L’ingénieur électricien qui électrifie les tracteurs, les camions et plus encore de John Deere

Pour Brij Singhélectrisant John DeereLes véhicules lourds de reflètent son passé. Singh a grandi dans une ferme en Inde et s’engage à améliorer l’avenir de l’agriculture. John Deere, dont le siège est à Moline, dans l’Illinois, est un leader dans le domaine des machines agricoles, de construction, forestières et d’entretien du gazon. Singh, ingénieur en électronique de puissance, s’efforce de remplacer les moteurs à combustion interne utilisés dans les équipements de l’entreprise par des versions hybrides (diesel-électrique) et entièrement électriques.

« L’électronique de puissance et l’électrification des équipements agricoles peuvent contribuer à améliorer notre monde en réduisant l’empreinte des gaz à effet de serre des équipements, en fournissant de la nourriture et des fibres pour nourrir, loger et vêtir le monde, et en aidant les agriculteurs à rester rentables », déclare Singh.

Singh a grandi dans une ferme de 10 hectares que sa famille possède depuis plus de six siècles à Shahpur Charki, un village de 560 habitants dans l’État de l’Uttar Pradesh, en Inde.

« Je viens d’une longue lignée d’agriculteurs. Personnellement, je sais à quel point il est important [farming] c’est”, dit-il.

En 2007, il rejoint le groupe de solutions électroniques de John Deere, à Fargo, dans le Dakota du Nord, en tant qu’ingénieur. Il y a trois ans, il est passé de son rôle technique à un rôle plus tactique, en assumant le poste nouvellement créé de responsable des relations externes. Il est chargé d’obtenir un financement gouvernemental pour mener à bien les travaux de R&D de l’entreprise en Australie, au Canada, en Nouvelle-Zélande et aux États-Unis. Il aide également à établir des collaborations avec des groupes de recherche universitaires pour travailler sur des technologies émergentes qui pourraient être utilisées pour créer de nouveaux produits.

Singh apprécie la portée plus large et les responsabilités supplémentaires de son travail actuel. «Je suis désormais impliqué dans le choix des types de véhicules sur lesquels travailler, des technologies et des composants à concevoir et à tester, ainsi que des délais», explique le membre de l’IEEE.

Transition vers des machines hybrides et entièrement électriques

Plus tôt dans sa carrière, Singh a aidé Deere à entamer la transition vers les moteurs diesel. En tant qu’ingénieur du personnel de 2007 à 2011, il a dirigé, géré et contribué à la conception, au développement et au déploiement de technologies d’électrification. La technologie d’onduleur qu’il a développée a été utilisée dans les 644 Ko et 944 Ko chargeuses sur pneus depuis 2012. Les onduleurs permettent au groupe motopropulseur d’une machine de faire circuler l’énergie entre les machines électriques, agissant comme un générateur ou un moteur, et ils convertissent l’électricité du courant alternatif en courant continu et inversement.

Les chargeuses sur pneus sont équipées de flèches et de godets avant et arrière qui déplacent la terre, le sable, les roches et d’autres matériaux. Le 944K pèse plus de 56 tonnes et a une capacité de godet allant jusqu’à 7,65 mètres cubes.

Regardez cette vidéo d’un 944K en action.

Expérience à 360° avec la chargeuse sur pneus hybride John Deere 944Kwww.youtube.com

Pendant que Singh était boursier postdoctoral au École de Technologie Supérieure, à l’Université du Québec, à Montréal, ses recherches portaient sur une technique de contrôle du courant indirect pour réduire les harmoniques créées lorsque différentes formes d’onde CA (tensions et fréquences) créaient une chaleur endommageant les composants ; le système qu’il a développé maintenait la tension exempte de distorsion harmonique. Le travail de Singh est généralement utilisé dans des applications non-Deere, telles qu’un système de chargement de batterie connecté à des ressources énergétiques distribuées telles que des générateurs solaires, éoliens et diesel.

Les avantages des véhicules industriels électriques

Passer du diesel aux véhicules industriels hybrides et entièrement électriques présente de nombreux avantages, explique Singh. Pour l’opérateur, les machines sont nettement moins bruyantes et plus faciles à contrôler. Pour le propriétaire, les véhicules réduisent les coûts car ils ont un meilleur rendement énergétique, une usure moindre des pneus et nécessitent moins de réparations. Ils émettent également moins de gaz à effet de serre, ce qui est à la fois un objectif de l’entreprise et de plus en plus exigé par les gouvernements.

À l’instar du passage de l’industrie automobile aux véhicules hybrides et entièrement électriques, la transition entre l’industrie et les machines nécessite le développement et le test de nouvelles conceptions, logiciels et matériaux. C’était le travail de Singh lorsqu’il a rejoint le département d’électronique de puissance avancée de l’entreprise en 2011 en tant qu’ingénieur senior. Il a travaillé sur des systèmes électroniques à haut rendement, notamment des technologies de conversion de puissance à large bande interdite pour les onduleurs de véhicules électriques.

Les dispositifs semi-conducteurs fabriqués avec des matériaux à large bande interdite tels que le carbure de silicium (SiC) et le nitrure de gallium (GaN) peuvent fonctionner à des tensions, des températures et des fréquences beaucoup plus élevées que les dispositifs au silicium traditionnels. Ces matériaux permettent à des composants tels que les onduleurs d’être plus petits et plus économes en énergie, explique Singh.

“L’électricité et l’électrification des équipements agricoles peuvent contribuer à améliorer notre monde en réduisant l’empreinte des gaz à effet de serre des équipements et en fournissant de la nourriture et des fibres pour nourrir, loger et vêtir le monde.”

Pour accélérer l’évolution de l’électrification de Deere, de 2015 à 2021, Singh et son groupe ont collaboré avec des chercheurs du Département américain de l’énergiec’est Laboratoire national des énergies renouvelables pour développer un onduleur en carbure de silicium de 200 kilowatts et 1 050 volts, qui est désormais utilisé dans le 644K et le 944K. La collaboration avec NREL a conduit l’entreprise à recevoir un financement via un programme du gouvernement américain visant à réduire les émissions de gaz à effet de serre.

Singh affirme que son travail actuel consistant à obtenir un financement gouvernemental et à établir des relations avec des groupes universitaires est nécessaire dans les domaines de recherche où l’entreprise manque d’expertise, de temps et de ressources.

«Le financement gouvernemental aide l’entreprise à poursuivre ses recherches et ses innovations beaucoup plus rapidement», dit-il. « Sans cela, nous pourrions devoir reporter nos efforts de 5 à 10 ans supplémentaires. Grâce à cela, l’innovation est accélérée dans le développement et l’adoption de nouvelles technologies.

Singh est toujours impliqué dans le développement de nouvelles technologies tout en continuant d’explorer les technologies émergentes et leurs applications aux équipements agricoles et de construction en tant que boursier John Deere.

Devenir un expert en électronique de puissance

Singh a été le premier de sa famille à aller à l’université. Il a obtenu un baccalauréat en génie électrique en 1989 de Collège d’ingénierie Mohan Malaviya à Gorakhpur, en Inde. (Cette institution est devenue la Université de technologie Madan Mohan Malaviya en 2013). Il a ensuite obtenu une maîtrise en ingénierie en 1991 à l’Université Institut indien de technologie Roorkee, dans l’Uttarakhand, et un doctorat. en ingénierie en 1996 de la Institut indien de technologie Delhi.

Cela a été suivi par des postes postdoctoraux travaillant sur divers aspects de l’électronique de puissance, notamment le contrôle de la qualité de l’énergie et les convertisseurs AC-DC et DC-DC destinés à être utilisés dans télécommunications des produits. Singh a passé environ deux ans en postdoctorat à ETS Montréal puis une année en tant que chercheur à Université Concordia, également à Montréal.

En 2000, il devient professeur adjoint de génie électrique et d’informatique à Université de Tulane, à la Nouvelle-Orléans. Là, il a participé à des projets de R&D sur les convertisseurs de contrôle de la qualité de l’énergie et les systèmes d’énergie renouvelable. Il a enseigné des cours en électronique de puissance, en systèmes microélectromécaniques et en ingénierie RF.

Conseils aux futurs ingénieurs électriciens

Il existe de nombreuses opportunités de carrière pour les ingénieurs souhaitant travailler dans le domaine de l’électronique de puissance, explique Singh. Cela inclut le travail sur l’énergie solaire et éolienne, véhicules électriquesla puissance industrielle, et électronique grand public.

Si vous souhaitez savoir comment convertir des véhicules à essence en véhicules électriques, Singh suggère de suivre au moins un cours sur les systèmes électriques pour comprendre le fonctionnement des systèmes électriques des véhicules électriques. Pensez également à suivre un cours d’électronique de puissance et à vous renseigner sur les topologies de puissance, qui sont les différentes manières par lesquelles les composants de puissance peuvent être interconnectés, dit-il. Pour concevoir des dispositifs semi-conducteurs utilisant de nouveaux matériaux comme le SiC et le GaN, apprenez quelques notions de science des matériaux.

Singh pourra-t-il tester les véhicules qu’il aide à électrifier ? La réponse est oui.

« C’est incroyablement gratifiant de tester une machine que j’ai contribué à développer », dit-il. « C’est une chose de parler des avantages que cela apportera aux clients, mais c’en est une toute autre de faire l’expérience de la machine comme le font nos ouvriers du bâtiment. C’est l’un des meilleurs aspects de mon travail.