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Tipo: Tese
Título: Concepção de um sistema de propulsão elétrica para um trator de 9 KW adequado para agricultura familiar
Autor(es): Melo, Rodnei Regis de
Orientador: Antunes, Fernando Luiz Marcelo
Coorientador: Daher, Sérgio
Palavras-chave: Engenharia elétrica;Tratores;Agricultura familiar;Energia renovável;Eletric tractor;Eletric propulsion system
Data do documento: 2019
Citação: MELO, R. R. de. Concepção de um sistema de propulsão elétrica para um trator de 9 KW adequado para agricultura familiar. 2019. 174 f. Tese (Doutorado em Engenharia Elétrica) - Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2019.
Resumo: Inserida em um novo conceito de motorização agrícola, esta tese aborda a proposição e análise de desempenho de um sistema de propulsão elétrica com sistema de acionamento embarcado para um trator elétrico de pequeno porte. Um sistema de propulsão foi projetado com uma potência nominal de 9 kW e implementado em um protótipo de trator elétrico construído em escala real, baseado na avaliação das condições de vida e ambiente de trabalho da agricultura familiar no Brasil. Sua estrutura é formada por uma Unidade de Comando Eletrônico (UCE), dois inversores e dois motores de indução trifásicos. Um algoritmo foi aplicado para promover funcionalidades de controle, objetivando maior flexibilidade de uso e melhoria de desempenho com o sistema proposto. Uma estrutura de supervisão também foi proposta para armazenamento de dados e análise de desempenho. Para investigar o devido desempenho do sistema de propulsão elétrica com sistema de acionamento embarcado do trator elétrico foram realizados testes práticos de tração em diferentes cenários e configurações, para os quais a metodologia utilizada foi baseada no documento CODE 2 – código padrão da OCDE para ensaio oficial de desempenho de tratores (OECD, 2017). Com os ensaios de tração realizados, em que se atingiu uma força de tração média entre 2602,46 N e 2870,22 N e potência média da barra de tração entre 4026 W e 4204,87 W, ficou comprovado que o trator elétrico oferece plena capacidade de tração, compatível para o desenvolvimento de atividades da agricultura familiar, sem comprometer sua estrutura eletromecânica. Também, com os dados obtidos dos testes em campo, foi possível constatar que, para realizar o mesmo trabalho, o trator elétrico apresentou uma considerável melhoria em termos de estabilidade e consumo energético quando adotado o controle de patinagem implementado. A energia consumida nos ensaios sem controle de patinagem ativo variou entre 29,5 Wh e 32 Wh. Já para os ensaios com o controle de patinagem ativo, a energia consumida variou entre 17,1 Wh e 18,55 Wh. Ou seja, houve uma economia de 42% de energia com a implementação do controle proposto. Assim, os resultados experimentais comprovaram as evidências de que o sistema proposto é tecnicamente viável em termos de versatilidade de condução e desempenho em eficiência de tração e consumo energético.
Abstract: Inserted in a new concept of agricultural motorization, this thesis deals with the proposition and analysis of the performance of an electric propulsion system with the embedded drive system for a small electric tractor. A propulsion system was designed with a nominal power of 9 kW and implemented in a prototype electric tractor built on a real scale, based on the evaluation of living conditions and working environment of family agriculture in Brazil. Its structure is formed by an Electronic Command Unit (ECU), two inverters and two three-phase induction motors. An algorithm was applied to promote control functionalities aiming at greater use flexibility and performance improvement with the proposed system. A supervisory framework was also proposed for data storage and performance analysis. In order to investigate the proper performance of the electric propulsion system with the electric tractor embedded drive system, practical traction tests were carried out in different scenarios and configurations, where the methodology used was based on the CODE 2 document - OECD standard code for official performance testing of tractors (OECD, 2017). With the tensile tests performed, in which an average tensile force between 2602.46 N and 2870.22 N, and an average drawbar power between 4026 W and 4204.87 W were achieved, it was proved that the electric tractor offers full traction capacity, compatible for the development of family farming activities, without compromising its electromechanical structure. Also, with the data obtained from the field tests, it was found that to perform the same work the electric tractor showed a considerable improvement in terms of stability and energy consumption when adopting the implemented slip control. The energy consumed in the tests without active slip control ranged from 29.5 Wh to 32 Wh. For the tests with active slip control, the energy consumed ranged from 17.1 Wh to 18.55 Wh. That is, there were 42% energy savings with the implementation of the proposed control. Thus, the experimental results proved the evidence that the proposed system is technically viable in terms of driving versatility and performance in traction efficiency and energy consumption.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/51633
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