Työmatkaliikkumissuunnitelma Turun yliopistolliselle keskussairaalalle

Tämän työn tavoitteena on luoda Turun yliopistolliselle keskussairaalalle kestävän kehityksen mukainen työmatkaliikkumissuunnitelma, jonka avulla lisätään kestävien liikkumismuotojen käyttöä, kustannusnäkökulma huomioon ottaen. Lisäksi tavoitteena on ratkaista nykyisen pysäköintijärjestelyn ongelmia. Työn teoriaosuudessa on esitetty kestävän liikkumisen, työssä hyödynnettävän kustannuslaskennan ja liikkumissuunnitelman luomisen vaiheiden periaatteet. Empiriaosuudessa rakennettava liikkumissuunnitelma perustuu näihin teorioihin. Työn keskeisenä tutkimusmenetelmänä on käytetty Webropol-pohjaista kyselyä, jolla tutkittiin työmatkaliikkumisen nykytilaa. Lisäksi kyselyllä tutkittiin työntekijöiden mielipiteitä mahdollisista kehitystoimenpiteistä. Työntekijöiden vuosittaisista työmatkakilometreistä 16,9 miljoonaa kuljettiin yksityisautolla, mikä on noin 65 % kaikista työmatkakilometreistä. Yksityisautoilu aiheuttaa kulkumuodoista suurimmat päästöt kaikissa päästöluokissa. Pysäköinnin kustannuksia tutkittaessa havaittiin, että pysäköintioikeuden hinta on alhainen verrattuna parkkihallin rakennus- ja ylläpitokustannuksiin. Eri liikkumistapoja vertailtaessa havaittiin, että nykytilanteessa yksityisautoilu on lyhyillä työmatkoilla edullisempi kulkumuoto kuin julkinen liikenne. Toteutettavuus-vaikuttavuus-suhde huomioon ottaen, parhaimmat työmatkaliikkumisen kehitystoimenpiteet ovat osittain kustannettu työsuhdematkalippu työntekijöille, lukittavien pyörätelineiden sijoittaminen työpaikan välittömään läheisyyteen, kävely- ja pyöräreittien parempi talvikunnossapito, työnantajan kustantama vuosittainen polkupyörähuolto ja pysäköintioikeuden hinnankorotus. Toimenpiteiden jälkeen yksityisautoilu on kaikilla työmatkan pituuksilla kallein liikkumismuoto.

DPS-Like Peroxide Resistance Protein: Structural and Functional Studies on a Versatile Nanocontainer

Oxidative stress is a constant threat to almost all organisms. It damages a number of biomolecules and leads to the disruption of many crucial cellular functions. It is caused by reactive oxygen species (ROS), such as hydrogen peroxide (H2O₂), superoxide (•O₂ -), and hydroxyl radical (•OH). The most harmful of these compounds is •OH, which is only formed in cells in the presence of redox-cycling transition metals, such as iron and copper. Bacteria have developed a number of mechanisms to cope with ROS. One of the most widespread means employed by bacteria is the DNA-binding proteins from starved cells (Dps). Dps proteins protect the cells by binding and oxidizing Fe2+, thus greatly reducing the production of •OH. The oxidized iron is stored inside the protein as an iron core. In addition, Dps proteins bind directly to DNA forming a protective coating that shields DNA from harmful agents. Moreover, Dps proteins have been found to elicit other protective functions in cells and to participate in bacterial virulence. Dps proteins are of special importance to Streptococci owing to the lack of catalase in this genus of bacteria.This study was focused on structural and functional characterization of streptococcal Dpslike peroxide resistance (Dpr) proteins. Initially, crystal structures of Streptococcus pyogenes Dpr were determined. The data confirmed the presence of a di-metal ferroxidase center (FOC) in Dpr proteins and revealed the presence of a novel N-terminal helix as well as a surface metal-binding site. The crystal structures of Streptococcus suis Dpr complexed with transition metals demonstrated the metal specificity of the FOC. Solution binding studies also indicated the presence of a di-metal FOC. These results suggested a possible role for Dpr in the detoxification of various metals. Iron was found to mineralize inside the protein as ferrihydrite based on X-ray absorption spectroscopy data. The iron core was found to exhibit clear superparamagnetic behaviour using magnetic and Mössbauer measurements. The results from this study are expected to further increase our understanding on the binding, oxidation, and mineralization of iron and other metals in Dpr proteins. In particular, the structural and magnetic properties of the iron core can form a basis for potential new applications in nanotechnology. From the streptococcal viewpoint, the results would help in understanding better the complicated picture of bacterial pathogenesis. Dpr proteins may also provide a novel target for drug design due to their tight involvement in bacterial virulence.

Turun seudun turvallisen ja kestävän liikkumisen suunnitelma

Turun seudun turvallisen ja kestävän liikkumisen suunnitelma on laadittu seudun kuntien ja Varsinais-Suomen ELY-keskuksen yhteistyönä. Suunnitelmassa on selvitetty liikenneturvallisuuden, liikkumisen, toimintaympäristön ja liikennejärjestelmän nykytilaa sekä kartoitettu liikenneturvallisuusongelmia erilaisten analyysien ja kyselyiden avulla. Nykytila-analyysin pohjalta on asetettu liikenneturvallisuustyön visio ja tavoitteet sekä määritetty toimenpide-ehdotukset. Tavoitteisiin pääsemistä tukevat liikenneympäristön parantamistoimenpiteiden ohjelma, liikkumisen ohjauksen toimintaohjelma sekä hallintokuntien liikenneturvallisuustyön toimenpiteistä kootut toimintasuunnitelmat. Onnettomuusanalyysin perusteella liikenneturvallisuuden tila oli Turun seudulla hieman koko Suomen keskiarvoa heikompi. Seudulla tapahtui vuosina 2001-2010 henkilövahinkoon johtaneita onnettomuuksia keskimäärin 132 / 100 000 asukasta, kun vastaava luku oli 126 koko maan osalta. Kuolemaan johtaneita onnettomuuksia tapahtui seudulla vähemmän, mutta loukkaantumiseen johtaneita onnettomuuksia koko maan keskiarvoa enemmän. Onnettomuuksissa kuoli tai loukkaantui koko maan keskiarvoa enemmän jalankulkijoita ja polkupyöräilijöitä. Lukumäärällisesti eniten onnettomuuksia tapahtui 18–19-vuotiaille, mutta henkilövahinkoon johtaneita onnettomuuksia tapahtui selvästi eniten 15–16-vuotiaille. Seudulla tapahtuneista liikenneonnettomuuksista aiheutui vuosittain keskimäärin 127,2 miljoonan euron kustannukset, josta kuntien osuus oli vuosittain noin 22,3 miljoonaa euroa. Asukkaille suunnatun kyselyn mukaan sekä työmatkat että lyhyet vapaa-ajan matkat tehtiin useimmiten henkilöautolla. Koululaisia pidettiin turvattomimpana tienkäyttäjäryhmänä, ja kävelyä sekä pyöräilyä turvattomimpina kulkutapoina. Välinpitämättömyyttä pidettiin merkittävimpänä syynä erilaisiin liikennerikkomuksiin ja tärkeimmäksi kehittämistarpeeksi nousi liikennekäyttäytyminen. Yhdyskuntarakenteen ja toimintaympäristön analyysin perusteella seudulla on hyvät edellytykset kestävien kulkumuotojen kuten joukkoliikenteen houkuttelevuuden lisäämiselle sekä kävelyn ja pyöräilyn verkoston kehittämiselle. Onnettomuusanalyysin ja valtakunnallisten tavoitteiden pohjalta Turun seudulle asetettiin liikenneturvallisuustyön tavoitteet. Tavoitelaskelman mukaan liikennekuolemien ja loukkaantuneiden määrä tulee puolittaa vuosien 2006-2010 keskiarvosta vuoteen 2020 mennessä. Tavoitteen mukaan liikenteessä kuolee enintään 6 (lähtötaso 12) ja loukkaantuu 236 (lähtötaso 471) vuonna 2020. Vaikutusarvion perusteella voidaan arvioida päästävän tavoitteeseen suunnitelmakauden aikana. Tavoitteiden saavuttaminen on kuitenkin haasteellista ja edellyttää tehokasta yhteistyötä eri tahojen välillä. Tavoitteeseen tulee pyrkiä laajaa keinovalikoimaa käyttäen. Suunnitelmatyön aikana aktivoitiin kuntien turvallisen ja kestävän liikkumisen ryhmät, joiden toiminnan tueksi laadittiin toimintasuunnitelmat sekä vuosikello työn eri vaiheista. Ryhmät vastaavat suunnitelman toteuttamisesta, toteutumisen seurannasta ja tarvittaessa päivittämisestä.

Modeling and Control of the Power Conversion Unit in a Solid Oxide Fuel Cell Environment

In this doctoral thesis, a power conversion unit for a 10 kWsolid oxide fuel cell is modeled, and a suitable control system is designed. The need for research was identified based on an observation that there was no information available about the characteristics of the solid oxide fuel cell from the perspective of power electronics and the control system, and suitable control methods had not previously been studied in the literature. In addition, because of the digital implementation of the control system, the inherent characteristics of the digital system had to be taken into account in the characteristics of the solid oxide fuel cell (SOFC). The characteristics of the solid oxide fuel cell as well the methods for the modeling and control of the DC/DC converter and the grid converter are studied by a literature survey. Based on the survey, the characteristics of the SOFC as an electrical power source are identified, and a solution to the interfacing of the SOFC in distributed generation is proposed. A mathematical model of the power conversion unit is provided, and the control design for the DC/DC converter and the grid converter is made based on the proposed interfacing solution. The limit cycling phenomenon is identified as a source of low-frequency current ripple, which is found to be insignificant when connected to a grid-tied converter. A method to mitigate a second harmonic originating from the grid interface is proposed, and practical considerations of the operation with the solid oxide fuel cell plant are presented. At the theoretical level, the thesis discusses and summarizes the methods to successfully derive a model for a DC/DC converter, a grid converter, and a power conversion unit. The results of this doctoral thesis can also be used in other applications, and the models and methods can be adopted to similar applications such as photovoltaic systems. When comparing the results with the objectives of the doctoral thesis, we may conclude that the objectives set for the work are met. In this doctoral thesis, theoretical and practical guidelines are presented for the successful control design to connect a SOFC-based distributed generation plant to the utility grid.

Disturbance and ecosystem functioning : the role of changes in benthic biological traits

Rapid changes in biodiversity are occurring globally, as a consequence of anthropogenic disturbance. This has raised concerns, since biodiversity is known to significantly contribute to ecosystem functions and services. Marine benthic communities participate in numerous functions provided by soft-sedimentary ecosystems. Eutrophication-induced oxygen deficiency is a growing threat against infaunal communities, both in open sea areas and in coastal zones. There is thus a need to understand how such disturbance affects benthic communities, and what is lost in terms of ecosystem functioning if benthic communities are harmed. In this thesis, the status of benthic biodiversity was assessed for the open Baltic Sea, a system severely affected by broad-scale hypoxia. Long-term monitoring data made it possible to establish quantitative biodiversity baselines against which change could be compared. The findings show that benthic biodiversity is currently severely impaired in large areas of the open Baltic Sea, from the Bornholm Basin to the Gulf of Finland. The observed reduction in biodiversity indicates that benthic communities are structurally and functionally impoverished in several of the sub-basins due to the hypoxic stress. A more detailed examination of disturbance impacts (through field studies and -experiments) on benthic communities in coastal areas showed that changes in benthic community structure and function took place well before species were lost from the system. The degradation of benthic community structure and function was directed by the type of disturbance, and its specific temporal and spatial characteristics. The observed shifts in benthic trait composition were primarily the result of reductions in species’ abundances, or of changes in demographic characteristics, such as the loss of large, adult bivalves. Reduction in community functions was expressed as declines in the benthic bioturbation potential and in secondary biomass production. The benthic communities and their degradation accounted for a substantial proportion of the changes observed in ecosystem multifunctionality. Individual ecosystem functions (i.e. measures of sediment ecosystem metabolism, elemental cycling, biomass production, organic matter transformation and physical structuring) were observed to differ in their response to increasing hypoxic disturbance. Interestingly, the results suggested that an impairment of ecosystem functioning could be detected at an earlier stage if multiple functions were considered. Importantly, the findings indicate that even small-scale hypoxic disturbance can reduce the buffering capacity of sedimentary ecosystem, and increase the susceptibility of the system towards further stress. Although the results of the individual papers are context-dependent, their combined outcome implies that healthy benthic communities are important for sustaining overall ecosystem functioning as well as ecosystem resilience in the Baltic Sea.

Feasibility studies of the weldability of structural steels used in the offshore environment

The rising demand for oil and gas has made it very necessary for the oil and gas industries to explore the offshore. There is a huge resources which is available in the offshore. The search for oil and gas is faced with greater challenges because of the nature of the marine environment as it poses difficult and harsh conditions for the construction of offshore structures. The major problem of the construction of offshore structure is the ability to produce a sound weld that gives the whole structure the structural integrity needed to withstand the harsh environmental conditions. This research work presents the performance of typical offshore steels with improved weldability. The ability of reducing the carbon content of thermo-mechanically rolled steels down to 0.08% makes it possible to achieve good weldability, toughness and strength for high strength steels used in offshore applications. Importantly, the ideal welding procedure should be strictly followed as recommended. The fabrication process is as important as the welding procedure in achieving a sound weld which is free of weld defects such as hydrogen induced cracking, lamellar tearing and solidification cracking. This research work also considers the corrosion as it affects offshore structure and necessary measures to mitigate the problem caused by corrosion.

Interpreting marine benthic ecosystem functioning in coastal waters: validating the biological trait concept

Coastal areas harbour high biodiversity, but are simultaneously affected by rapid degradations of species and habitats due to human interactions. Such alterations also affect the functioning of the ecosystem, which is primarily governed by the characteristics or traits expressed by the organisms present. Marine benthic fauna is nvolved in numerous functions such as organic matter transformation and transport, secondary production, oxygen transport as well as nutrient cycling. Approaches utilising the variety of faunal traits to assess benthic community functioning have rapidly increased and shown the need for further development of the concept. In this thesis, I applied biological trait analysis that allows for assessments of a multitude of categorical traits and thus evaluation of multiple functional aspects simultaneously. I determined the functional trait structure, diversity and variability of coastal zoobenthic communities in the Baltic Sea. The measures were related to recruitment processes, habitat heterogeneity, large-scale environmental and taxonomic gradients as well as anthropogenic impacts. The studies comprised spatial scales from metres to thousands of kilometres, and temporal scales spanning one season as well as a decade. The benthic functional structure was found to vary within and between seagrass landscape microhabitats and four different habitats within a coastal bay, in papers I and II respectively. Expressions of trait categories varied within habitats, while the density of individuals was found to drive the functional differences between habitats. The findings in paper III unveiled high trait richness of Finnish coastal benthos (25 traits and 102 cateogries) although this differed between areas high and low in salinity and human pressure. In paper IV, the natural reduction in taxonomic richness across the Baltic Sea led to an overall reduction in function. However, functional richness in terms of number of trait categories remained comparatively high at low taxon richness. Changes in number of taxa within trait categories were also subtle and some individual categories were maintained or even increased. The temporal analysis in papers I and III highlighted generalities in trait expressions and dominant trait categories in a seagrass landscape as well as a “type organism” for the northern Baltic Sea. Some initial findings were made in all four papers on the role of common and rare species and traits for benthic community functioning. The findings show that common and rare species may not always express the same trait categories in relation to each other. Rare species in general did not express unique functional properties. In order to advance the understanding of the approach, I also assessed some issues concerning the limitations of the concept. This was conducted by evaluating the link between trait category and taxonomic richness using especially univariate measures. My results also show the need to collaborate nationally and internationally on safeguarding the utility of taxonomic and trait data. The findings also highlight the importance of including functional trait information into current efforts in marine spatial planning and biomonitoring.

Itse tehty moderni. Gramofoni, polkupyörä ja valokuvaus suomalaisten elämässä 1880-luvulta 1940-luvulle

Tässä tutkimuksessa tarkastellaan aineellista modernia ja materiaalisen kulttuurin muutosta Suomessa 1880-luvulta 1940-luvulle tutkimalla sitä, miten kolme kansainvälistä teknologiaa, gramofoni, polkupyörä ja valokuvaus, otettiin Suomessa käyttöön ja millaisia paikallisia ilmiöitä niiden ympärille kehittyi. Tutkimus koostuu johdanto- ja yhteenveto-osan lisäksi kuudesta artikkelista, joissa käsitellään seuraavia alateemoja: itse tehtyjä polkupyöriä, käyntikorttikuvien käyttöä maalaiskodeissa, maaseudun pyöräilyä ja sen muistelemista, vuoden 1929 gramofonikuumetta, valokuvausta teknisenä harrastuksena sekä maalaisia gramofonin käytön tapoja. Tutkimuksen lähteinä on käytetty laajoja muistitietoaineistoja, sanoma- ja aikakauslehtiaineistoja, arkistoaineistoja, aikalaiskirjallisuutta ja museoesineitä. Lähteistä on etsitty mikrohistoriallista lukutapaa noudattaen johtolankoja gramofoniin, polkupyörään ja valokuvaukseen liittyneihin käytäntöihin. Esitän, että muistitietolähteet, muiden lähteiden kanssa ristiinluettuina, antavat hyvän mahdollisuuden sellaisten arjen käytäntöjen tarkasteluun, joiden tutkiminen muiden lähteiden perusteella olisi vaikeaa tai mahdotonta. Tutkimuksessa käytetyistä teoreettisista kehyksistä niin teknologian sosiaalinen rakentuminen, arjen historia, materiaaliseen kulttuuriin liittyvä teoriapohja, kulutuskulttuurin tutkimus kuin käytäntöteoriatkin kannustavat tarkastelemaan sitä, miten käyttäjien toiminta muokkaa ja määrittää teknologiaa. Näiden teoriasuuntausten pohjalta olen tätä tutkimusta varten kehittänyt itse tehdyn modernin ja kansankeksinnön käsitteet, jotka tarkentavat katseen ajallisesti ja paikallisesti tyypillisiin teknologian muokkauksen ja määrittelyn tapoihin sekä paikalliseen teknologiseen kekseliäisyyteen. Itse tehdyn modernin käsite auttaa hahmottamaan materiaalisia muutoksia ja pysyvyyksiä ajanjaksolla 1800-luvun lopulta toiseen maailmansotaan. Suomalaiset muovasivat omanlaisensa modernin, jossa uutuudet ja muutokset sulautuivat osaksi sitkeinä jatkuvia ja hitaasti muuttuvia maalaisyhteiskunnan toimintatapoja ja muokkasivat niitä vähitellen. Itse tehty moderni sekoitti omavaraisuutta ja kulutuskulttuuria, käsillä tekemiseen perustuvaa taitavuutta ja kursseilla sekä koulutuksessa saavutettua teknistä tietoa, paikallisia aineksia ja kansainvälisiä vaikutteita. Puhumalla kansanomaisista keksinnöistä olen halunnut korostaa tällaisten yhdistelmien mahdollisuutta ruohonjuuritasolla ja massatuotettujen laitteiden sovittamista osaksi pitkälti itse tehtyä ja omavaraista esinemaailmaa.

Designing sustainable industrial ecosystems : the case of a biogas-for-traffic solution

This thesis focuses on the development of sustainable industrial architectures for bioenergy based on the metaphors of industrial symbiosis and industrial ecosystems, which imply exchange of material and energy side-flows of various industries in order to improve sustainability of those industries on a system level. The studies on industrial symbiosis have been criticised for staying at the level of incremental changes by striving for cycling waste and by-flows of the industries ‘as is’ and leaving the underlying industry structures intact. Moreover, there has been articulated the need for interdisciplinary research on industrial ecosystems as well as the need to extend the management and business perspectives on industrial ecology. This thesis addresses this call by applying a business ecosystem and business model perspective on industrial symbiosis in order to produce knowledge on how industrial ecosystems can be developed that are sustainable environmentally and economically. A case of biogas business is explored and described in four research papers and an extended summary that form this thesis. Since the aim of the research was to produce a normative model for developing sustainable industrial ecosystems, the methodology applied in this research can be characterised as constructive and collaborative. A constructive research mode was required in order to expand the historical knowledge on industrial symbiosis development and business ecosystem development into the knowledge of what should be done, which is crucial for sustainability and the social change it requires. A collaborative research mode was employed through participating in a series of projects devoted to the development of a biogas-for-traffic industrial ecosystem. The results of the study showed that the development of material flow interconnections within industrial symbiosis is inseparable from larger business ecosystem restructuring. This included a shift in the logic of the biogas and traffic fuel industry and a subsequent development of a business ecosystem that would entail the principles of industrial symbiosis and localised energy production and consumption. Since a company perspective has been taken in this thesis, the role of an ecosystem integrator appeared as a crucial means to achieve the required industry restructuring. This, in turn, required the development of a modular and boundary-spanning business model that had a strong focus on establishing collaboration among ecosystem stakeholders and development of multiple local industrial ecosystems as part of business growth. As a result, the designed business model of the ecosystem integrator acquired the necessary flexibility in order to adjust to local conditions, which is crucial for establishing industrial symbiosis. This thesis presents a normative model for the development of a business model required for creating sustainable industrial ecosystems, which contributes to approaches at the policy-makers’ level, proposed earlier. Therefore, this study addresses the call for more research on the business level of industrial ecosystem formation and the implications for the business models of the involved actors. Moreover, the thesis increases the understanding of system innovation and innovation in business ecosystems by explicating how business model innovation can be the trigger for achieving more sustainable industry structures, such as those relying on industrial symbiosis.

Review of water electrolysis technologies and design of renewable hydrogen production systems

An electric system based on renewable energy faces challenges concerning the storage and utilization of energy due to the intermittent and seasonal nature of renewable energy sources. Wind and solar photovoltaic power productions are variable and difficult to predict, and thus electricity storage will be needed in the case of basic power production. Hydrogen’s energetic potential lies in its ability and versatility to store chemical energy, to serve as an energy carrier and as feedstock for various industries. Hydrogen is also used e.g. in the production of biofuels. The amount of energy produced during hydrogen combustion is higher than any other fuel’s on a mass basis with a higher-heating-value of 39.4 kWh/kg. However, even though hydrogen is the most abundant element in the universe, on Earth most hydrogen exists in molecular forms such as water. Therefore, hydrogen must be produced and there are various methods to do so. Today, the majority hydrogen comes from fossil fuels, mainly from steam methane reforming, and only about 4 % of global hydrogen comes from water electrolysis. Combination of electrolytic production of hydrogen from water and supply of renewable energy is attracting more interest due to the sustainability and the increased flexibility of the resulting energy system. The preferred option for intermittent hydrogen storage is pressurization in tanks since at ambient conditions the volumetric energy density of hydrogen is low, and pressurized tanks are efficient and affordable when the cycling rate is high. Pressurized hydrogen enables energy storage in larger capacities compared to battery technologies and additionally the energy can be stored for longer periods of time, on a time scale of months. In this thesis, the thermodynamics and electrochemistry associated with water electrolysis are described. The main water electrolysis technologies are presented with state-of-the-art specifications. Finally, a Power-to-Hydrogen infrastructure design for Lappeenranta University of Technology is presented. Laboratory setup for water electrolysis is specified and factors affecting its commissioning in Finland are presented.

Computational studies of deformation in stainless steel rings due to torch heating

A support ring of AISI 304L stainless steel that holds vertical, parallel wires arranged in a circle forming a cylinder is studied. The wires are attached to the ring with heat-induced shrinkage. When the ring is heated with a torch the heat affected zone tries to expand while the adjacent cool structure obstructs the expansion causing upsetting. During cooling, the ring shrinks smaller than its original size clamping the wires. The most important requirement for the ring is that it should be as round as possible and the deformations should occur as overall shrinkage in the ring diameter. A three-dimensional nonlinear transient sequential thermo-structural Abaqus model is used together with a Fortran code that enters the heat flux to each affected element. The local and overall deformations in one ring inflicted by the heating are studied with a small amount of inspection on residual stresses. A variety of different cases are chosen to be studied with the model constructed to provide directional knowledge; torch flux with the means of speed, location of the wires, heating location and structural factors. The decrease of heating speed increases heat flux that rises the temperature increasing shrinkage. In a single progressive heating uneven distribution of shrinkage appears to the start/end region that can be partially fixed with using speeded heating’s to strengthen the heating of that region. Location of the wires affect greatly to the caused shrinkage unlike heating location. The ring structure affects also greatly to the shrinkage; smaller diameter, bigger ring height, thinner thickness and greater number of wires increase shrinkage.

Electromagnetic and thermal design of a multilevel converter with high power density and reliability

Electric energy demand has been growing constantly as the global population increases. To avoid electric energy shortage, renewable energy sources and energy conservation are emphasized all over the world. The role of power electronics in energy saving and development of renewable energy systems is significant. Power electronics is applied in wind, solar, fuel cell, and micro turbine energy systems for the energy conversion and control. The use of power electronics introduces an energy saving potential in such applications as motors, lighting, home appliances, and consumer electronics. Despite the advantages of power converters, their penetration into the market requires that they have a set of characteristics such as high reliability and power density, cost effectiveness, and low weight, which are dictated by the emerging applications. In association with the increasing requirements, the design of the power converter is becoming more complicated, and thus, a multidisciplinary approach to the modelling of the converter is required. In this doctoral dissertation, methods and models are developed for the design of a multilevel power converter and the analysis of the related electromagnetic, thermal, and reliability issues. The focus is on the design of the main circuit. The electromagnetic model of the laminated busbar system and the IGBT modules is established with the aim of minimizing the stray inductance of the commutation loops that degrade the converter power capability. The circular busbar system is proposed to achieve equal current sharing among parallel-connected devices and implemented in the non-destructive test set-up. In addition to the electromagnetic model, a thermal model of the laminated busbar system is developed based on a lumped parameter thermal model. The temperature and temperature-dependent power losses of the busbars are estimated by the proposed algorithm. The Joule losses produced by non-sinusoidal currents flowing through the busbars in the converter are estimated taking into account the skin and proximity effects, which have a strong influence on the AC resistance of the busbars. The lifetime estimation algorithm was implemented to investigate the influence of the cooling solution on the reliability of the IGBT modules. As efficient cooling solutions have a low thermal inertia, they cause excessive temperature cycling of the IGBTs. Thus, a reliability analysis is required when selecting the cooling solutions for a particular application. The control of the cooling solution based on the use of a heat flux sensor is proposed to reduce the amplitude of the temperature cycles. The developed methods and models are verified experimentally by a laboratory prototype.

Minkä nuorena hallitsee sen aikuisena taitaa? Liikehallinnan pysyvyys kouluiästä aikuisikään – 24 vuoden seurantatutkimus

Tässä 24 vuoden pitkittäistutkimuksessa tutkitaan liikehallinnan kehitystä ja pysyvyyttä kouluiästä aikuisikään. Lisäksi ennustetaan ja selitetään aikuisiän liikehallintaa kouluiän liikehallinnan perusteella. Tutkimukseen osallistui 44 miestä ja 44 naista eri puolilta Suomea, joiden liikehallintaa mitattiin kouluiässä 1985 ja 1988 (9–16-vuotiaina) sekä aikuisiässä 2009 (33−39-vuotiaina). Liikehallintaa mitattiin kuudella liiketehtävämittarilla (flamingoseisonta, tarkkuusheittokiinniotto, kahdeksikkokuljetus, edestakaisinhyppely, vauhditon 5-loikka ja kärrynpyörä) sekä niistä lasketulla summamuuttujalla. Miesten ja naisten liikehallintaa vertailtiin varianssianalyysilla. Kouluiässä pojat menestyivät välineenkäsittelytehtävissä ja tytöt tasapaino- ja voimistelutehtävissä, mutta kokonaisuutena sukupuolten välillä ei ollut eroa. Aikuisena miehet olivat naisia parempia lähes kaikissa tehtävissä. Kovarianssianalyysissä havaittiin, että kehonrakenteeltaan (BMI) erilaisten ryhmien liikehallinnassa oli vain yksittäisiä eroja koulu- ja aikuisiässä. Toistettujen mittausten varianssianalyysissa ilmeni, että kouluiässä molempien sukupuolten liikehallinnan kehitys oli samanlaista. Kouluiän jälkeen kevyiden ja keskipainoisten poikien liikehallinta parani, mutta painavien tulokset eivät muuttuneet. Kevyiden tyttöjen tuloksissa ei tapahtunut muutosta, mutta keskipainoisten ja painavien tulokset heikkenivät. Koululiikunnan tehostus- ja vertailuryhmien välille kouluiässä muodostuneet erot kaventuivat tai katosivat aikuisena. Kouluiän liikehallinnaltaan eritasoisten ryhmien väliset erot kaventuivat, mutta eivät poistuneet kouluiän jälkeen. Klusterianalyysissa tutkittavat jakaantuivat kouluiässä neljään liikehallintatyyppiin (yleishyvät, tasapainoiset, pallotaitajat ja yleisheikot), jotka säilyivät myös aikuisiässä, mutta niiden väliset erot kaventuivat. Ristiintaulukointi ja khiin neliö -testi osoittivat, että tasoryhmän ja liikehallinnan monipuolisuuden pysyvyys oli vahvaa kouluiästä aikuisikään. Koulu- ja aikuisiän liikehallintatulosten välinen korrelaatio oli naisilla (0.69) vahvempaa kuin miehillä (0.48). Yksittäiset mittaustulokset kouluiässä selittivät keskimäärin 33 % aikuisiän tuloksista (korrelaation neliö). Regressioanalyysissa miesten aikuisiän liikehallintaa selittivät kouluiän muuttujista parhaiten liikehallinnan monipuolisuus sekä liikkuvuus (61 %), mutta naisilla vain liikehallinnan monipuolisuus (37 %). Miesten ja naisten erot liikehallinnassa syntyivät kouluiän jälkeen, mikä johtunee erilaisista liikuntatavoista ja -harrastuksista. Kouluiän liikehallinta määritti vahvasti varsinkin tytöillä aikuisiän liikehallintaa sekä yksilö- että ryhmätasolla, mikä korostaa monipuolisen koululiikunnan merkitystä. Yksilölliset muutokset olivat mahdollisia. Kouluiän jälkeen erityisesti naiset ja kehonrakenteeltaan painavat tarvitsisivat hermolihasjärjestelmää monipuolisesti kuormittavaa ja liikesuunniltaan moniulotteista liikuntaa liikehallinnan kehittämiseksi ja ylläpitämiseksi. Naisten liikehallinnan taantuminen varsinkin tasapainotehtävissä voi altistaa kaatumistapaturmille ja rajoittaa fyysistä toimintakykyä.