ОДНОФАЗНЫЙ АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ НА ОСНОВЕ ПОРОШКОВОЙ ТЕХНОЛОГИИ

THE VI INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE “SCIENTIFIC FOUNDATIONS FOR THE USE OF INFORMATION TECHNOLOGIES OF A NEW LEVEL AND MODERN PROBLEMS OF AUTOMATION”, NOVEMBER 20, 2025 673 ОДНОФАЗНЫЙ АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ НА ОСНОВЕ ПОРОШКОВОЙ ТЕХНОЛОГИИ Бердиев У.Т.1, И.К.Колесников2, Г.Р.Каххарова3 1профессор, 2DSc, профессор, 3ассистент Ташкентский государственной транспортной университет https://doi.org/10.5281/zenodo.17815203 Аннотация. В статья приведена результаты исследования для изготовления однофазного двигателя на основе порошковой технологии. Изготовления магнитопроводов методом порошковой металлургии для однофазного асинхронного электродвигателя позволит снизить трудоемкость и себестоимость его изготовления, достичь высокой точности изделия, высокого значения индукции и магнитной проницаемости. На основе этого подготовлен модель магнитопровода и исследован основные параметры однофазного асинхронного двигателя. В связи с развитием требование энергосбережение на промышленности, все большее число деталей будет заменено на детали, изготовленные методом порошковой металлургии. Ключевые слова: Магнитопровод, однофазные асинхронные двигатели, электромагнитной, конструкция статора, двухмерная модель, плотности, индукция, напряженности. Abstract: The article presents research results for the production of a single-phase engine based on powder technology. Manufacturing magnetic cores using powder metallurgy for a singlephase asynchronous electric motor will reduce labor intensity and manufacturing costs, achieve high product accuracy, high induction value, and magnetic permeability. Based on this, a magnetic core model was prepared and the main parameters of a single-phase asynchronous motor were investigated. Due to the development of energy-saving requirements in industry, more and more parts will be replaced with parts made by powder metallurgy. Keywords: Magnetic wire, single-phase asynchronous motors, electromagnetic, stator design, two-dimensional model, density, induction, voltage. Annotatsiya: Maqolada kukun texnologiyasi asosida bir fazali dvigatelni ishlab chiqarish bo‘yicha olib borilgan tadqiqot natijalari keltirilgan. Bir fazali asinxron elektr dvigatel uchun magnit o‘tkazgichlarni kukunli metallurgiya usulida tayyorlash uni tayyorlashning mehnat sig‘imi va tannarxini kamaytirish, mahsulotning yuqori aniqligiga, induksiya va magnit singdiruvchanlikning yuqori qiymatiga erishish imkonini beradi. Shu asosda magnit o‘tkazgich modeli tayyorlandi va bir fazali asinxron motorning asosiy parametrlari tadqiq qilindi. Sanoatda energiya tejash talabi rivojlanib borayotganligi sababli, tobora ko‘proq detallar kukun metallurgiyasi usulida tayyorlangan detallarga almashtirilmoqda. Tayanch iboralar: Magnit o‘tkazgich, bir fazali asinxron motorlar, elektromagnit, stator konstruksiyasi, ikki o‘lchamli model, zichliklar, induksiya, kuchlanishlar. В настоящее время уделяют большое внимание на разработку энергоэффективных электрических машин, основанных на упрощенных технологиях. С этой целью применяют новые магнитопроводы, изготовленные на порошковых материалах [1, 4]. Изготовление магнитопроводов методом порошковой металлургии для THE VI INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE “SCIENTIFIC FOUNDATIONS FOR THE USE OF INFORMATION TECHNOLOGIES OF A NEW LEVEL AND MODERN PROBLEMS OF AUTOMATION”, NOVEMBER 20, 2025 674 асинхронного электродвигателя позволит снизить трудоемкость и себестоимость его изготовления, достичь высокой точности изделия, высокого значения индукции и магнитной проницаемости, как при переменном токе, так и при постоянном. Все это дало возможность сократить материальные затраты на изготовление [1, 3, 5]. Для исследований был взят порошок АВ8100.29. В однофазных асинхронных двигателях будем считать, что индукция в сечении асинхронного двигателя одинакова. Поэтому можно использовать модель, показанную на рис. 1. Рисунок 1. Модель асинхронного двигателя на основе порошковой технологии. Была использована двухмерная модель, так так трехмерная модель электромагнитного поля является сложной и трудно поддается анализу. Для анализа используем уравнения Максвелла [7, 8]: { rot𝐻‾=𝛿‾ rot𝐸‾=∂𝐵‾ ∂𝑡 div𝐵‾=0 𝐵‾=𝜇𝐻‾ 𝛿‾=𝛿‾стор +𝛾𝐸‾ (1) В виду того, что поле плоскопараллельное, проекции векторов 𝐵‾ и 𝐻‾ на ось Z будут отсутствовать, 𝐵𝑧=0 и 𝐻𝑧=0. Вектора плотности 𝛿‾ и векторный магнитный потенциал 𝐴󰆹 параллельны оси Z. Поэтому от векторной формы (1) можно перейти к скалярному уравнению [6, 7]. { rot𝐻‾=𝛿‾ rot𝐸‾=∂𝐵‾ ∂𝑡 div𝐵‾=0 𝐵‾=𝜇𝐻‾ 𝛿‾=𝛿‾стор +𝛾𝐸‾ (2) где 𝐴‾ - векторный магнитный потенциал; 𝛿‾стор - вектор сторонней плотности тока; γ - удельная электропроводность; 𝑣‾ - вектор скорости проводящих частей в электромагнитном поле; μ - магнитная проницаемость. Магнитная проницаемость статора есть величина переменная, которая зависит от напряженности магнитного поля. Вектор магнитной индукции представляет вихрь от векторного магнитного потенциала по определению: THE VI INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE “SCIENTIFIC FOUNDATIONS FOR THE USE OF INFORMATION TECHNOLOGIES OF A NEW LEVEL AND MODERN PROBLEMS OF AUTOMATION”, NOVEMBER 20, 2025 675 𝐵‾=rot𝐴‾ (3) Плотность тока и магнитная индукция каждого элемента модели представим неизменными. Внутри каждого элемента можно электромагнитное поле представить уравнением (3). Полная картина электромагнитного поля может быть представлена уравнением (4) [7, 9]. {∂ ∂𝑥[1 𝜇∂𝐴 ∂𝑥]+∂ ∂𝑦[1 𝜇∂𝐴 ∂𝑦]=𝛿‾ст +𝛾(𝑣‾+rot𝐴‾) 𝑀=𝑀𝑒−∫∂𝜔 𝑑𝑡, (4) где второе уравнение системой представляет движение ротора. Электромагнитный момент получается интегрированием поверхностной плотности электромагнитной силы. 𝑀=𝐼𝑆∮[𝑟‾×[𝛿‾×𝐵‾−𝐻2 2grad𝜇]]𝑑𝑆 (5) где 𝑟‾ - радиус вектор до текущей точки ротора. Интегрирование проводится по площади, которая окружает ротор и проходит через центр зазора. Решение уравнений электромагнитного поля сводится к определенным циклам, постоянным пределом каждой итерационной сетки. При сравнении характеристик намагничивания для определения токов переходного процесса необходимо совместное решение с решением уравнения баланса напряжения фаз. Рабочую обмотку статора можно представить в виде схемой замещения [ 9, 10] (Рис. 2). Рисунок 2. Схема замещения рабочей обмотки статора. Схему замещения пусковой обмотки статора можно представить схемой замещения (рис 3.). Рисунок 3. Схема замещения пусковой обмотки статора. Согласно схемам замещения, можно записать уравнения: 𝑈(𝑡)=−𝐸(𝑡)+𝑖(𝑡)𝑟𝑛+𝐿𝑛𝑑𝑖 𝑑𝑡 𝑈(𝑡)=−𝐸𝑛(𝑡)+𝑖(𝑡)𝑟ЛП +𝐿ЛП 𝑑𝑖 𝑑𝑡+1 𝑐𝑛∫𝑖(𝑡)𝑑𝑡, (3) где 𝑟𝑛 и 𝐿𝑛 - сопротивление и индуктивность лобовой части рабочей обмотки; 𝑟ЛП THE VI INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE “SCIENTIFIC FOUNDATIONS FOR THE USE OF INFORMATION TECHNOLOGIES OF A NEW LEVEL AND MODERN PROBLEMS OF AUTOMATION”, NOVEMBER 20, 2025 676 и 𝐿ЛП - сопротивление и индуктивность лобовой части пусковой обмотки; , 𝑐𝑛 - емкость пускового конденсатора. При разработке модели были сделаны следующие допущения: магнитопровод статора и ротора асинхронного однофазного двигателя выполнен на порошковой технологии с использованием провода АВБ 100.29 которые обладают сопротивлением равным бесконечности. В этом случае отсутствуют потери на вихревые токи [8, 10]. Сравнение характеристик намагничивания показывает, что для достижения значения индукции 1,5Тл в статоре из листовой электротехнической стали необходима Н=900 А/м, а для статора из порошка необходима Н=10000 А/м. Но порошок обладает большой магнитной проницаемостью, следовательно, имеет меньшие удельные потери в стали, а также линейную зависимость их от индукции. Поэтому порошковая технология позволяет применять двигатели на высоких частотах, а это увеличивает скорость вращения двигателя. Поэтому была разработана новая конструкция статора, показанная на рис 5. На рис 4. показана вебер-амперная характеристика разработанного электродвигателя. Рисунок 4. Кривая намагниченности порошкового материала АВС-100.29. Рисунок 5. Разработанная конструкция статора. При разработке было принято, что сердечник является явнополюсным, диаметр сердечника остался прежним, размеры дуг полюсов относятся также, как и число пазов рабочей и пусковой обмоток, а также число витков на полюсах такое же, как в рабочей и пусковой обмотках, распределение магнитного поля по сечению электродвигателя. В результате было получено распределение магнитной индукции в зазоре несинусоидальное THE VI INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE “SCIENTIFIC FOUNDATIONS FOR THE USE OF INFORMATION TECHNOLOGIES OF A NEW LEVEL AND MODERN PROBLEMS OF AUTOMATION”, NOVEMBER 20, 2025 677 [7, 9, 11]. Применение порошковой технологии позволяет улучшить эксплуатационные характеристики электрических машин. Самое главное для разработчиков электродвигателей является оптимизация его крутящего момента двигателя или генератора, эффективности размеров, увеличение эксплуатационных характеристик [10, 12]. Все решения двигателей можно разделить на три группы: с постоянной скоростью, переменной и старт-стоп. Как известно, двигатели с переменной скоростью могут увеличить эффективность применить его в более широком диапазоне, по сравнению с двигателями с постоянной скоростью. В связи с развитием автомобилестроения и сокращением вредных выбросов, а также с энергосбережением, все большее число деталей будет заменено на детали, изготовленные методом порошковой металлургии. ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА 1. Алымкулов К. Однофазные асинхронные двигатели для электроприводов малой мошности. Бишкек-1995 г. 2. A. Vetcher, A. Iron powders with insulating layers: structure and magnetic properties /A. Vetcher, K. Yanushkevich // Маtеrial science «Nonequilibrium phase transformations» : Proceedings of V International scientific conference, Varna, Bulgaria, 09-12 September 2019. – Varna, 2019. – P.27– 29. 3. Gapparov, A., Berdiyev, U. Descrease in noise and vibration of single-phase asynxronous motors in rolling stock., Iop Conference Series Materials Science and EngineeringOpen source preview, 2020, 883(1), 012177. 4. Berdiev, U.T., Kolesnikov, I.K., Tuychieva, M.N., Khasanov, F.F., Sulaymonov, U.B., Methods of new technological developments of electric motors based on soft magnetic materials. E3s Web of ConferencesOpen source preview, 2023, 401, 03038 5. Berdiyev, U.T., Berdiyorov, U.N., Sulaymonov, U.B., Khalikova, L.U., Ways to Improve the Energy Performance of Asynchronous Electric Motors of Rolling Stock. Aip Conference ProceedingsOpen source preview, 2023, 2612, 050017 6. S. F. Amirov, Sh.A. Sharapov, A.Kh. Sulliev, O.T. Boltaev. Biparametric resonant transformer sensor of large linear movements. AIP Conf. Proc. 26 December 2023; 2624 (1): 030007. DOI: 10.1063/5.0132847 7. Sauchuk HK, Yurkevich NP, Akhmedov AP, Kolesnikov IK, Berdiyev UT, Khudoyberganov SB, Khakimov SH Physical and thermal properties of binary (Bi-Ti-O)-TiO2 UHF-ceramics (2024) https://www.scopus.com/ inward/record. uri?eid=2-s2.085199155227&partnerID=40&md5=ccbd0010d5 ffcfaa5e 077619c15e6149 8. Структура и магнитные характеристики композитов основе капсулированных порошков железа ASC100.29/Г.А.Говор,М.Пшыбыльски, А.К. Вечер, К.И. Янушкевич, Й. Зукровски, Т.М. Ткаченко // Вестник Фонда фундаментальных исследований. –2020. – №1. –С. 105–111. 9. Analysis of a PM machine with concentrated fractional pitch windings / F. Magnussen [et al.] // Proceedings of Nordic Workshop on Power and Industrial Electronics (NORPIE), Trondheim, Norway, June 14–16. – 2004. – Mode of access: http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.539.6560&rep =rep1&type=pdf. – Date of access: 15.03.2020. THE VI INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE “SCIENTIFIC FOUNDATIONS FOR THE USE OF INFORMATION TECHNOLOGIES OF A NEW LEVEL AND MODERN PROBLEMS OF AUTOMATION”, NOVEMBER 20, 2025 678 10. Ритсо А. Якоря микроэлектродвигателей постоянного тока, спрессованные из железного порошка / А. Ритсо, А. Лаансоо // В кн.: Электротехническая промышленность. Сер. Электрические материалы, вып. 6,1971. - С. 10-12. 11. Панасюк О.А. Порошковые магнитомягкие материалы для работы в постоянных и переменных полях / О.А. Панасюк // В кн.: Порошковые магнитные материалы. - Киев: Изд. ИПМ АН УССР, 1987. - С. 108-121. 12. У.Т.Бердиев, Г.Ш.Абидова, Г.Р.Каххаровва Композицион магнит юмшоқ қотишмалардан электр моторларнинг элементларида фойдаланишдаги асосий параметрларнинг таҳлили. Sentral Asian academic journal of scientific research, ISSN*-2181-2489, Volume 2., SSUE 4|2022, 291-295 pp.