Riassunto analitico
L'obiettivo principale di questo progetto è la valutazione dell'approccio della coppia equivalente termica come metodo di progettazione per i motori SPM in un trattore agricolo ibrido elettrico. Un motore Diesel originale è stato scelto tra le schede tecniche commerciali guardando alcune misure di coppia e velocità disponibili prese su un trattore agricolo in campo aperto durante quattro diverse operazioni agricole. Questi dati sono stati misurati nell'ambito del progetto PRIN 2017 intitolato `Green SEED: Design of more-electric tractors for a more sustainable agriculture'. Utilizzando il modello SIMULINK-MATLAB di un'architettura ibrida sono stati trovati i carichi. In questo modello c'è un parametro R usato per scalare il motore originale. Dopo alcune simulazioni, è stato dimostrato che il consumo di un motore scalato con R e quello corrispondente della stessa potenza sono molto vicini. Questo tipo di lavoro è stato fatto anche sui valori di coppia e potenza richiesti alla macchina elettrica. Grazie a questo risultato, in collaborazione con i membri del progetto PRIN, è stato realizzato uno script su Matlab che considera i costi di vita e mira a trovare il valore ottimale di R considerando l'aspetto economico. I cicli di lavoro utilizzati per le simulazioni sono due: un ciclo pesante e uno più leggero che rappresenta il lavoro annuale di questo tipo di trattore. Dopo aver individuato il valore di R, sono state ottenute la coppia e la velocità richieste al motore elettrico per due configurazioni. Una che considera una trasmissione meccanica con un rapporto di due e una che non prevede una trasmissione. Attraverso questi dati, sono stati disegnati otto motori a magneti permanenti superficiali, utilizzando uno script Matlab realizzato per questo lavoro, considerando due diverse coppie nominali dei due diversi cicli e due diversi magneti permanenti. In questo modo abbiamo quattro diversi motori per la configurazione senza trasmissione e altrettanti per la configurazione con trasmissione. Tenendo conto dei fattori economici, delle dimensioni complessive e degli aspetti di efficienza, sono stati selezionati due SPM, uno per ogni configurazione. Come ultima attività, sono stati dimensionati i circuiti di raffreddamento per i due motori elettrici.
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Abstract
The main goal of this project is the assessment of the thermal equivalent torque approach as a design method for SPM motors in a hybrid electric farming tractor. An original Diesel engine have been chosen among commercial datasheets looking at some available torque and speed measurements taken on an open field farming tractor during four different agricultural operations. These data have been measured in the frame of the PRIN 2017 project entitled `Green SEED: Design of more-electric tractors for a more sustainable agriculture'. Using SIMULINK-MATLAB model of a hybrid architecture the loads have been found. In this model there is a parameter R used to scale the original engine. After some simulations, it has been proved that the consumption of an engine scaled with R and the corresponding one of the same power are very close. This kind of work has been done also on the values of torque and power requested to the electric machine. Thanks to this result, in collaboration with the members of the PRIN project, it has been made a script on Matlab which considers the Life Cycle Cost (LCC) and aims to find the optimal value of R considering the economic aspect. The duty cycle used for the simulations are two: a heavy cycle and one lighter that represents the annual work of this kind of tractor. After the value of R has been detected, the torque and speed requested to the electric motor have been obtained for two configurations. One that considers a mechanical transmission with a ratio of two and one that does not provide a transmission. Through these data, a number of eight Surface Permanent Magnet (SPM) have been designed using a Matlab script realized for this work, considering two different nominal torque of the two different cycles and two different permanent magnets. In this way we have four different SPM for the configuration without transmission and as many for the configuration with transmission. Taking into account the economic factors, the overall dimensions and efficiency aspects, two SPM one for each configuration has been selected. As last activity, the cooling circuits have been dimensioned for the two electric motor.
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