Hybrid LC Filter for Power Electronic Drives: Theory and Implementation

Power electronic converter drives use, for the sake of high efficiency, pulse-width modulation that results in sequences of high-voltage high-frequency steep-edged pulses. Such a signal contains a set of high harmonics not required for control purposes. Harmonics cause reflections in the cable between the motor and the inverter leading to faster winding insulation ageing. Bearing failures and problems with electromagnetic compatibility may also result. Electrical du/dt filters provide an effective solution to problems caused by pulse-width modulation, thereby increasing the performance and service life of the electrical machines. It is shown that RLC filters effectively decrease the reflection phenomena in the cable. Improved (simple, but effective) solutions are found for both differential- and common-mode signals; these solutions use a galvanic connection between the RLC filter star point and the converter DC link. Foil chokes and film capacitors are among the most widely used components in high-power applications. In actual applications they can be placed in different parts of the cabinet. This fact complicates the arrangement of the cabinet and decreases the reliability of the system. In addition, the inductances of connection wires may prevent filtration at high frequencies. This thesis introduces a new hybrid LC filter that uses a natural capacitance between the turns of the foil choke based on integration of an auxiliary layer into it. The main idea of the hybrid LC filter results from the fact that both the foil choke and the film capacitors have the same roll structure. Moreover, the capacitance between the turns (“intra capacitance”) of the foil inductors is the reason for the deterioration of their properties at high frequencies. It is shown that the proposed filter has a natural cancellation of the intra capacitance. A hybrid LC filter may contain two or more foil layers isolated from each other and coiled on a core. The core material can be iron or even air as in the filter considered in this work. One of the foils, called the main foil, can be placed between the inverter and the motor cable. Other ones, called auxiliary foils, may be connected in star to create differential-mode noise paths, and then coupled to the DC link midpoint to guarantee a traveling path, especially for the common-mode currents. This way, there is a remarkable capacitance between the main foil and the auxiliary foil. Investigations showed that such a system can be described by a simple equivalent LC filter in a wide range of frequencies. Because of its simple hybrid construction, the proposed LC filter can be a cost-effective and competitive solution for modern power drives. In the thesis, the application field of the proposed filter is considered and determined. The basics of hybrid LC filter design are developed further. High-frequency behaviour of the proposed filter is analysed by simulations. Finally, the thesis presents experimental data proving that the hybrid LC filter can be used for du/dt of PWM pulses and reduction of common-mode currents.

Taloushallinnon ulkoistaminen: pienten osakeyhtiöiden näkemyksiä ulkoistetun taloushallinnon palveluntarjonnasta

Tämän tutkimuksen aiheena on pienten yhtiöiden taloushallinto: miten taloushallinnon tuottamaa tietoa hyödynnetään yrityksissä, kuinka tyytyväisiä taloushallinnon tuottamaan tietoon ollaan ja minkälainen on yrityksen ja tilitoimiston välinen suhde. Myös johdon laskentatoimi on yksi tarkastelun osa-alue. Pääpaino tutkimuksessa on tilastollisella analyysilla, jossa selvitetään pääasiassa Oneway anova- ja T- testein onko ulkoistamisen tasolla, tilintarkastajasuhteella, perheyrittäjyydellä ja käytetyn tilitoimiston koolla merkitystä tyytyväisyyteen yrityksen taloushallintoa ja tilitoimistosuhdetta kohtaan. Tutkimuksen tuloksena löytyi joitakin eroja. Eniten seuratuiksi taloushallinnon muodoiksi nousivat kassavirran ja kannattavuuden seuranta ja johdon laskentatoimen raportit eri muodoissaan. Tilitoimiston ja yrityksen suhde nähdään usein pohjautuvan pääasiassa lakisääteisten vaatimusten täyttämiseen ja kustannussäästöjen hakuun, mutta selkeää potentiaalia tilitoimiston perinteisen roolin laajentamiseen on olemassa.

LVI-suunnittelun ohjaus IPD-projekteissa

Tässä diplomityössä on tutkittu LVI-suunnittelun ohjaamista ja sen kehittämistä integroiduissa rakennushankkeissa. Tutkimuksen tavoitteena on löytää kehitysehdotuksia LVI-suunnittelun eteenpäinviemiseksi integroiduissa hankkeissa. Tutkimus on tehty hyödyntäen kirjallisia lähteitä ja haastattelemalla integroiduissa projekteissa mukana ollutta henkilöstöä. Perinteisessä rakennushankkeessa eri suunnittelualat toimitetaan useasta yrityksestä. Tässä työssä lähtökohtana on, että merkittävimmät suunnittelualat kuten arkkitehti-, rakenne- ja talotekninensuunnittelu tulevat samalta toimittajalta. Toimituslaajuuteen voidaan lisätä myös mm. rakennuttajakonsultointi- ja kiinteistönkehitysprosessi. Tutkimuksen tuloksena saatiin määritettyä kehitysehdotukset integroituihin hankkeisiin yleiseltä ja LVI-suunnittelun kannalta. Kehitystyössä tulee panostaa tietomallintamiseen, aikataulutukseen ja yhteistyöhön. Tietomallintamista voidaan parantaa koulutuksen, Yleisten tietomallivaatimusten 2012 ja tietomallien tarkasteluohjelmistojen avulla. Aikataulutus paranee, kun suunnittelijat saadaan hankkeeseen mukaan riittävän aikaisessa vaiheessa ja kun suunnittelijat pyrkivät aktiivisesti vaikuttamaan hankkeen tarjouksen- ja sopimuksentekoon. Yhteistyötä voidaan parantaa avoimen ilmapiirin korostamisella ja projektiorganisaation tiivistämisellä.

Etätoimintojen säästöpotentiaali Lappeenrannan teknillisessä yliopistossa

Työn lähtökohtana oli arvioida etätoimintojen mahdollistamia laskettavissa olevia hyötyjä organisaatiotasolla. Etätyöskentelyn lisäksi työssä tarkasteltavia etätoimintoja ovat tieto- ja viestintätekniikan välityksellä järjestettävät etäkokoukset ja -seminaarit. Työn tavoitteena oli selvittää Lappeenrannan teknillisen yliopiston (LUT) henkilökunnan halukkuus tehdä etätöitä sekä siihen vaikuttavia tekijöitä. Näiden selvittämiseksi toteutettiin etätyöaiheinen kysely henkilökunnalle. Kyselyn tulosten perusteella arvioitiin liikkumisen sekä tilankäytön aiheuttamien kasvihuonekaasupäästöjen sekä kustannusten säästöpotentiaalia LUT:ssa. Lisäksi suoritettiin muutama etätyöaiheinen teemahaastattelu, joiden perusteella pohdittiin etätyöskentelyn käytännön toteutuksessa huomioitavia asioita. Valtaosa LUT:n henkilökunnasta on kiinnostunut etätyömahdollisuudesta. Etätyöskentelyn yleistymiseksi LUT:ssa tulee lisätä tietoa tästä työn organisointitavasta sekä kehittää yhtenäinen toimintatapa etätyöskentelyn käytännön järjestelyihin liittyen. Etätoimintojen hyödyntäminen mahdollistaa LUT:lle organisaationa merkittävien säästöjen saavuttamisen sekä tilatehokkuutta parantamalla, että työmatkustamista vähentämällä. Säästöjä arvioitiin kasvihuonekaasupäästöinä sekä rahana. Etätyöskentelyllä on merkittävä vaikutus myös organisaation työntekijöiden päivittäisten työmatkojen kulkemisen aiheuttamaan kasvihuonekaasupäästömäärään. Etätoimintojen hyödyntämisellä on huomattava potentiaali etenkin liikkumisen aiheuttamien kasvihuonekaasupäästöjen vähentämisessä Suomessa sekä maailmanlaajuisesti hyödynnettynä globaalin ilmastonmuutoksen hillitsemisessä.

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.

Uusiutuvan energian käyttömahdollisuudet Liikuntakeskus Pajulahdessa

Tämä diplomityö on tehty Lappeenrannan teknillisen yliopiston, Liikuntakeskus Pajulahden ja Nastolan Energiasäätiön yhteisprojektina. Työn tarkoituksena on tutkia aurinkosähköjärjestelmien taloudellista kannattavuutta ostosähkön korvaamisessa Liikuntakeskus Pajulahden kiinteistössä. Työssä tehdään laskelmat aurinkopaneelien tuotoista, tuotetun sähkön hinnasta, investointien takaisinmaksuajoista sekä tuotetun aurinkosähkön synnyttämistä hiilidioksidipäästövähenemistä. Lisäksi tarkastellaan energiaveron vaikutusta pientuotantolaitoksen kannattavuuteen. Tämän hetkisillä aurinkosähköjärjestelmien hinnoilla pystytään tuottamaan puhdasta, ympäristöystävällistä sähköä kilpailukykyiseen hintaan. Työssä tehdään yleiskatsaus myös muiden uusiutuviin energialähteisiin perustuvien tuotantomenetelmien käyttömahdollisuuksista. Yhtenä erityistarkastelunkohteena on Pajulahden monitoimihalliin vuonna 2008 suunniteltu vesistöä lämmönlähteenä käyttävä lämpöpumppujärjestelmä, jonka toteutukseen ei saatu tarvittavia lupia. Tarkastelussa tutkitaan myös aiemmin Suomessa toteutettuja vastaavia hankkeita ja niiden lupien saantia. Lisäksi on haettu tosiasioihin perustuvia argumentteja keskusteluun vesistölämmön hyödyntämisestä. Tarkastelun kohteena oleva vesistölämpöhanke voidaan todeta olevan erittäin kannattava, taloudellisesti sekä ympäristöllisesti. Tutkimuksen pohjalta Nastolan Energiasäätiölle tuotetaan havainnollinen ja selkeä aineisto aurinkoenergian hyödyntämismahdollisuuksista Nastolan kunnassa.

Adaptiivisen hitsausvalokaaren hyödyntäminen MAG-kuumakaarihitsauksessa

Tässä kandidaatintyössä tutkitaan MIG/MAG-hitsauksessa käytettävien ohjelmistoratkaisujen kuumakaarihitsaukseen tuomia etuja perinteisiin menetelmiin verrattuna. Pääpaino on hitsausnopeuden, tunkeuman ja laadun tarkastelussa. Hitsauskokeissa käytettävät menetelmät ovat perinteinen 1-MIG-kuumakaarihitsaus ja 1-MIG-kuumakaarihitsaus Kemppi WiseFusion toiminnolla.

Kaksoiskäämitty hybridibussin kestomagneettiajomoottori

Tämä työ on tehty Lappeenrannan teknilliselle yliopistolle, joka on suunnitellut ja toteuttanut hybridibussin. Hybridibussin ajomoottorissa käytetään kaksoiskäämitystä, joka mahdollistaa bussin ajamisen vikatilanteessa, jossa toinen käämityksistä on epäkunnossa. Työn tavoitteena on selvittää, millainen kaksoiskäämitys toimii parhaiten tämän hybridibussin kestomagneettiajomoottorissa. Työssä tutustutaan ajomoottoreihin ja niiltä vaadittaviin ominaisuuksiin sekä vikasietoisiin sähkömoottoreihin. Tutkimuksessa löydettyihin vikasietoisiin ajomoottoreihin perustuen päädyttiin neljään kaksoiskäämitysvaihtoehtoon. Näitä kaksoiskäämityksiä tutkittiin FE-analyysiä hyödyntäen. Kaksoiskäämitysten toimintaa simuloitiin nimellis- ja vikatilanteessa. Simuloinnin tuloksista selvisi, että kaksoiskäämitys, jossa jokaisessa urassa oli puolet yhtä käämitystä ja puolet toista (kaksoiskäämitys 1), ei toiminut kunnolla nimellistilanteessa eikä vikatilanteessa. Suurin ongelma oli vikatilanteessa aiheutuva suuri oikosulkuvirta. Kaksoiskäämitys, jossa kaksi napaa oli samaa käämitystä (kaksoiskäämitys 2), toimi moitteettomasti nimellistilanteessa. Vikatilanteen toiminnassa kuitenkin havaittiin epäjaksollisuutta magneettivuontiheydessä, mikä on haitallista moottorin käynnille ja vaaraksi roottorille. Kaksoiskäämityksiä, joista ensimmäisessä oli neljäsosa konetta samaa käämitystä (kaksoiskäämitys 3) ja toisessa puolet koneesta samaa käämitystä (kaksoiskäämitys 4), tutkittiin vikatilanteessa vain magneettivuontiheyden osalta. Puolet ja puolet käämityn koneen osalta magneettivuontiheys osottautui epäjaksolliseksi kuten oli odotettu. Neljäsosiksi käämityn koneen magneettivuontiheys oli säännöllisen jaksollinen. Nimellispisteessä kaksoiskäämityksillä 3 ja 4 havaittiin suuri vääntöväre verrattuna kaksoiskäämityksiin 1 ja 2. Johtopäätöksenä kaksoiskäämitys 3 vaikuttaa lupaavalta, mikäli suuri nimellispisteen vääntöväre saadaan hallintaan käyttämällä uravinoutta staattorissa.