Integrated drive for high-power alternating bidirectional electric vehicles charging: the EMC issuers, simulations, design and tests

Lo scopo di questa tesi è stato quello di investigare la possibilità di usare un motore elettrico a nove fasi per la ricarica bidirezionale di veicoli elettrici. In un primo momento si è proceduto analizzando lo stato dell'arte e le attuali direttive riguardo la ricarica di veicoli elettrici. Si è studiata attentamente la normativa vigente, soprattutto quella relativa alle correnti parassite circolanti nell'housing di un motore elettrico. Si sono analizzati i diversi tipi di ricarica e la differenza tra caricabatterie on-board e off-board. L'obiettivo principale dello studio (e di quelli che seguiranno) è la possibilità di implementare in applicazioni automotive una soluzione che preveda l'utilizzo di motori multi-trifase, in particolare di motori a nove fasi che permettono l'accesso ai tre centri stella delle fasi. In questo modo, il sistema motore+inverter potrebbe fungere da on-board charger, senza la necessità di utilizzare ulteriori componenti e riducendo, quindi, i costi di realizzazione. Il primo step dell'analisi ha previsto la verifica della presenza di coppia nulla all'interno del motore. Questo si è reso necessario perchè, se è vero che la teoria insegna che la coppia media durante la fase di ricarica (avendo accesso ai tre centri stella) deve essere nulla, non era ben chiaro se nella pratica una coppia istantanea non nulla potesse muovere il motore. L'analisi si è dapprima simulando la fase di ricarica grazie al software FEMM 4.2, che ha evidenziato la presenza di una coppia istantanea con media nulla, con successiva validazione sperimentale impostando un sistema che replicasse la fase di ricarica in auto. L'esito dell'analisi ha visto la registrazione di coppia nulla, come desiderato. Il passo successivo ha previsto la realizzazione di un modello ad alta frequenza del motore da sfruttare per le simulazioni con software tipo PLECS, al fine di rendere più realistico il modello stesso, per fare ciò si sono sfruttati i modelli proposti dalla bibliografia e si è sviluppato un modello analogo. Non potendo realizzare un modello univoco da riproporre in PLECS ci si è affidati a MATLAB per ricavare una soluzione circuitale quanto più simile possibile ai dati sperimentali. Conoscendo il rischio dovuto alla circolazione di correnti parassite all'interno dell'housing del motore, in particolar modo per una configurazione come quella in esame (inverter flottante ancorato all'housing del motore), si è poi proceduto all'analisi delle capacità parassite presenti all'interno del motore con l'aiuto del software Ansys Electronics, trovando un riscontro approssimativo ma sufficiente con i calcoli analitici svolti. L'analisi ha previsto lo studio di diverse configurazioni, sfruttando diversi isolanti. Un ulteriore passaggio ha previsto l'analisi delle perdite dielettriche del liquido di raffreddamento usato all'interno del motore, che monta un sistema di raffreddamento in cava sperimentale denominato Cool-X. Infine, il prototipo è stato assemblato compresa la parte di raffreddamento per poi essere testato in laboratorio.