Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica [628098]

Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica

Prova Finale

“nano Grid for Home Application”
Prototipazione involucro e dimensionamento di
massima del sistema di raffreddamento ad aria
dei convertitori

Relatore
Prof. Daniele Menniti
Correlatore
Ing. Giovanni Brusco
Candidato
Francescoalfonso Sapia
Matr. 154309

Anno Accademico 2017/1018

2 INDICE
INTRODUZIONE ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………. 3
1 CAPITOLO I ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………. 4
1.1 Concetto di nano -grid ………………………….. ………………………….. ………………………….. .. 4
2 Capitolo II ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………… 7
2.1 Progettazione dell’involucro ………………………….. ………………………….. …………………… 7
3 Capitolo III ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………….. 10
3.1 Analisi st atica e termica ………………………….. ………………………….. ……………………….. 10
3.1.1 Definizione di elementi finiti ………………………….. ………………………….. ………….. 10
3.1.2 Verifica strutturale dell’involucro ………………………….. ………………………….. …… 13
3.1.3 Analisi termica sul dissipatore ………………………….. ………………………….. ………. 14
4 Capitolo IV ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………….. 16
4.1 Studio analisi di montaggio ………………………….. ………………………….. ………………….. 16
4.2 Insieme telaio ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………. 16
4.3 Insiem e box -filtri ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……. 16
4.4 Insieme box -trasformatori ………………………….. ………………………….. …………………….. 17
4.5 Assemblaggio finale ………………………….. ………………………….. ………………………….. .. 18
4.5.1 Vista lato schede ………………………….. ………………………….. ………………………….. . 18
4.5.2 Vista lato trasformatori ………………………….. ………………………….. ………………….. 19
4.5.3 Vista lato scarico ………………………….. ………………………….. ………………………….. 20
4.5.4 Vista lato ventola ………………………….. ………………………….. ………………………….. 20
4.5.5 Vista lato frontale ………………………….. ………………………….. …………………………. 21
5 Conclusioni ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………………….. 22
6 Allegati ………………………….. ………………………….. ………………………….. ……………………….. 24
6.1 Tavole tecniche ………………………….. ………………………….. ………………………….. ………. 24
Bibliogr afia ………………………….. ………………………….. ………………………….. …………………………. 25

3

INTRODUZIONE

La necessità di consumare meno e meglio l’energia spinge a trovare soluzioni convenienti che
permettano all’utente di produrre in loco l’energia di cui necessita, favorendo ne così
l’autoconsumo. In questo contesto i sistemi di generazione da fonti rinnovabili sono spesso
accompagnati da sistemi di archiviazione e di automazione che consentono di sfruttare in modo
più efficace l’energia p rodotta dalle var ie fonti rinnovabili. L’uso di una nano Grid for Home
Application è indicato per massimizzare l’autoconsumo. In commercio sono già presenti varie
tipologie di involucri , ma sono progettati tenendo conto solo di una fonte energetica che può
essere fotovoltaico, eolico, ecc. Nel nostro caso invece si è dovuto realizzare un prototipo di
involucro tale che si possano controllare più sorgenti contemporaneamente tipo: la rete,
l’accumulo ed una caldaia a pelle t azionata da un motore STIRLING.
Nel primo capi tolo viene descritta, in breve, una nano Grid for Home Applications (nGfHA).
Nel secondo capitolo viene descritta la fase di progettazione dell’involucro , tenendo conto dei
vari o bbiettivi e delle varie problematiche riscontrate.
Nel terzo capi tolo viene introdotto , in breve , il concetto di analisi FEM , è stata effettuata una
verifica strutturale del telaio dell’involucro ed è stata effettuata un’analisi sulla distribuzione
del calore nel dissipatore.
In fine nel quarto capitolo vengono mostrate le varie fasi di montaggio dell’involucro .

4 1 CAPITOLO I
1.1 Concetto di nano -grid
Una nano Grid for Home Applications (nGfHA), è una microgrid di piccola potenza (non
superiore a 10 kW), destinata prevalentemente all’alimentazione elettrica di abitazioni civili.
Una nGfHA è basata su un bus in corrente continua (dc bus). Al dc bus si possono collegare
diverse tipologie di generatori alimentati da fon ti rinnovabili o convenzionali, sistemi di
accumulo elettrochimico e almeno un inverter per l’alimentazione di carichi privilegiati che
necessitano di continuità assoluta.
Una nGfHA è progettata e gestita per operare sia in modalità grid -connected che in modalità
islanded.
In modalità grid -connected, una nGfHA è connessa alla rete pubblica di distribuzione , in
corrente alternata, attraverso un’ apposita interfaccia (PEI, Power Electronic Interface) basata
su un inverter controllato in corrente ed in grado di funzionare in maniera bidirezionale (Figura
1.1). In presenza, quindi , di una rete di distribuzione e quan do le condizioni operative di questa
lo consentono (per esempio, assenza di guasti o interruzioni programmate) la PEI è in grado di
assorbire energia dalla rete oppure fornirla alla rete a seconda delle esigenze. In tal modo, più
nGfHA sono in grado di int eragire tra loro potendo scambiarsi energia, attraverso la rete del
distributore. Grazie a questa possibilità, quando la potenza generata dal sistema di
poligenerazione gestito dalla nGfHA supera la potenza richiesta dai carichi locali e dal suo
sistema di accumulo, la nGfHA consente di cedere l’energia in esubero al sistema elettrico a
cui è interconnessa trasformando l’utente in un “Prosumer”, oppure scambiare energia con altre
nGfHA in maniera coordinata al fine di massimizzare l’energia ricavabile dalle fonti rinnovabili
ad esse collegate. In tal caso la singola nGfHA costituisce, quindi, un elemento fondamentale
per l’implementazione di una Smart Grid.
L’interconnessione di più nGfHA interagenti tra loro, può consentire di implementare nuovi
modelli per la gestione intelligente dell’energia in forma aggregata, soprattutto se connesse ad
un sistema elettrico tipo quello nazionale tramite la rete di distribuzione pubblica.
In villaggi isolati dai sistemi di distribuzione nazionali (come nel caso di piccole comunità
isolane o nei piccoli villaggi dei paesi in via di sviluppo) più nGfHA, sotto particolari
condizioni, possono anche interconnettersi tra loro per formare una microgrid in corrente

5 alternata, oppure per formare una microgrid in corrente continua attraverso il collegamento dei
loro dc bus, per l’implementazione di vere e proprie microgrid intelligenti .

Figura 1.1- Schema di una nano -grid connessa alla rete.
I carichi elettrici potenzialmente alimen tabili della nanogrid possono essere di tre categorie:
non-essenziali, essenziali e critici. I carichi elettrici non essenziali non svolgono mansioni di
rilievo pertanto il loro funzionamento può essere bruscamente interrotto senza che ciò determini
alcun danno o costo. Al contrario, i carichi elettrici essenziali svolgono mansioni di rilievo;
sebbene ciò, il loro funzionamento può essere bruscamente interrotto ma deve essere ripristinato
dopo poco tempo (es. qualche minuto) affinché detta interruzione non implichi importanti danni
o costi. Infine, la continuità di alimentazione deve essere garantita ai carichi elettrici critici per
via dei costi e dei danni elevati in caso di cessazione del loro funzionamento.
Il convertitore PEI è un voltage source inver ter di tipo bidirezionale e controllato in corrente; il
punto di lavoro di detto convertitore determina la partecipazione della rete di distribuzione
all’alimentazione dei carichi elettrici della nanogrid.
Una nGfHA può funzionare in modalità islanded in caso di guasto -rete previa apertura
dell’interruttore S. In tale circostanza, i carichi elettrici non essenziali appartengo ad una parte
di nGfHA non abilitata al funzionamento islanded pertanto essi saranno disalimentati. Al
contrario, i carichi elettric i essenziali possono essere nuovamente alimentati modificando il
controllo del convertitore PEI da controllo -in-corrente a controllo -in-tensione, o accettando una
brevissima discontinuità dell’alimentazione (come si verifica nel caso di commutazione rete

6 gruppo, quando si utilizzano gruppi elettrogeni) oppure senza discontinuità di alimentazione
(seamless) grazie alla possibilità di implementare particolari e sofisticate tecniche di controllo
del PEI.
Una nGfHA può anche essere espressamente destinata per funzionare in modalità islanded,
modalità espressamente prevista per alimentare abitazioni isolate da una rete di distribuzione
come nel caso tipico delle singole abitazioni in villaggi nei paesi in via di sviluppo.
La nGfHA è governata da un Energy Manage ment System (EMS) al fine di conseguire, ad
esempio, assegnati obiettivi come la massimizzazione dell’energia prodotta da fonte
rinnovabile e la minimizzazione dell’energia importata dalla rete di distribuzione.

7 2 Capitolo II
2.1 Progettazione dell’involucro
Il primo passo nella progettazione del nuovo involucro è stato partire dal generare il modello
CAD dell’involucro utilizzato precedentemente, in modo tale da avere un’idea di massima
sugli ingombri dei vari componenti . In figura 2.1 viene mostrato il mode llo CAD dell’involucro
utilizzato in precedenza , mentre in figura 2.2 viene mostrato il modello reale .

Figura 2.1- Modello CAD p rototipo iniziale dell’involucro .

Tale involucro è stato progettato per una nano -grid avente una potenza di 1 kW. Una volta
ottenuto il modello CAD dell’involucro precedentemente utilizzato si è passati alla
progettazione di un nuovo involucro . Le motivazioni che hanno portato alla riprogettazione
dell’involucro sono dovute all’aumento della potenza della nano -grid, fino a 10 kW, ed ad un
miglioramento del rendimento.
Per la realizzazione del nuovo involucro ci si è preposto l’obbiettivo di ridurre al minimo gli
ingombri senza distaccarsi troppo dalle dimensioni del primo prototipo.
Nella nuova configurazione è previsto l’utilizzo di due trasformatori toroidali ad alta efficienza
che dissipano quantità minime di calore, sono state appositamente realizzate nuove sche de di
segnale e di potenza.
La scheda di potenza ha richiesto particolare attenzione in quanto è stata realizzata in modo tale
da separare la parte di scheda dedicata alla potenza dalla parte di scheda dedicata ai segnali e
dalla presenza di un Insulated Gate Bipolar Transistor “IGBT” che genera un elevato
quantitativo di calore.
Figura 2.2 Prototipo iniziale reale.

8 Sulla scheda di potenza , per separare la parte di segnale con quella di potenza , si è collocato
l’IGBT. Una volta definito il tipo di IGBT si è passati ad individuare un dissipa tore tale da
poter smaltire il calore generato.
Ciò per cui si differenzia la nuova configurazione, oltre alla potenza ed al migliore rendimento,
è il layout dei componenti all’interno dell’involucro .
Il layout dei componenti è dipeso essenzialmente dalla necessità di separare la parte di potenza
da quella di segnale. In una prima configurazione la scheda di potenza e quella di segnale erano
separate magneticamente da una lamina di metallo sia tra di loro che dai trasformatori. Però
questa configurazione pr evedeva una distanza eccessiva tra la scheda di potenza ed i filtri ,
infatti dalla scheda di potenza si ha in uscita un segnale ad onda quadra ad alta frequenza, e per
evitare disturbi del segnale bisogna ridurne al minimo la distanza dai filtri. Per risol vere tale
inconveniente si è passati ad adottare una configurazione dell’involucro tale da prevedere due
zone: una dedicata alle schede, separate opportunamente tra loro, ed una zona dedicata ai
trasformatori ed ai filtri.
Per ottenere un ulteriore isola mento si è deciso di inserire i trasformatori ed i filtri all’interno
di box metallici a loro dedicati. Questa soluzione permette di preassemblare ogni box con i
relativi componenti cosicché sull’ involucro vadano fissati direttamente i box e non i singoli
componenti. Per permettere un miglior afflusso d’aria al dissipatore che è posizionato tra i due
box è stata adottata la soluzione d’inserire una piastra che collega superiormente i due box come
mostrato in figura 2.3. In questo modo, oltre a realizzare un condotto in cui l’aria possa fluire,
si è permesso il cablaggio tra filtri e trasformatori senza il rischio che i cavi entrino in contatto
con il dissipatore.

Figura 2.3- Condotto formato dalla pia stra e dai due box .

9 Una volta definito il layout dei vari dispositivi si è passati a lla progettazione delle varie
componenti che costituiscono l’involucro.
La progettazione è stata eseguita al calcolatore mediante il software PTC Creo2.0, utilizzando
lamier e d’acciaio opportunamente sagomate e piegate. Per le varie parti ci si è basati sulle
dimensioni utilizzate in precedenza nel primo prototipo d’involucro e, successivamente , si è
verificato che l’assieme fosse in grado di sopportare il carico richiesto. In figura 2.4 e 2.5 viene
mostrata la configurazione finale che si è deciso di adottare. Le varie fasi di montaggio verranno
riprese all’interno del capitolo 3.

Figura 2.4- Viene mostrata la configurazione interna di tutti i componenti realizzati al calcolatore.

Figura 2.5 – Viene mostrata la configurazione finale dei componenti realizzati al calcolatore .

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3 Capitolo III
3.1 Analisi statica e termica
3.1.1 Definizione di elementi finiti
Il metodo degli elementi finiti ci permette di ottenere una soluzione ai problemi di campo. Nella
risoluzione di un problema di campo bisogna determina re la distribuzione spaziale di una o più
variabili dipendenti. Le formulazioni degli elementi finiti, già pronte per l’uso, sono presenti
all’interno d ei programmi commerciali che effettuano l’analisi agli elementi finiti -Finite
Element Analysis (FEA).
Il singolo elemento finito può essere considerato come un a piccol a parte della struttura. Ad ogni
elemento finito del campo è conce sso avere solo una semplice variazione spaziale che viene
descritta da termini polinomiali. Più elementi sono collegati fra loro attraverso punti chiamati
nodi. Una volta assemblati i singo li elementi costituiscono un a struttura di elementi finiti. Con
struttura viene indicata sia il componente che una regione dello stesso. La particolare
disposizione degli elementi va a formare una maglia detta Mesh in inglese.
In figura 3 .1 è mostrato un modello bidimensionale di un dente di una ruota dentata. Tutti i nodi
e gli elementi giacciono nel piano della figura .

Figura 3.1- Esempio di mesh sul dente di una ruota dentata .
Numericamente, una mesh di elementi finiti FE è rappresentato da un sistema di equazioni
algebriche da risolvere nelle incognite ai nodi. Le incognite nodali sono valori della grandezza
di campo e, a seconda del tipo di elemento, probabilmente anche della sua derivata prima. La
soluzione nei nodi, quando è combinata con il campo assunto in un dato elemento, determina
completamente la variazione spaziale della grandezza in esame nell’elemento stesso. Di

11 conseguenza la quantità di campo su tutta la struttura è approssimata, elemento per elemento,
con modalità a tratti. Sebbene una soluzione FEA non è esatta (a meno che il problema è così
semplice che la FEA è probabilmente non appropriata), la soluzione può essere migliorata
andando ad incrementare il numero d i elementi che vanno a comporre la struttura . La FEA pone
diversi vantaggi rispetto alla maggior parte dei metodi di analisi numerica, tra i quali si ha una
maggiore versatilità e d un legame diretto con il problema fisico da trattare.
• La FEA può essere a pplicate ad un qualsiasi problema di campo tipo: trasmissione del calore,
analisi delle sollecitazioni, campi magnetici, e così via.
• Le condizioni di vincolo e di carico non sono limitate. Ad esempio, nell’analisi delle
sollecitazioni, qual unque zona della struttura può essere supportata, mentre si possono
applicare forze distribuite o concentrate in una qualsiasi parte della struttura .
• I materiali non devono essere obbligatoriamente isotropi e possono variare da un elemento ad
un altro o anche all’int erno di uno stesso elemento.
• Si possono combinare componenti aventi comportamenti e descrizioni matematiche differenti .
Così un unico modello FE potrebbe contenere barre, travi, piastre, cavi e elementi di attrito.
• Una struttura FE è simile a quella reale o alla regione da analizzare.
• Nelle zone dove i gradienti della grandezza di campo sono maggiori e dove necessita una
risoluzione più accurata, l’approssimazione può essere resa più accurata andando ad aumentare
il numero degli elementi.
Per la r isoluzione di un problema , quest’ultimo viene affrontato in vari step.
Classificazione, Modellazione e Discretizzazione . Il primo passo è quello di andare ad
individuare e dunque classificare i vari fenomeni fisici coinvolti. Successivamente si verifica
che il problema sia dipendente o meno dal tempo (infatti, nell'analisi delle tensioni, ci si chiede
se il problema è statico o dinamico). Se si ha un caso non linear e risulta necessario una soluzione
iterativa. È necessario i ndividuare i risultati che si int endono ottenere dalle analisi e specificare
la precisione richiesta. Nella modellazione Il problema viene modellato con un metodo
analitico. Anche nei laboratori sperimentali vengono utilizzati dei modelli fino a quando non
viene testata la struttura fisica. Un modello di analisi può essere elaborato s olo dopo aver
compreso la natura fisica del problema. Nella fase di modellazione, si cerca di escludere tutti
gli elementi superflui e mantenedo tutte le caratteristiche essenziali, in modo che l’analisi del
modello non risulti inutilmente complicata e sia in grado di descrivere il problema reale con
sufficiente accuratezza. Un modello geometrico diventa un modello matematico quando il suo

12 comportamento è descritto, o approssimato, da opportune equazioni differenziali e condizioni
al contorno. Le equazioni, a seconda delle loro particolari forme, possono includere restrizioni
come omogeneità, isotropia, la costanza delle proprietà dei materiali, e deformazioni e rotazioni
di piccola entità.
E’ importante ricordare che la simulazion e FEA non è la realtà. La FEA viene applicata al
modello matematico. Anche una FEA molto accurata può essere in contrasto con la realtà fisica
se il modello matematico è inadeguato o insufficiente. Discretizzazione Un modello
matematico è discretizzato, dividendolo in una mesh di e lementi finiti. Così un campo
completamente continuo è rappresentata da un campo continuo a tratti, definito da un numero
finito di grandezze nodali e di semplici interpolazioni all'interno di ogni elemento. Chiaramente,
la discretizzazione introduce un’ap prossimazione. Relativamente alla realtà, due fonti di errore
vengono introdotte: errore di modellazione e l’errore di discretizzazione.
Errore di modellazione può essere ridotta migliorando il modello; errore di discretizzazione può
essere ridotto utilizz ando più elementi. Anche se l'errore di discretizzazione potrebbe essere
ridotto a zero, la realtà potrebbe non essere perfettamente rappresentata e rimane l'errore di
modellazione. Inoltre, l'aritmetica del computer introduce un errore numerico utilizzand o
numeri di precisione finita per rappresentare i dati e i risultati delle manipolazioni. L’errore
numerico è solitamente piccolo, ma può essere reso più grande da alcune situazioni fisiche e da
una discretizzazione insufficiente. Un esempio molto semplice di modellazione e
discretizzazione è costituito dalla struttura mostrato in figura 3 .2.

Figura 3.2- Rappresentazione di struttura discretizzata .

13
3.1.2 Verifica strutturale dell’involucro
I componenti che compongono la struttura sono stati realizzati tenendo conto degli spessori
utilizzati nella precedente configurazione. Mediante analisi FEM è stata eseguita una verifica
strutturale dell’involucro , in modo tale da verificare che l’involucr o da noi progettato fosse in
grado di resistere ai carchi a cui verrà sottoposto.

Figura 3.3 Risultato analisi strutturale eseguita sugli elementi portanti dell’involucro .
In figura 3. 3 sono riportati i r isultati dell’analisi. Si può osservare la tensione massima a cui
sarà sottoposto l’involucro è nettamente inferiore alla tensione di snervamento del materiale.
La deformazione viene rappresentata con una scala molto superiore a quella reale per
permettere di osservare meglio il modo in cui si andrà a deformare l’ involucro quando è
soggetto al nostro carico.

14

3.1.3 Analisi termica sul dissipatore
Il passaggio alla configurazione da 10 kW ha portato ad un maggiore quantitativo di calore da
dover smaltire , per cui l’ IGBT ha richiesto l’utilizzo di un dissipatore di dimensioni
considerevoli, infatti la casa costruttrice dell’IGBT consiglia un dissipatore SEMIKRON
P3/300 che è il modello più grande utilizzabile per tale IGBT , con la presenza di una ventola
assiale, prodotta sempre dalla stessa casa costruttrice, avente una portata volumetrica di 150
m^3/h. Per maggiore completezza si è effettuata un’analisi termica da cui si può osservare come
la temperatura varia lungo la sezione del dissipatore , considerando la temperatura massima
raggiunta dall’IGBT pari a 448.15 K ed una temperatura ambiente pari a 298.1 5 K ed un
coefficiente di scambio termico convettivo pari a 21. In figura 3. 4 viene mostrato il risultato
dell’analisi.

Figura 3.4- Risultati analisi termica eseguita sul dissipatore.
In figura 3.5 si può osservare come varia la resistenza termica del dissipatore in funzione della
lunghezza , in condizione di convezione naturale , mentre in figura 3.6 viene mostrato

15 l’andamento della resistenza termica in funzione della velocità del flusso d’aria.

Figura 3.5- Diagramma resistenza termica in funzione della lunghezza.

Figura 3.6- Diagramma resistenza termica in funzione della velocità del flusso d’aria.

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4 Capitolo IV
4.1 Studio analisi di montaggio
Durante la progettazione dell’involucro si è tenuto conto anche delle varie problematiche in cui
si può incorrere in fase di assemblaggio dell’involucro. Al calcolatore è stata simulata la fase
di assemblaggio. Al fine di facilitarne l’assemblaggio finale , nella realtà, si è pensato di
suddividere l’intero assieme in tre sotto -assiemi. Una volta assemblati i sotto -assiemi si può
passare all’assemblaggio finale.
4.2 Insieme telaio
Il telaio è costituito da quattro tra vi, un diaframma, un supporto, due lamine di visorie e due
basi. Tutti i componenti costituenti il telaio dell’involucro vengono uniti tramite rivettatura in
modo tale da realizzare la struttura portante dell’involucro, come mostrato in figura 4.1.

Figura 4.1- Telaio dell’involucro .
4.3 Insieme box -filtri
All’interno del box -filtri vengono posizionati tre filtri “lc” ed un filtro “lcl” che tramite delle
apposite staffe verranno avvitati al box, come si può osservare dalla figura 4.2.

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Figura 4.2- Assieme costituito da: un box, tre filtri lc, un filtro lc e quattro staffe.
4.4 Insieme box -trasformatori
All’interno del box -filtri vengono posizionati due trasformatori toroidali ad alta effici enza, due
filtri emi , quattro supporti e due staffe che ci permettono di fissare il tutto al box, come viene
mostrato in figura 4.3.

Figura 4.3- Assieme costituito da: un box, due trasformatori, due filtri, due staffe e quattro supporti.

18 4.5 Assemblaggio finale
Una volta che i sotto -assiemi sono stati realizzati si può passare all’assemblaggio finale.
L’assemblaggio finale è stato studiato in modo tale da ridurre al minimo le operazioni
necessari e. Di seguito sono riportate le varie fasi necessarie all’assemblaggio finale .
4.5.1 Vista l ato schede
Il primo passo da eseguire è quello di fissare : la scheda di potenza, la scheda di segnale e la
scheda dei contattori al diaframma, come mostrato in figura 4.4.

Figura 4.4- Vista assemblato dal lato delle schede.

19 4.5.2 Vista l ato trasformatori
Successivamente vanno fissati al telaio il dissipatore, i due box e la piastra che unisce i due box,
come mostrato in figura 4.5. Infine si può fissare la lamiera di copertura, come si vede in
figura 4.6.

Figura 4.5- Vista assemblato dal lato dei trasformatori.

Figura 4.6- Vista dell’assemblato dopo il fissaggio della lamiera .

20 4.5.3 Vista l ato scarico
Ora si può f issare la lamiera di copertura , dal lato dello scarico, al telaio come mostrato in figura
4.7.

Figura 4.7- Vista dell’assemblato dopo il fissaggio della lamiera dal lato dello scarico .
4.5.4 Vista l ato ventola
Di seguito si passa a fissare la ventola, i vari pressacavi e la ventola sulla lamiera per poi fissare
il tutto sul telaio come viene mostrato in figura 4.8.

Figura 4.8- Vista dell’assemblato a seguito del fissaggio de lla lamiera dal lato della ventola .

21 4.5.5 Vista l ato frontale
Successivamente si può passare a fissare i pressacavi ed il display sulla lamiera di copertura e
fissare il tutto al te laio, come mostrato in figura 4.9.

Figura 4.9- Assieme finale dell’involucro .

22 5 Conclusioni
L’obbiettivo del presente lavoro di tesi è stato quello di realizza re un prototipo d’involucro per
una nano -grid di potenza pari a 10 kW . Durante la fase di progettazione sono sorte diverse
problematiche che hanno richiesto un lavoro ingegneristico . Il primo problema riscontrato è
stato quello di realizzare un prototipo che non si discostasse troppo dalle d imensione relative a l
primo modello utilizzato, che prevedeva una potenza di 1 kW. Per ovviare a t ale problema è
stata studiata una nuova configurazione che prevede il posizionamento dei trasformatori al
disotto delle schede di potenza e di segnale . Tale configurazione prevede inoltre la presenza di
componenti che vadano a garantire l’isolamento magnetico tra le varie parti. Un altro obiettivo
è stato quello di ridurre al minimo gli interventi sull’involucro , tale per cui si è optato per
l’inserimento dei filtri e dei trasformatori all’interno di due box , in modo tale che, in fase di
montaggio, solo i box vadano fissati alla struttura dell’involucro . Una particolare attenzione è
stata rivolta alla veri fica strutturale dell’involucro , tale verifica è stata eseguita tramite
un’analisi FEM . I risultati dell’analisi oltre a verificare che l’involucro resista ci hanno
permesso di osservare la deformazione subita dall’involucro e di individuarne i punti
maggiormente sollecitati . A seguito della progettazione , con relative verifiche , i vari
componenti sono stati mandati in produzione e nelle figur e 1-a, 1-b, ed 1 -c è possibile osservare
l’involucro reale.

figura – 1-a viene ,mostrato l’involucro dal lato delle schede.

23
figura – 1-b viene ,mostrato l’involucro dal lato dei trasformatori.

figura – 1-c viene ,mostrato l’involucro a seguito del mo ntaggio

24
6 Allegati
6.1 Tavole tecniche
In allegato sono riportate le tavole tecniche e i file prt , dei singoli componenti che costituiscono
l’involucro, una tabella dove sono riportati i vari componenti che costituiscono l’involucro e le
componenti elettriche che ne permettono il funzionamento, con le rispetti ve quantità .

25
Bibliografia
 Materiale didattico del corso di Elementi Costruttivi di Macchine, Prof. Franco
Furg iuele.
 G. Barone, A. Burgio, D. Menniti, M. M otta, A. Pinnarelli and N. Sorrentino, "A printed
circuit board suitable for controlling a 22.8kVA IGBT three -phase inverter for DC
Nanogrids in a laboratory setup," 2017 IEEE International Con ference on Environment
and Electrical Engineering and 2017 IEEE Industrial and Commercial Power Systems
Europe (EEEIC / I&CPS Europe), Milan, 2017, pp. 1 -6.
 D. Menniti et al., "Nanogrids for Home Application in a Power Cloud framework," 2016
AEIT Internati onal Annual Conference (AEIT), Capri, 2016, pp. 1 -6.
 G. Brusco et al., "A compact nanogrid with a behavior -tree control for islanded
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Networking, Sensing and Control (ICNSC), Zhuhai , 2018, pp. 1 -6
 G. Barone, A. Burgio, D. Menniti, M. Motta, A. Pinnarelli and N. Sorrentino, "Remote
control of nanogrids: A cost -effective solution in a laboratory setup," 2017 IEEE
International Conference on Environment and Electrical Engineering and 2017 IEEE
Industrial and Commercial Power Systems Europe (EEEIC / I&CPS Europe), Milan,
2017, pp. 1 -6.
 https://www.semikron.com/products/product -classes/accessories/heatsinks.html .

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Ringraziamenti:
In questa esperienza, qual è stata la mia carriera universitaria, desidero ringraziare i miei
genitori ed i miei fratelli che in questi anni mi sono stat i vicin i soprattutto quando pensavo di
non potercela fare. Vorrei ringraziare anche i miei amici che ha nno reso speciale questa
esperienza.