електромеханічний завод», створено філію. Тут разом з викладачами студенти беруть участь в розробці й випуску широкого спектра пристроїв силової електроніки. Для них проводяться лекційні й практичні заняття, створено умови для виконання курсових і дипломних проектів. З боку підприємств, активну участь у цій роботі беруть директор, к.т.н. Б.О. Кіяшко, зав. відділом, к.т.н. Л.Є. Бахнов, к.т.н. Сунанто, к.т.н. Є.Б. Петрик та інші фахівці.


У 1999 р. у ВАТ «АТ Науково-дослідний інститут радіотехнічних вимірів», створено також філію НТУ «ХПІ». Тут студенти проходять всі види практики, включаючи й переддипломну. Співробітниками університету, було підготовлено ряд лекційних курсів: «Керування розробками в медичному приладобудуванні» — директор д.т.н. А.П. Верещак, «Електротехнічні матеріали й електронні компоненти в медичних апаратурах» — головний інженер А.І. Євдокімов; «Діагностичні медичні апаратури» — начальник відділу, к.т.н. Є.В. Хоменко.