El ingeniero energético que electrifica los tractores, camiones y más de John Deere

Jul 06, 2023

Para Brij Singh, electrizante Los vehículos pesados ​​de John Deere reflejan su pasado. Singh creció en una granja en la India y está comprometido a mejorar el futuro de la agricultura. John Deere, con sede en Moline, Illinois, es líder en maquinaria agrícola, de construcción, forestal y para el cuidado del césped. Singh, ingeniero en electrónica de potencia, ha estado trabajando para reemplazar los motores de combustión interna utilizados en los equipos de la empresa por versiones híbridas (diésel-eléctricas) y totalmente eléctricas.

"La electrónica de potencia y la electrificación de los equipos agrícolas pueden ayudar a mejorar nuestro mundo al reducir la huella de gases de efecto invernadero de los equipos, proporcionar alimentos y fibra para alimentar, albergar y vestir al mundo, y ayudar a los agricultores a seguir siendo rentables", dice Singh.

Singh creció en una granja de 10 hectáreas que su familia ha poseído durante más de seis siglos en Shahpur Charki, una aldea de 560 personas en el estado de Uttar Pradesh, India.

Empleador:

John Deere, Fargo, Dakota del Norte

Título:

Responsable de relaciones externas para Australia, Canadá, Nueva Zelanda y Estados Unidos

Educación:

Licenciatura en ingeniería eléctrica, Mohan Malaviya Engineering College; maestría en ingeniería, Instituto Indio de Tecnología Roorkee; Doctor. en ingeniería, Instituto Indio de Tecnología de Delhi

“Vengo de una larga línea de agricultores. Personalmente sé lo importante que es [la agricultura]”, dice.

En 2007, se unió al grupo de soluciones electrónicas de John Deere, en Fargo, Dakota del Norte, como ingeniero de planta. Hace tres años, pasó de su función técnica a una función más táctica, asumiendo el puesto recién creado de gerente de relaciones externas. Es responsable de conseguir financiación gubernamental para llevar a cabo el trabajo de I+D de la empresa en Australia, Canadá, Nueva Zelanda y Estados Unidos. También ayuda a establecer colaboraciones con grupos de investigación académica para trabajar en tecnologías emergentes que podrían usarse para crear nuevos productos.

Singh disfruta del alcance más amplio y la responsabilidad adicional de su trabajo actual. "Ahora estoy involucrado en decidir los tipos de vehículos en los que trabajar, las tecnologías y componentes que diseñar y probar, y los plazos", dice el miembro del IEEE.

Al principio de su carrera, Singh ayudó a Deere a comenzar la transición para abandonar los motores diésel. Como ingeniero de planta desde 2007 hasta 2011, dirigió, gestionó y contribuyó al diseño, desarrollo e implementación de tecnologías de electrificación. La tecnología de inversor que desarrolló se ha utilizado en las cargadoras de ruedas 644K y 944K de John Deere desde 2012. Los inversores permiten que el tren de potencia de una máquina haga funcionar la energía entre las máquinas eléctricas, actuando como un generador o motor, y convierten la electricidad de CA a CC y viceversa. de nuevo.

Los cargadores de ruedas tienen brazos y cucharones delanteros y traseros que mueven tierra, arena, rocas y otros materiales. El 944K pesa más de 56 toneladas y tiene una capacidad de cuchara de hasta 7,65 metros cúbicos.

Mire este vídeo de un 944K en acción.

Cargador de ruedas híbrido John Deere 944K Experiencia 360°www.youtube.com

Durante la época de Singh como becario postdoctoral en la École de Technologie Supérieure, en la Universidad de Quebec, en Montreal, su investigación involucró una técnica de control de corriente indirecta para reducir los armónicos creados cuando diferentes formas de onda de CA (voltajes y frecuencias) creaban componentes dañinos. calor; el sistema que desarrolló mantuvo el voltaje libre de distorsión armónica. El trabajo de Singh generalmente se utiliza en aplicaciones que no son de Deere, como un sistema de carga de baterías conectado a recursos energéticos distribuidos como generadores solares, eólicos y diésel.

Pasar de vehículos industriales diésel a vehículos híbridos y totalmente eléctricos ofrece muchos beneficios, afirma Singh. Para el operador, las máquinas son mucho menos ruidosas y más fáciles de controlar. Para el propietario, los vehículos reducen costos porque tienen mayor eficiencia de combustible, menor desgaste de neumáticos y requieren menos reparaciones. También emiten menos gases de efecto invernadero, lo cual es a la vez un objetivo de la empresa y un mandato cada vez mayor de los gobiernos.

Al igual que el paso de la industria automotriz hacia vehículos híbridos y totalmente eléctricos, la transición a las máquinas industriales requiere que se desarrollen y prueben nuevos diseños, software y materiales. Ese era el trabajo de Singh cuando se unió al departamento de electrónica de potencia avanzada de la compañía en 2011 como ingeniero senior. Trabajó en sistemas electrónicos de alta eficiencia, incluidas tecnologías de conversión de energía de banda ancha para inversores de vehículos eléctricos.

Los dispositivos semiconductores fabricados con materiales de banda prohibida amplia, como el carburo de silicio (SiC) y el nitruro de galio (GaN), pueden funcionar a voltajes, temperaturas y frecuencias mucho más altos que los dispositivos de silicio tradicionales. Estos materiales permiten que componentes como los inversores sean más pequeños y más eficientes energéticamente, afirma Singh.

"La energía eléctrica y la electrificación de equipos agrícolas pueden ayudar a mejorar nuestro mundo al reducir la huella de gases de efecto invernadero de los equipos y proporcionar alimentos y fibra para alimentar, albergar y vestir al mundo".

Para acelerar la evolución de la electrificación de Deere, de 2015 a 2021, Singh y su grupo colaboraron con investigadores del Laboratorio Nacional de Energía Renovable del Departamento de Energía de EE. UU. para desarrollar un inversor de carburo de silicio de 200 kilovatios y 1050 voltios, que ahora se utiliza en los modelos 644K y el 944K. La colaboración con NREL llevó a la empresa a recibir financiación a través de un programa del gobierno de EE. UU. para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero.

Singh dice que su trabajo actual de conseguir financiación gubernamental y establecer relaciones con grupos universitarios es necesario en áreas de investigación donde la empresa carece de experiencia, tiempo y recursos.

"La financiación gubernamental ayuda a la empresa a dedicarse a la investigación y la innovación mucho más rápido", afirma. “Sin él, podríamos tener que posponer nuestros esfuerzos otros 5 a 10 años. Con ello se acelera la innovación en el desarrollo y adopción de nuevas tecnologías”.

Singh todavía participa en el desarrollo de nuevas tecnologías mientras continúa explorando la tecnología emergente y su aplicación a equipos agrícolas y de construcción como miembro de John Deere.

Singh fue el primero de su familia en ir a la universidad. Obtuvo una licenciatura en ingeniería eléctrica en 1989 en la Facultad de Ingeniería Mohan Malaviya de Gorakhpur, India. (Esta institución se convirtió en la Universidad Tecnológica Madan Mohan Malaviya en 2013). Luego obtuvo una maestría en ingeniería en 1991 del Instituto Indio de Tecnología Roorkee, en Uttarakhand, y un doctorado. en ingeniería en 1996 del Instituto Indio de Tecnología de Delhi.

A esto le siguieron puestos de posdoctorado que trabajaban en diversos aspectos de la electrónica de potencia, incluido el control de la calidad de la energía y los convertidores de CA a CC y de CC a CC para su uso en productos de telecomunicaciones. Singh pasó unos dos años como postdoctorado en ETS Montreal y luego un año como investigador en la Universidad Concordia, también en Montreal.

En 2000, se convirtió en profesor asistente de ingeniería eléctrica e informática en la Universidad de Tulane, en Nueva Orleans. Allí participó en proyectos de I+D sobre convertidores de control de calidad de energía y sistemas de energía renovable. Impartió cursos de electrónica de potencia, sistemas microelectromecánicos e ingeniería de RF.

Hay muchas oportunidades profesionales para los ingenieros que quieran trabajar en electrónica de potencia, afirma Singh. Eso incluye trabajar en energía solar y eólica, vehículos eléctricos, energía industrial y electrónica de consumo.

Si está interesado en aprender cómo convertir vehículos de gasolina en eléctricos, Singh sugiere tomar al menos un curso sobre sistemas de energía para comprender cómo funcionan los sistemas de energía de los vehículos eléctricos. También considere tomar un curso de electrónica de potencia y aprender sobre topologías de energía, que son las diversas formas en que se pueden interconectar los componentes de energía, dice. Para diseñar dispositivos semiconductores que utilicen nuevos materiales como SiC y GaN, aprenda algo de ciencia de materiales.

¿Podrá Singh probar los vehículos que está ayudando a electrificar? La respuesta es sí.

"Es increíblemente gratificante probar una máquina que he ayudado a desarrollar", afirma. “Una cosa es hablar de cómo beneficiará a los clientes, pero otra muy distinta es experimentar la máquina como la experimentan nuestros trabajadores de la construcción. Es uno de los mejores aspectos de mi trabajo”.