Математичне моделювання приводу шибера повітрозабірника газового пальника

Ігор Болбот, Олексій Словіковський
Анотація

В умовах сучасних вимог до енергоефективності та автоматизації теплотехнічних систем, зокрема газових пальників, важливу роль відіграє розробка точних математичних моделей для опису роботи електричних приводів, що забезпечують функціонування ключових компонентів таких систем. Одним із таких компонентів є привід шибера повітрозабірника, що регулює подачу повітря до камери згоряння, що безпосередньо впливає на ефективність горіння та стабільність роботи пальника. Метою роботи було створення математичної моделі системи електричного приводу газового пальника, яка точно описує динаміку роботи електродвигуна вентилятора, приводу шибера повітрозабірника, приводу сушильного барабана та інших елементів системи. Для досягнення цієї мети були використані методи математичного моделювання динамічних систем, а також чисельні методи розв’язання диференціальних рівнянь в середовищі MATLAB. Моделювання цих процесів допомогло забезпечити високу точність прогнозування роботи системи та її енергоефективність на всіх етапах експлуатації. Основні результати дослідження включали побудову математичної моделі, що описує динамічні процеси в системі приводу, зокрема врахування інерційних характеристик приводу шибера, параметрів редуктора, маси шибера та моменту інерції, впливу маси виконавчого органа на динаміку роботи системи. В роботі побудовано графіки для аналізу тимчасових характеристик системи. Описано динамічні процеси в системі приводу, що мають важливе значення для стабільного та ефективного регулювання повітряного потоку. Розроблена модель дала змогу проводити аналіз перехідних процесів та оптимізувати налаштування регуляторів, зокрема PID-регуляторів, для покращення швидкодії системи. Важливим аспектом була також оцінка впливу параметрів приводу на енергоефективність та стабільність роботи газового пальника. Розроблену модель можна інтегрувати в системи автоматизації газових пальників, що дозволить підвищити їх енергоефективність, забезпечити надійну роботу при різних умовах експлуатації та зменшити ризики перенавантаження приводів за рахунок оптимізації параметрів управління

Ключові слова

електричний привід, імітаційна модель, газовий пальник, система автоматизації, динаміка приводу, кроковий двигун

ЦИТУВАТИ
Bolbot, I., & Slovikovskyi, O. (2025). Mathematical modelling of the gas burner air intake damper drive. Machinery & Energetics, 16(3), 48-57. https://doi.org/10.31548/machinery/3.2025.48
Використані джерела
  1. Abadi, M., Tang, H., & Rashidi, M.A. (2024). A review of simulation and numerical modeling of electric arc furnace (EAF) and its processes. Heliyon, 10(11), article number e32157. doi: 10.1016/j.heliyon.2024.e32157.
  2. Bangera, S.D., Mohan, K., & Raj, V. (2021). Automatic gas off mechanism for LPG gas stove. International Journal of Scientific Research in Computer Science Engineering and Information Technology, 7(3), 543-546. doi:10.32628/CSEIT2173119.
  3. Bukhari, S.S.H. (2023). Design, analysis and optimization of electrical machines and drives for electric vehicles. World Electric Vehicle Journal, 14(6), article number 149. doi: 10.3390/wevj14060149.
  4. Buriakovskyi, S.G., Maslii, A.S., Asmolova, L.V., & Goncharuk, N.T. (2021). Mathematical modelling of transients in the electric drive of the turnout of the mono-sleeper type with switched-inductor motor. Electrical Engineering & Electromechanics, 2, 16-22. doi: 10.20998/2074-272X.2021.2.03.
  5. Gammaidoni, T., Zembi, J., Battistoni, M., Biscontini, G., & Mariani, A. (2023). CFD analysis of an electric motor’s cooling system: Model validation and solutions for optimization. Case Studies in Thermal Engineering, 49, article number 103349. doi: 10.1016/j.csite.2023.103349.
  6. Harasymiv, V., & Harasymiv, T. (2020). Improvement of the transfer function quality indicators of the power control system at the electric drill engine shaft. Prospecting and Development of Oil and Gas Fields, 20(3), 46-52. doi: 10.31471/1993-9973-2020-3(76)-46-52.
  7. Herasymenko, V., Pliuhin, V., Noskov, V., Zakovorotnyi, O., Mezentsev, M., & Orlova, T. (2023). Modeling of DC traction motor in ansys RMXPRT. In IEEE 4th KhPI week on advanced technology (pp. 1-6). Kharkiv: IEEE. doi: 10.1109/KhPIWeek61412.2023.10312886.
  8. Jaber, F.F., & Abdulhasan, A.F. (2022). Mathematical model of permanent magnet synchronous motor. Journal for Engineering Sciences, 12(2), 10-14. doi: 10.31663/tqujes.12.2.444(2022) .
  9. Jia, H., Fu D., Wei, L., & Zhang, Z. (2024). A novel multi-fuel burner and its combustion characteristics study. In Proceedings of 6th international conference on energy systems and electrical power (pp. 222-225). Wuhan: IEEE. doi: 10.1109/ICESEP62218.2024.10652048.
  10. Krause, P., Wasynczuk, O., & O’Connell, T. (2021). Introduction to the analysis of electromechanical systems. Hoboken: Wiley-IEEE Press.
  11. Magalhaes, D., & Kazanc, F. (2022). Influence of biomass thermal pre-treatment on the particulate matter formation during pulverized co-combustion with lignite coal. Fuel, 308, article number 122027. doi: 10.1016/j.fuel.2021.122027.
  12. Masset, P.A., Duchaine, F., Pestre, A., & Selle, L. (2023). Modelling challenges of volume-averaged combustion in inert porous media. Combustion and Flame, 251, article number 112678. doi: 10.1016/j.combustflame.2023.112678.
  13. Oliinyk, K. (2021). Тhe operability analysis of spindle-motor hybrid electromechanical systems. Mechanics and Advanced Technologies, 5(1), 89-96. doi:10.20535/2521-1943.2021.5.1.225414.
  14. Pliuhin, V., Zablodskiy, M., Tsegelnyk, Y., & Slovikovskyi, O. (2022). Development of imitation model of an electromechanical energy converter with a solid rotor in ANSYS RMxprt, Maxwell and Twin Builder. Lighting Engineering & Power Engineering, 61(1), 21-29. doi: 10.33042/2079-424X.2022.61.1.03.
  15. Pulаtov, A., Shamiev, M., & Mirsaidov, U. (2023). Energy-efficient asynchronous electric drive as a means of increasing the reliability and energy efficiency of pumping plants in the urban water supply system. E3S Web of Conferences, 390, article number 06039. doi: 10.1051/e3sconf/202339006039.
  16. Robinette, D. (2023). Electric motor and transmission integration for light-duty electric vehicles: A 2023 benchmarking perspective and component sizing for a fleet approach. Vehicles, 5(3), 1167-1195. doi: 10.3390/vehicles5030065.
  17. Sekar, M., Alahmadi, T., & Nithya, S. (2024). Numerical simulation of industrial gas burners fueled with hydrogen-methane mixtures for enhanced combustion efficiency and reduced greenhouse gas emissions. Fuel, 370, article number 131807. doi: 10.1016/j.fuel.2024.131807.
  18. Shuqiao, D. (2022). Comprehensive energy-saving optimization model of asynchronous motor for voltage regulation based on static synchronous compensator. Energy Engineering, 119(3), 1047-1057. doi: 10.32604/ee.2022.015594.
  19. Silva, F. (2022). Introduction to the analysis of electromechanical systems. IEEE Industrial Electronics Magazine, 16(2), 90-91. doi: 10.1109/MIE.2022.3166267.
  20. Singh, R.R., Bhatti, G., Kalel, D., Vairavasundaram, I., & Alsaif, F. (2023). Building a digital twin powered intelligent predictive maintenance system for industrial AC machines. Machines, 11(8), article number 796. doi: 10.3390/machines11080796.
  21. Verma, S., Sharma, A., Tran, B., & Alahakoon, D. (2024). A systematic review of digital twins for electric vehicles. Journal of Traffic and Transportation Engineering (English Edition), 11(5), 815-834. doi: 10.1016/j.jtte.2024.04.004.
  22. Zhang, S., Wallscheid, O., & Porrmann, M. (2023). Machine learning for the control and monitoring of electric machine drives: Advances and trends. IEEE Open Journal of Industry Applications, 4, 188-214. doi: 10.1109/OJIA.2023.3284717.
  23. Zvarych, H., & Mateik, H. (2024). Improvement of the gas temperature control system in front of the high-pressure turbine of the gtk-10 gas pumping unit. SWorldJournal, 1(28-01), 65-70. doi: 10.30888/2663-5712.2024-28-00-032