Field Weakening, Parameters and Operation Range of the Permanent Magnet Traction Motors

The main focus of this thesis is to define the field weakening point of permanent magnet synchronous machine with embedded magnets in traction applications. Along with the thesis a modelling program is made to help the designer to define the field weakening point in practical applications. The thesis utilizes the equations based on the current angle. These equations can be derived from the vector diagram of permanent magnet synchronous machine. The design parameters of the machine are: The maximum rotational speed, saliency ratio, maximum induced voltage and characteristic current. The main result of the thesis is finding out the rated rotational speed, from which the field weakening starts. The action of the machine is estimated at a wide speed range and the changes of machine parameters are examined.

Energy Efficiency of Pumping Medium Consistency Pulp with Centrifugal Pump

Approximately a quarter of electrical power consumption in pulp and paper industry is used in different pumping systems. Therefore, improving pumping system efficiency is a considerable way to reduce energy consumption in different processes. Pumping of wood pulp in different consistencies is common in pulp and paper industry. Earlier, centrifugal pumps were used to pump pulp only at low consistencies, but development of MC technology has made it possible to pump medium consistency pulp. Pulp is a non-Newtonian fluid, which flow characteristics are significantly different than what of water. In this thesis is examined the energy efficiency of pumping medium consistency pulp with centrifugal pump. The factors effecting the pumping of MC pulp are presented and through case study is examined the energy efficiency of pumping in practice. With data obtained from the case study are evaluated the effects of pump rotational speed and pulp consistency on energy efficiency. Additionally, losses caused by control valve and validity of affinity laws in pulp pumping are evaluated. The results of this study can be used for demonstrating the energy consumption of MC pumping processes and finding ways to improve energy efficiency in these processes.

Epälineaaristen regressiomenetelmien vertaaminen robottikäden otemallinnuksessa

Tässä työssä verrattiin monikerrosperseptronin, radiaalikantafunktioverkon, tukivektoriregression ja relevanssivektoriregression soveltuvuutta robottikäden otemallinnukseen. Menetelmille ohjelmoitiin koeympäristö Matlabiin, jossa mallit koestettiin kolmiulotteisella kappaledatalla. Koejärjestely sisälsi kaksi vaihetta. Kokeiden ensimmäisessä vaiheessa menetelmille haettiin sopivat parametrit ja toisessa vaiheessa menetelmät koestettiin. Kokeilla kerättiin dataa menetelmien keskinäiseen vertailuun. Vertailussa huomioitiin laskentanopeus, koulutusaika ja tarkkuus. Tukivektoriregressio löydettiin potentiaaliseksi vaihtoehdoksi mallintamiseen. Tukivektoriregression koetuloksia analysoitiin muita menetelmiä enemmän hyvien koetulosten takia.

Design Aspects of Megawatt-Range Direct-Driven Permanent MagnetWind Generators

Direct-driven permanent magnet synchronous generator is one of the most promising topologies for megawatt-range wind power applications. The rotational speed of the direct-driven generator is very low compared with the traditional electrical machines. The low rotational speed requires high torque to produce megawatt-range power. The special features of the direct-driven generators caused by the low speed and high torque are discussed in this doctoral thesis. Low speed and high torque set high demands on the torque quality. The cogging torque and the load torque ripple must be as low as possible to prevent mechanical failures. In this doctoral thesis, various methods to improve the torque quality are compared with each other. The rotor surface shaping, magnet skew, magnet shaping, and the asymmetrical placement of magnets and stator slots are studied not only by means of torque quality, but also the effects on the electromagnetic performance and manufacturability of the machine are discussed. The heat transfer of the direct-driven generator must be designed to handle the copper losses of the stator winding carrying high current density and to keep the temperature of the magnets low enough. The cooling system of the direct-driven generator applying the doubly radial air cooling with numerous radial cooling ducts was modeled with a lumped-parameter-based thermal network. The performance of the cooling system was discussed during the steady and transient states. The effect of the number and width of radial cooling ducts was explored. The large number of radial cooling ducts drastically increases the impact of the stack end area effects, because the stator stack consists of numerous substacks. The effects of the radial cooling ducts on the effective axial length of the machine were studied by analyzing the crosssection of the machine in the axial direction. The method to compensate the magnet end area leakage was considered. The effect of the cooling ducts and the stack end area effects on the no-load voltages and inductances of the machine were explored by using numerical analysis tools based on the three-dimensional finite element method. The electrical efficiency of the permanent magnet machine with different control methods was estimated analytically over the whole speed and torque range. The electrical efficiencies achieved with the most common control methods were compared with each other. The stator voltage increase caused by the armature reaction was analyzed. The effect of inductance saturation as a function of load current was implemented to the analytical efficiency calculation.

Information exchange and disruption risk in multimodal maritime supply chains

Supply chains are becoming increasingly dependent on information ex-change in today’s world, and any disruption can cause severe repercus-sions to the flow of materials in the chain. The speed, accuracy and amount of information are key factors. The aim in this thesis is to address a gap in the research by focusing on information exchange and the risks related to it in a multimodal wood supply chain operating between the Baltic States and Finland. The study involved interviewing people engaged in logistics management in the supply chain in question. The main risk the interviewees identified arose from the sea logistics system, which held a lot of different kinds of information. The threat of breakdown in the Internet connection was also found to hinder the operations significantly. A vulnerability analysis was carried out in order to identify the main actors and channels of infor-mation flow in the supply chain. The analysis revealed that the most important and therefore most vulnerable information-exchange channels were those linking the terminal superintendent, the operative managers and the mill managers. The study gives a holistic picture of the investigated supply chain. Information-exchange-related risks varied greatly. One of the most frequently mentioned was the risk of information inaccuracy, which was usually due to the fact that those in charge of the various functions did not fully understand the consequences for the entire chain.

Studies in offset ink setting

The offset printing process is complex and involves the meeting of two essentially complex materials, printing ink and paper, upon which the final product is formed. It can therefore be expected that a multitude of chemical and physical interactions and mechanisms take place at the ink-paper interface. Interactions between ink and paper are of interest to both the papermakers and ink producers, as they wish to achieve better quality in the final product. The objective of this work is to clarify the combined influence of paper coating structure, printing ink and fountain solution on ink setting and the problems related to ink setting. A further aim is to identify the mechanisms that influence ink setting problems, and to be able to counteract them by changing properties of the coating layer or by changing the properties of the ink. The work carried out for this thesis included use of many techniques ranging from standard paper and printability tests to advanced optical techniques for detection of ink filaments during ink levelling. Modern imaging methods were applied for assessment of ink filament remain sizes and distribution of ink components inside pigment coating layers. Gravimetric filtration method and assessment of print rub using Ink-Surface-Interaction-Tester (ISIT) were utilized to study the influence of ink properties on ink setting. The chemical interactions were observed with the help of modified thin layer chromatography and contact angle measurements using both conventional and high speed imaging. The results of the papers in this thesis link the press operational parameters to filament sizes and show the influence of these parameters to filament size distribution. The relative importance between the press operation parameters was shown to vary. The size distribution of filaments is important in predicting the ink setting behaviour, which was highlighted by the dynamic gloss and ink setting studies. Prediction of ink setting behaviour was also further improved by use of separate permeability factors for different ink types in connection to filtration equations. The roles of ink components were studied in connection to ink absorption and mechanism of print rub. Total solids content and ratio of linseed oil to mineral oil were found to determine the degree of print rub on coated papers. Wax addition improved print rub resistance, but would not decrease print rub as much as lowering the total solids content in the ink. Linseed oil was shown to absorb into pigment coating pores by mechanism of adsorption to pore walls, which highlights the need for sufficient pore surface area for improved chromatographic separation of ink components. These results should help press operators, suppliers of printing presses, papermakers and suppliers to papermakers, to better understand the material and operating conditions of the press as it relates to various print quality issues. Even though paper is in competition with electronic media, high quality printed products are still in demand. The results should provide useful information for this segment of the industry.

Sulfuric acid - glucose separation using mixed-recycle steady state recycling chromatography

Batch chromatography is a widely used separation technique in a variety of fields meeting difficult separations. Several technologies for improving the performance of chromatography have been studied, including mixed-recycle steady state recycling (MR-SSR) chromatography. Design of MR-SSR has been commonly limited on 100 % purity constraint cases and empirical work. In this study a predictive design method was used to optimize feed pulse size and design a number of experimental MR-SSR separations for a solution of 20 % sulfuric acid and 100 g/L glucose. The design was under target product fraction purities of 98.7 % for H2SO4 and 95 % for glucose. The experiments indicate a maximum of 59 % increase in sulfuric acid productivity and 82 % increase for glucose when compared to corresponding batch separation. Eluent consumption was lowered by approximately 50 % using recycling chromatography. Within this study the target purities and yields set in design were not completely met, and further optimization of the process is deemed necessary.

Yleismittarikortin prototyypin suunnittelu modulaariseen testauslaitteeseen

Tämä diplomityö on osa erään yrityksen sisäistä tuotekehitysprojektia. Projektin päämäärä oli kehittää ja tuoda markkinoille uusi modulaarinen testilaite. Markkinoille tuotava laite voi asiakkaan toivomuksesta pitää sisällään jännitelujuus-, eristysvastus- ja vuotovirtamittarin. Tämän lisäksi uuteen testilaitteeseen on mahdollista lisätä muita sisäisiä rele- ja mittalaitekortteja mm. yleismittarimoduulin. Diplomityössä perehdytään elektroniikan eri suureiden mittaamiseen, sekä syvennytään modulaarisen testilaitteen yleismittarikortin prototyypin suunnitteluun. Prototyypin tuli vastata tarkkuudeltaan ja nopeudeltaan markkinoiden johtavien mittalaitevalmistajien tarjoamia yleiskäyttöön tarkoitettuja järjestelmäyleismittareita. Työn lopputuloksena syntyi digitaaliyleismittarikortin prototyyppi. Käytännön syistä prototyyppikortin mittaustulokset ja tulosten käsittely on rajattu kokonaan pois tästä kirjallisesta dokumentista.

Rakennustarkastuksen mobiilityökalun suunnittelu ja toteuttaminen

Rakennusteollisuuden prosessit ovat vielä usein paperipohjaisia, mikä aiheuttaa työmaiden luonteesta johtuen tiedon hajaantumista, hidastaa tiedon siirtymistä ja vaikeuttaa tiedon käsittelyä. Työmaiden väliaikaisilla konttoreilla tiedon määrä voi nousta hallitsemattoman suureksi, mikä haittaa ja hidastaa työnjohdon päätöksentekoa. Käyttämällä sähköisiä työkaluja tiedon keräämistä, keskittämistä ja siirtoa voidaan tehostaa. Projektin tavoitteeksi otettiin teollisuuden laadunvalvonnan tarkastusprosessin tehostaminen ajallisesti käyttämällä tarkastustyöhön sähköistä tarkastuspöytäkirjaa. Tätä varten suunniteltiin sähköinen tarkastusjärjestelmä, joka koostuu kolmesta erillisestä osasta: Tarkastajan mukana kulkeva mobiililaite, jolle tallennetaan suoraan tarkastuksen laatutietoa, palvelinkone avustamaan tiedonsiirrossa ja –varastoinnissa sekä työpöytäsovellus työnjohdon tarpeisiin. Järjestelmää testattiin sähköalan asennuksia tekevässä yrityksessä osana yrityksen normaalia tarkastustyötä. Verrattuna paperiseen pöytäkirjaan sähköinen tarkastusjärjestelmä nopeutti prosessia moninkertaisesti. Nopeustesteissä havaittiin kuitenkin, että valittu tiedon synkronointikirjasto oli järjestelmän tarpeisiin liian hidas. Järjestelmä saavutti sille asetetut tavoitteet tehostamalla prosessia ajallisesti, mutta järjestelmässä on vielä osa-alueita, jotka tarvitsevat jatkokehittämistä.

Feature selection using Fuzzy Entropy measures with Yu's Similarity measure

In this study, feature selection in classification based problems is highlighted. The role of feature selection methods is to select important features by discarding redundant and irrelevant features in the data set, we investigated this case by using fuzzy entropy measures. We developed fuzzy entropy based feature selection method using Yu's similarity and test this using similarity classifier. As the similarity classifier we used Yu's similarity, we tested our similarity on the real world data set which is dermatological data set. By performing feature selection based on fuzzy entropy measures before classification on our data set the empirical results were very promising, the highest classification accuracy of 98.83% was achieved when testing our similarity measure to the data set. The achieved results were then compared with some other results previously obtained using different similarity classifiers, the obtained results show better accuracy than the one achieved before. The used methods helped to reduce the dimensionality of the used data set, to speed up the computation time of a learning algorithm and therefore have simplified the classification task

Design of Pulsed Electroacoustic Measurement System for Space Charge Characterisation

Pulsed electroacoustic (PEA) method is a commonly used non-destructive technique for investigating space charges. It has been developed since early 1980s. These days there is continuing interest for better understanding of the influence of space charge on the reliability of solid electrical insulation under high electric field. The PEA method is widely used for space charge profiling for its robust and relatively inexpensive features. The PEA technique relies on a voltage impulse used to temporarily disturb the space charge equilibrium in a dielectric. The acoustic wave is generated by charge movement in the sample and detected by means of a piezoelectric film. The spatial distribution of the space charge is contained within the detected signal. The principle of such a system is already well established, and several kinds of setups have been constructed for different measurement needs. This thesis presents the design of a PEA measurement system as a systems engineering project. The operating principle and some recent developments are summarised. The steps of electrical and mechanical design of the instrument are discussed. A common procedure for measuring space charges is explained and applied to verify the functionality of the system. The measurement system is provided as an additional basic research tool for the Corporate Research Centre of ABB (China) Ltd. It can be used to characterise flat samples with thickness of 0.2–0.5 mm under DC stress. The spatial resolution of the measurement is 20 μm.

Kaarihitsauksen suojakaasun tunnistus ja virtauksen mittaus ultraäänellä

Kaasukaarihitsauksessa suojakaasuna käytetään yleensä argonin ja hiilidioksidin tai argonin ja heliumin seoksia. Suojakaasu vaikuttaa useisiin hitsausominaisuuksiin, jotka puolestaan vaikuttavat hitsauksen laatuun ja tuottavuuteen. Automaattisella suojakaasun tunnistuksella ja virtausmäärän mittauksella voitaisiin tehdä hitsauksesta paitsi käyttäjän kannalta yksinkertaisempaa, myös laadukkaampaa. Työn tavoite on löytää mahdollisimman edullinen ja kuitenkin mahdollisimman tarkasti kaasuseoksia tunnistava menetelmä, jota voitaisiin hyödyntää MIG/MAG-hitsauskoneeseen sisäänrakennettuna. Selvä etu on, jos menetelmällä voidaan mitata myös kaasun virtausmäärä. Äänennopeus kaasumaisessa väliaineessa on aineen atomi- ja molekyylirakenteesta ja lämpötilasta riippuva ominaisuus, joka voidaan mitata melko edullisesti. Äänennopeuden määritys perustuu ääniaallon kulkuajan mittaamiseen tunnetun pituisella matkalla. Kaasun virtausnopeus on laskettavissa myötä- ja vastavirtaan mitattujen kulkuaikojen erotuksen avulla. Rakennettu mittauslaitteisto koostuu kahdesta ultraäänimuuntimesta, joiden halkaisija on 10 mm ja jotka toimivat sekä lähettimenä että vastaanottimena. Muuntimet ovat 140 mm:n etäisyydellä toisistaan virtauskanavassa, jossa suojakaasu virtaa yhdensuuntaisesti äänen kanssa. Virtauskanava on putki, jossa on käytetty elastisia materiaaleja, jotta ääniaaltojen eteneminen kanavan runkoa pitkin minimoituisi. Kehitetty algoritmi etsii kahden lähetetyn 40 kHz:n taajuisen kanttiaaltopulssin aiheuttaman vasteen perusteella ääniaallon saapumisajanhetken. Useiden mittausten, tulosten lajittelun ja suodatuksen jälkeen tuntemattomalle kaasulle lasketaan lämpötilakompensoitu vertailuluku. Tuntematon kaasu tunnistetaan vertailemalla lukua tunnettujen kaasuseosten mitattuihin vertailulukuihin. Laitteisto tunnistaa seokset, joissa heliumin osuus argonissa on enintään 50 %. Hiilidioksidia sisältävät argonin seokset puolestaan tunnistetaan puhtaaseen hiilidioksidiin asti jopa kahden prosenttiyksikön tarkkuudella. Kaasun tilavuusvirtausmittauksen tarkkuus on noin 1,0 l/min.

Ion selective electrodes for determination of low and ultra low concentrations of lead (II) in natural waters

Att övervaka förekomsten av giftiga komponenter i naturliga vattendrag är nödvändigt för människans välmående. Eftersom halten av föroreningar i naturens ekosystem bör hållas möjligast låg, pågår en ständig jakt efter kemiska analysmetoder med allt lägre detektionsgränser. I dagens läge görs miljöanalyser med dyr och sofistikerad instrumentering som kräver mycket underhåll. Jonselektiva elektroder har flera goda egenskaper som t.ex. bärbarhet, låg energiförbrukning, och dessutom är de relativt kostnadseffektiva. Att använda jonselektiva elektroder vid miljöanalyser är möjligt om deras känslighetsområde kan utvidgas genom att sänka deras detektionsgränser. För att sänka detektionsgränsen för Pb(II)-selektiva elektroder undersöktes olika typer av jonselektiva membran som baserades på polyakrylat-kopolymerer, PVC och PbS/Ag2S. Fast-fas elektroder med membran av PbS/Ag2S är i allmänhet enklare och mer robusta än konventionella elektroder vid spårämnesanalys av joniska föroreningar. Fast-fas elektrodernas detektionsgräns sänktes i detta arbete med en nyutvecklad galvanostatisk polariseringsmetod och de kunde sedan framgångsrikt användas för kvantitativa bestämningar av bly(II)-halter i miljöprov som hade samlats in i den finska skärgården nära tidigare industriområden. Analysresultaten som erhölls med jonselektiva elektroder bekräftades med andra analytiska metoder. Att sänka detektionsgränsen m.hj.a. den nyutvecklade polariseringsmetoden möjliggör bestämning av låga och ultra-låga blyhalter som inte kunde nås med klassisk potentiometri. Den verkliga fördelen med att använda dessa blyselektiva elektroder är möjligheten att utföra mätningar i obehandlade miljöprov trots närvaron av fasta partiklar vilket inte är möjligt att göra med andra analysmetoder. Jag väntar mig att den nyutvecklade polariseringsmetoden kommer att sätta en trend i spårämnesanalys med jonselektiva elektroder.

Reaaliaikaisen PMU-mittaustiedon hyödyntäminen voimajärjestelmän valvonnassa

Tämä työ on tehty Fingrid Oyj:lle. Työn tavoitteena oli tutkia, miten reaaliaikaista PMU-mittaustietoa voidaan hyödyntää voimajärjestelmän valvonnassa. Voimajärjestelmän dynaamisia ilmiöitä ovat jännite- ja kulmastabiilius. Työssä tutkittiin voimajärjestelmän kulmastabiiliutta PSS/E-ohjelmalla simuloitujen mittaustulosten perusteella. Fouriermuunnoksen tulokset osoittavat, että huonoiten vaimeneva taajuuskomponentti on 0,3 Hz taajuus. Lisäksi tiedetään, että huonosti vaimeneva taajuuskomponentti rajoittaa siirtokapasiteettia. Voimajärjestelmän stabiiliutta voidaan esittää Wide Area Monitoring -järjestelmien (WAMS) avulla. WAMS perustuu Phasor Measurement -laitteen (PMU) reaaliaikaiseen mittaustekniikkaan. Jännitteen vaihekulman mittaaminen mahdollistaa voimajärjestelmän tilan määrittämisen reaaliajassa. Työssä on esitelty Fingridin käytössä oleva WAMS ja lisäksi esitelty kolmen eri laitetoimittajan WAMS:n rakennetta ja operaattorin käyttöön tarkoitettuja käyttöliittymiä. WAMS:n rakenteet ovat pääpiirteittäin samanlaisia, mutta stabiiliuden visuaalisessa esittämisessä on eroja. PMU -mittaustietoja on mahdollista tuoda käytönvalvontajärjestelmään erillisellä tiedonsiirtoprotokollalla. PMU-mittaustiedon hyödyntäminen käytönvalvontajärjestelmän toimintaaluenäytöllä mahdollistaa verkon tilan esittämisen reaaliajassa. Roottorin kulmastabiilius esitetään Fingridin käytönvalvontajärjestelmässä vaihekulmaerojen avulla ja työssä on esitetty, kuinka vaihekulmaeron arvolla on vaikutus tehonsiirtoon. Vaihekulmaeron arvo kuvaa vian jälkeisen tehoheilahtelun voimakkuutta. PMU-mittaustiedon esittäminen antaa operaattorille selkeämmän kuvan ylläpitää tehonsiirto turvallisella tasolla ja epästabiilin heilahtelun havainnoiminen vähentää suurhäiriön riskiä. Tulevaisuudessa siirtoverkon kehittyessä tarvitaan operaattorin käyttöön myös nopeita stabiilisuutta esittäviä työkaluja.

Omakotitalojen hintadynamiikka Suomessa

Tämän tutkielma tutkii omakotitalojen hintadynamiikkaa Suomessa 1985Q1-2009Q2 välisenä aikana. Tarkoituksena on luoda pitkänaikavälin tasapainomalli sekä lyhyenajan vektorivirheenkorjausmalli, jonka avulla voidaan selvittää asuntojen hintojen mukautumisnopeus kohti tasapainotilaa. Pitkänajan tasapainomallin mukaan omakotitalojen hintaan vaikuttavat eniten kotitalouksien käytettävissä olevat tulot sekä suhteellinen velkaantuneisuus. Koron merkitys jäi mallissa suhteellisen pieneksi. Sekä tulot että velkaantuneisuus vaikuttavat omakotitalojen hintaan positiivisesti. Asuntojen hintojen mukautumisnopeus kohti tasapainotilaa on kohtalaisen nopeaa. Mallin mukaan Suomessa ei ole havaittavissa selvää asuntojen hintakuplaa.