Riassunto analitico
Con la continua crescita della domanda di energie rinnovabili, l'elettrificazione nelle industrie dei trasporti, che mira alla riduzione delle emissioni di gas serra, è in forte aumento. Le macchine elettriche sono utilizzate in diversi settori industriali, come quello manifatturiero e quello dei trasporti, compresi il settore aerospaziale e automobilistico. La spinta sempre più forte verso l'elettrificazione ha portato diverse aziende leader a puntare su macchine elettriche ad alte prestazioni, in grado di fornire elevate densità di coppia e potenza nonché di soddisfare i requisiti di affidabilità e ridurre le dimensioni delle macchine stesse.
Lo scopo di questa tesi è quello di mostrare la progettazione di diversi motori elettrici in campo ferroviario cercando di raggiungere gli obiettivi richiesti dai produttori.
Partendo dallo stato dell'arte, in cui viene illustrata la struttura generale di una locomotiva elettrica e dei suoi componenti, la tesi si concentra sui motori sincroni trifase in corrente alternata, sempre più in via di sviluppo per la trazione delle locomotive elettriche.
Vengono quindi definiti i requisiti di progetto e si ricerca il tipo di motore più adatto a soddisfarli, partendo da una macchina a magneti permanenti superficiali (SPM) e concludendo con una macchina a riluttanza (SynRel). Concentrandosi sui motori elettrici, la ricerca sulla riduzione delle emissioni è fondamentale e la progettazione del motore a riluttanza è finalizzata anche e soprattutto a questo scopo, dimostrando i suoi diversi lati positivi in termini economici, di emissioni e prestazionali.
Nella progettazione delle macchine analizzate, i principali parametri di statore e rotore vengono analizzati prima da un punto di vista analitico e poi attraverso l'utilizzo di diversi software agli elementi finiti (FE), ormai indispensabili per la figura professionale dell'ingegnere.
Concentrandosi sulla macchina a riluttanza, la tesi che segue nel Capitolo cinque mostra anche un processo di ottimizzazione innovativo per il rotore SynRel che è stato presentato in un articolo scientifico, ad oggi in fase di revisione, per la conferenza ICEM 2024 di Torino, Italia.
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Abstract
As the demand for clean energy continues to rise, electrification of the transportation industries, which promotes the reduction of greenhouse gas emissions and decrease of toxic particles, is in high demand. Electrical machines are used in a number of different industries such as the manufacturing and the transportation industries, including both the aerospace and automotive industries. The ever increasing push towards electrification has led to a number of leading companies keen on high-performance electrical machines providing high power and torque densities, as well as meeting reliability requirements and reducing machine size.
The purpose of this thesis is to show the design of different electric motors in the railway field trying to achieve the goals required by the manufacturers.
Starting from the state of the art, in which the general structure of an electric locomotive and its components are shown, the thesis focuses on 3-phase AC motors, which are essential for locomotive traction.
Next, design requirements are defined and the most appropriate type of motor to meet them is researched, starting with a surface permanent magnet machine (SPM) and concluding with a reluctance machine (SynRel). Focusing on electric motors, research on reducing emissions is crucial, and the design of the reluctance motor is also and above all aimed at this purpose, demonstrating its various positive sides in terms of economy, emissions and performance.
In the design of the analyzed machines, the main stator and rotor parameters are analyzed first from an analytical point of view and then through the use of various finite element (FE) software, which is now necessary for the professional figure of the engineer.
Focusing on the reluctance machine, the following thesis in Chapter V also shows an innovative optimization process for the SynRel rotor that was presented in a scientific paper, as of today under review, for the ICEM 2024 conference in Turin, Italy.
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