Sähkökäytön valintaperiaatteet ja monimoottorikäytöt malmin laaduntasauksessa

Sähkökäytön valintaan vaikuttavat useat eri tekijät. Sähkökäytön valinnan perusteena voidaan käyttää tietoa prosessin tai toimilaitteen fysikaalisesta käyttäytymisestä. Valinnan perusteena voi olla myös riittävän suorituskyvyn tarve prosessissa. Tässä työssä tutustutaan sähkökäytön valintaan vaikuttaviin tekijöihinja sähkökäytön mitoitukseen. Työssä on keskitytty yleisempien pienjännitemoottorityyppien ja niiden säätöjen käsittelyyn. Useissa prosesseissa vaaditaan monen moottorin käyttöä saman kuorman liikuttamisessa. Monimoottorikäyttöjen ohjauksen tuntemus auttaa ongelmatilanteiden ratkaisussa ja antaa perusteet monimoottorikäytön valinnalle. Tässä työssä käsitellään monimoottorikäyttöjen pyörimisnopeuserojen ja vääntömomenttien epätasaisuuteen liittyviä ongelmia.

Nosturin tehonsyöttö rinnankytketyillä verkkovaihtosuuntaajilla

Taajuusmuuttajaohjatuissa nosturikäytöissä taakkaa laskettaessa syntyvä energia on muutettava lämmöksi jarruvastuksissa tai syötettävä takaisin sähköverkkoon esimerkiksi verkkovaihtosuuntaajalla. Verkkovaihtosuuntaajaa on tyypillisesti käytetty suurissa satamanostureissa, joiden tehontarve on yli 1000 kW. Työssä tutkitaan useista yhteiseen välipiiriin rinnankytketyistä nimellisteholtaan 250 kW:n verkkovaihtosuuntaajista koostuvan verkkoonjarrutuslaitteiston soveltuvuutta nosturikäyttöön. Lisäksi johdetaan yhtälöt verkkoonjarrutuslaitteiston virran laskemiseksi, kun nosturin mekaaniset arvot tunnetaan. Viidestä erityyppisestä nosturista esitellään esimerkkitoteutus rinnankytketyillä verkkovaihtosuuntaajilla. Aiemmin vastusjarruttavina toteutettujen nostureiden kustannuksia verrataan verkkovaihtosuuntaajilla toteutettuihin ratkaisuihin. Esimerkkinostureista esitetään nosturin työsykliin perustuva arvio verkkoonjarrutuksen tuomasta energian säästöstä. Tehtyjen mittausten perusteella käytetty menetelmä verkkovaihtosuuntaajien rinnan kytkemiseksi osoittautui nosturikäytössä toimivaksi. Kustannuslaskelmien perusteella verkkovaihtosuuntaajalla toteutetusta nosturista tulee materiaalikustannuksiltaan vastusjarruttavaa kalliimpi, vaikka paljon tilaa vievät vastuskaapit voidaankin jättää pois.

Sähkökäyttösimulaattori jasen suorituskyky

Erilaisten simulaatioiden tekeminen tutkimustyössä on tärkeää. Simulaatioiden avulla voidaan vähentää prototyyppitestauksen tarvetta. Diplomityössä on esitelty kehitettävää sähkökäyttösimulaattoria, jolla voidaan tarkastella erilaisten sähkökäyttöjen häviöiden muodostumista. Diplomityössä on keskitytty vertailemaan kehitettävän simulaattorin simulointituloksia todelliselta sähkökäytöltä mitattuihin suureisiin. Vertailun kohteena on taajuusmuuttajalla syötetty oikosulkumoottori, minkä virtojen ja jännitteiden vertailu on tehty aika- ja taajuustasossa.

Suurnopeushilaohjain IGB-transistoreille

Hilalta ohjattavien tehokytkimien, kuten IGBT tai MOSFET, ohjaaminen toteutetaan ohjausjännitettä muuttamalla. Hilaohjaimen tehtävä on ladata tehokytkimen hilakapasitanssia ohjattuun jännitteeseen. Hilaohjaimen siirtämän varauksen suuruuteen vaikuttaa hilakapasitanssin todellinen suuruus ja käytettävä ohjausjännite. Hilaohjaimen virrankäsittelykyky määrittää hilaohjaimen nopeuden siinä mielessä, että ohjattavan komponentin hilavaraus tulisi pystyä lataamaan ja purkamaan tietyssä suhteessa kytkentätaajuuteen. Kytkentätaajuuksien kasvaessa myös hilaohjaimen virrankäsittelykyky sekä hilaohjaimen teho joutuvat uudelleen arvioitaviksi. Työssä perehdytään IGBT:n toimintaan ja hilaohjainratkaisuihin suurilla kytkentätaajuuksilla. Työssä ontutkittu mahdollisuutta rakentaa IGBT:n hilaohjain jo markkinoilla olevista MOSFET:ien hilaohjaimista. Suurnopeushilaohjaimesta suunnitellaanja rakennetaan prototyyppi. Prototyypin suoriutumista tehtävistään tarkastellaan tekemällä mittauksia. Lopuksi arvioidaan asioita joiden tulee muuttua matkalla kohti megahertsien kytkentätaajuuksia.

Taajuusmuuttajan häviöidensimulointityökalun kehitys

Diplomityössä on kehitetty kaksitasoisen jännitevälipiirillisen taajuusmuuttajan häviöiden simulointiin käytettävä simulointimalli osaksi säädettävän sähkömoottorikäytön simulointityökalua, jolla voidaan analysoida eri säätöalgoritmien, kuormituksen ja kytkentätaajuuden vaikutusta taajuusmuuttajan häviöihin. Aluksi on selvitetty yksityiskohtaisesti taajuusmuuttajan häviölähteet ja häviöiden fysikaalinen tausta. Taajuusmuuttajassa käytettäville komponenteille on esitetty simulointimalleja. Taajuusmuuttajan malli ja häviöiden laskenta-algoritmit on toteutettu C-kielellä. Taajuusmuuttajan malli vastaa perusrakenteeltaan ACS800-02-0260-5 - taajuusmuuttajaa. ACS800-02-0260-5 -taajuusmuuttajan häviöitä on simuloitu erilaisissa kuormitustilanteissa, ja simulointien tueksi taajuusmuuttajan häviöt on pyritty selvittämään laboratoriomittauksin.

Development of a simulation tool for torsional vibration of branched power transmission system

In this master's thesis a mechanical model that is driven with variable speed synchronous machine was developed. The developed mechanical model simulates the mechanics of power transmission and its torsional vibrations. The mechanical model was developed for the need of the branched mechanics of a rolling mill and the propulsion system of a tanker. First, the scope of the thesis was to clarify the concepts connected to the mechanical model. The clarified concepts are the variable speed drive, the mechanics of power transmission and the vibrationsin the power transmission. Next, the mechanical model with straight shaft line and twelve moments of inertia that existed in the beginning was developed to be branched considering the case of parallel machines and the case of parallel rolls. Additionally, the model was expanded for the need of moreaccurate simulation to up to thirty moments of inertia. The model was also enhanced to enable three phase short circuit situation of the simulated machine. After that the mechanical model was validated by comparing the results of the developed simulation tool to results of other simulation tools. The compared results are the natural frequencies and mode shapes of torsional vibration, the response of the load torque step and the stress in the mechanical system occurred by the permutation of the magnetic field that is arisen from the three phase short circuit situation. The comparisons were accomplished well and the mechanical model was validated for the compared cases. Further development to be made is to develop the load torque to be time-dependent and to install two frequency converters and two FEM modeled machines to be simulated parallel.

Hydraulimoottorilla toteutetun kääntölaitteen kehittäminen

Tässä diplomityössä suunnitellaan paralleelityyppisen harvesterinosturin kääntölaite, missä toimilaitteena käytetään hydraulimoottoria. Konevalmistajista riippuman nosturivalmistajan tarpeet huomioiden selvitetään suurelle harvesterinosturille soveltuvat kääntölaiterakenteet, joista etsitään perustelluilla valinnoilla paras. Valitusta rakenteesta kehitetään kääntö-jalustakokonaisuus, johon suunnitellaan pylväs, kallistusrunko ja suojat sekä valitaan tarvittavat käyttökomponentit. Suunnitellun konstruktion ominaisuuksia ja kustannuksia verrataan tuotannossa olevaan sylinteritekniikalla toteutettuun kääntölaitteeseen.

Teleskooppimaston sähkökäyttöjen suunnittelu ja kehittäminen

Työssä kehitettiin kahdesta sähkökäytöstä ja erillisistä vinsseistä koostuva teleskooppimaston putkien nostamiseen ja laskemiseen tarkoitettu vinssijärjestelmä. Järjestelmällä voidaan korvata mekaanisesti monimutkainen ja painava yhdellä sähkökäytöllä toteutettu vinssijärjestelmä. Järjestelmän sähkökäytöt käyttävät vinssien välityksellä mastoon kiinnitettyjä hihnoja. Toinen sähkökäytöistä on säätämätön ja toinen vääntömomenttisäädetty. Säätämätön sähkökäyttö määrää maston nosto- ja laskunopeuden. Vääntömomenttisäädetty sähkökäyttö pitää mastoa käyttävät hihnat sopivalla kireydellä, jolloinmaston nostaminen ja laskeminen voivat tapahtua hallitusti.

Numerical Modelling of Combustion and Emission Formation in a Diesel Engine with Different Fuel Injection Characteristics

Päästöjen vähentäminen on ollut viime vuosina tärkeässä osassa polttomoottoreita kehitettäessä.Monet viralliset tahot asettavat uusia tiukempia päästörajoituksia. Päästörajatovat tyypillisesti olleet tiukimmat autoteollisuuden valmistamille pienille nopeakäyntisille diesel-moottoreille, mutta viime aikoina paineita on kohdistunut myös suurempiin keskinopeisiin ja hidaskäyntisiin diesel-moottoreihin. Päästörajat ovat erilaisia riippuen moottorin tyypistä, käytetystä polttoaineesta ja paikasta missä moottoria käytetään johtuen erilaisista paikallisista laeista ja asetuksista. Eniten huomiota diesel-moottorin päästöissä täytyy kohdistaa typen oksideihin, savun muodostukseen sekä partikkeleihin. Laskennallisen virtausmekaniikan (CFD) avulla on hyvät mahdollisuudet tutkia diesel-moottorin sylinterissä tapahtuvia ilmiöitä palamisen aikana. CFD on hyödyllinen työkalu arvioitaessa moottorin suorituskykyä ja päästöjen muodostumista. CFD:llä on mahdollista testata erilaisten parametrien ja geometrioiden vaikutusta ilman kalliita moottorinkoeajoja. CFD:tä voidaan käyttää myös opetustarkoituksessa lisäämään paloprosessin tuntemusta. Tulevaisuudessa palamissimuloinnit CFD:llä tulevat epäilemättä olemaan tärkeä osa moottorin kehityksessä. Tässä diplomityössä on tehty palamissimuloinnit kahteen erilaisilla poittoaineenruiskutuslaitteistoilla varustettuun Wärtsilän keskinopeaan diesel-moottoriin. W46 moottorin ruiskutuslaitteisto on perinteinen mekaanisesti ohjattu pumppusuutin ja W46-CR moottorissa on elektronisesti ohjattu 'common rail' ruiskutuslaitteisto. Näiden moottorien ja käytössä olevien ruiskutusprofiilien lisäksi on simuloinneilla testattu erilaisia uusia ruiskutusprofiileja, jotta erityyppisten profiilien hyvät ja huonot ominaisuudet tulisivat selville. Matalalla kuormalla kiinnostuksen kohteena on nokipäästöjen muodostus ja täydellä kuormalla NOx-päästöjen muodostus ja polttoaineen kulutus. Simulointien tulokset osoittivat, että noen muodostusta matalalla kuormalla voidaan selvästi vähentää monivaiheisella ruiskutuksella, jossa yksi ruiskutusjakso jaetaan kahteen tai useampaan jaksoon. Erityisen tehokas noen vähentämisessä vaikuttaa olevan ns. jälkiruiskutus (post injection). Matalat NOx-päästöt ja hyvä polttoaineen kulutus täydellä kuormalla on mahdollista saavuttaaasteittain nostettavalla ruiskutusnopeudella.

Optimization of energy consumption in wastewater pumping

Pumppauksessa arvioidaan olevan niin teknisesti kuin taloudellisestikin huomattavia mahdollisuuksia säästää energiaa. Maailmanlaajuisesti pumppaus kuluttaa lähes 22 % sähkö-moottorien energiantarpeesta. Tietyillä teollisuudenaloilla jopa yli 50 % moottorien käyttämästä sähköenergiasta voi kulua pumppaukseen. Jäteveden pumppauksessa pumppujen toiminta perustuu tyypillisesti on-off käyntiin, jolloin pumpun ollessa päällä se käy täydellä teholla. Monissa tapauksissa pumput ovat myös ylimitoitettuja. Yhdessä nämä seikat johtavat kasvaneeseen energian kulutukseen. Työn teoriaosassa esitellään perusteet jätevesihuollosta ja jäteveden käsittelystä sekä pumppaussysteemin pääkomponentit: pumppu, putkisto, moottori ja taajuusmuuttaja. Työn empiirisessä osassa esitellään työn aikana kehitetty laskuri, jonka avulla voidaan arvioida energiansäästöpotentiaalia jäteveden pumppaussysteemeissä. Laskurilla on mandollista laskea energiansäästöpotentiaali käytettäessä pumpun tuoton ohjaustapana pyörimisnopeuden säätöä taajuusmuuttajalla on-off säädön sijasta. Laskuri ilmoittaa optimaalisimmanpumpun pyörimisnopeuden sekä ominaisenergiankulutuksen. Perustuen laskuriin, kolme kunnallista jätevedenpumppaamoa tutkittiin. Myös laboratorio-testitsuoritettiin laskurin simuloimiseksi sekä energiansäästöpotentiaalin arvioimiseksi. Tutkimukset osoittavat, että jätevedenpumppauksessa on huomattavia mandollisuuksia säästää energiaa pumpun pyörimisnopeutta pienentämällä. Geodeettisen nostokorkeuden ollessa pieni, voidaan energiaa säästää jopa 50 % ja pitkällä aikavälillä säästö voi olla merkittävä. Tulokset vahvistavat myös tarpeen jätevedenpumppaussysteemien toiminnan optimoimiseksi.

Lasermittauksen soveltaminen vesihydraulisessa sylinterissä

Työn tavoitteena on tutkia mahdollisuutta käyttää laser interferometripohjaista aseman mittausjärjestelmää vesihydraulisessa sylinterissä. Työ liittyy Lappeenrannan teknillisessä yliopistossa kehitetyn rinnakkaisrakenteisen robotin PENTA WH muuttamiseen öljyhydraulisesta vesihydrauliseksi. Öljyhydraulisen prototyypin käyttämä vanha kuularuuviin ja inkrementaaliseen enkooderiin perustuvamittausjärjestelmä ei sovellu vesihydrauliseen robottiin. Työn tavoitteena on esittää vaihtoehtoinen ratkaisu.

Energiatehokkaiden tuotteiden myynti voimalaitoksiin

Tämän diplomityö käsittelee energiasäästömahdollisuuksia taajuusmuuttajien ja korkean hyötysuhteen moottoreiden avulla Suomen voimalaitoksissa. Energiatehokkuuden parantaminen voimalaitosten tuotantoprosessissa tarjoaa suuria myyntimahdollisuuksia ja on siten mielenkiintoinen tutkimuksen kohde. Työn tavoitteena on analysoida voimalaitostoimialaa Suomessa ja selvittäävoimalaitosten energiansäästöpotentiaalia suurimpien sähköä kuluttavien laitteiden osalta. Työn perusteella saadaan muodostettua kuva taajuusmuuttaja ja korkean hyötysuhteen moottorien markkinoista voimalaitoksiin. Työnalkuosassa keskitytään voimalaitostoimialan ja energiamarkkinoiden analyysiin. Analyysissä käydään läpi yleisimpien voimalaitosten toimintaperiaatteet ja energiatehokkaiden tuotteiden markkinakehitys sekä teollisuuden investointeihin liittyviä tekijöitä. Työn loppuosa käsittelee voimalaitosten suurimpien pumppujen ja puhaltimien energiansäästömahdollisuutta taajuusmuuttajien avulla. Työn tuloksena on muodostettu analyysi eri voimalaitostyyppien laittokannasta ja arvio energiasäästöstä sekä myyntipotentiaalista, jos laitteet muutetaan taajuusmuuttajakäytöiksi.

Vapaaehtoiset ympäristönhallintajärjestelmät Euroopan Unionissa ja Yhdysvalloissa

Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää minkälaisia ovat Euroopan Unionin Eco-Management and Audit Scheme (EMAS) ja yhdysvaltalainen Performance track -ympäristönhallintajärjestelmät. Tutkimuksessa tarkastellaan näihin vapaaehtoisiin ympäristönhallintajärjestelmiin osallistuvien yritysten hyötyjä, kokemuksia sekä tyytyväisyyttä ohjelman antiin ja sitä ylläpitäviin viranomaisiin. Tutkimuksen teoreettinen osa on tehty kirjallisuuskatsauksen perusteellaja empiirinen aineisto kerättiin sähköpostikyselynä. EMAS -asetus otettiin käyttöön vuonna 1993. Asetuksessa määritellään ympäristöhallintajärjestelmän osa-alueet yksityiskohtaisesti. Mukana olevien yritysten mielestä järjestelmä on helppo ottaa käyttöön ja suurin osa EMAS -yrityksistä kokee hyötyvänsä osallistumisestaan järjestelmään. Tärkeimmäksi hyödyksi koettiin ympäristöhyödyt sekä parantunut yrityskuva. Yritykset kokivat järjestelmän heikkoutena viranomaisten tuen puutteen. Yhdysvaltain Environmental Protection Agency:n Performance Track -järjestelmä esiteltiin vuonna 2000. Järjestelmän osallistumiskriteerit ovat haastavia. Mukana olevat yritykset kokevat hyötyvänsäjärjestelmästä. Eniten mukana olevat yritykset arvostavat julkisuuskuvan parantumista, ympäristöhyötyjä sekä taloudellisia hyötyjä. Yhdysvalloissa pidettiin myös tärkeänä hyvää suhdetta ympäristöviranomaisiin. Heikkoutena koettiin järjestelmän vähäinen tunnettuus. Euroopassa vapaaehtoisia ympäristönhallintajärjestelmiä käyttävien yritysten tulisi viranomaisten avulla verkostoitua. Yhdysvalloissa tulisi kehittää ympäristöraportin todentamista.

Finding the Fit Between Engineering Design and Cost Information

This paper analyzes the possibilities of integrating cost information and engineering design. Special emphasis is put on finding the potential of using the activity-based costing (ABC) method. Today, the problem of cost estimation in engineering design is that there are two separate extremes of knowledge. On the one extreme, the engineers model the technical parametres behindcosts in great detail but do not get appropriate cost information to their elegant models. On the other extreme, the accounting professionals are stuck with traditional cost accounting methods driven by the procedures and cycles of financial accounting. Therefore, in many cases, the cost information needs of various decision making groups, for example design engineers, are not served satisfactorily. This paper studies if the activity-based costing (ABC) method could offer a compromise between the two extremes. Recognizing activities and activity chains as well as activity and cost drivers could be specially beneficial for design engineers. Also, recognizing the accurate and reliable product costs of existing products helps when doing variant design. However, ABC is not at its best if the cost system becomes too complicated. This is why a comprehensive ABC-cost information system with detailed cost information for the use of design engineers should be examined critically. ABC is at its best when considering such issues as which activities drive costs, the cost of product complexity, allocating indirect costs on the products, the relationships between processes and costs, and the cost of excess capacity.

Exploration of the social dimension of corporate responsibility in a welfare state

This study focuses on corporate social responsibility (or CSR)as the latest dimension to emerge in the corporate responsibility and sustainability agenda, which in the recent past has rapidly risen to the top of the list of concerns for civil societies worldwide. Despite the continuing debates and discussions about the scope, benefits, and impacts of CSR to business and community in various sectors, levels, and types of society, many companies have moved forward to confront the opportunities and challenges of CSR. Thus, this study is about those proactive companies with a focus on the importance of CSR and its management inside and outside the company. It is an exploration and learning from the experience of Finnish companies, as well as other actors interested or involved in shaping the course of CSR, locally and globally. It also looks closely at how national culture affects the views, thinking, and management of CSR in a welfare state. This dissertation primarily draws on the analyses of information collected from a series of qualitative interviews and the existing literature in the area. This is complemented by an analysis of written and published documents on CSR from various sources. The results of the study give insightful information and detailed descriptions of a roadmap useful in learning and understanding CSR in Finnish companies. Despite the varying conceptual connotations, essential roadmap indicators point to the importance of framing CSR within the corporate responsibility concept, Finnish development and the welfare state system, globalization, stakeholders, and the pursuit of sustainable development as the main drivers of CSR, the remarkable progress of CSR in companies, and identification of key management areas and practices relevant to CSR. Similarly,the study reveals the importance of culture as essential in understanding and learning CSR. Finnish culture has a positive influence on the views, thinking, and management practices of CSR issues. Such a positive influence of culture, therefore, makes it easy for business people to discuss and understand CSR, because those CSR issues are already considered common and taken-for-granted by Finns and are implicit in the welfare state provisions. The experience of Finnish companies in implementing CSR policies in the supply chain is a concrete proactive step in advancing the message of CSR, that is, to bring companies and suppliers together to work on improving and strengthening relationships towards socially responsible practices worldwide. Such a forward step to deal with CSR issues in the supply chain reflects the companies' commitments and belief that CSR can be managed with the suppliers and gain positive benefits. Despite the problems and complexities, particularly in the global supply chain, managing CSR for Finnish companies presents new opportunities and challenges that are expected to intensify in the near future. The focus on CSR policy implementation inthe supply chain points to the importance of companies taking initiatives and forging cooperation with suppliers with the aim of addressing and improving CSR questions in the supply chains. The proactive stance of Finnish companies toward CSR is complemented by the active supporting role of important societalactors such as the government and NGOs. These actors carry out various promotional efforts and campaigns, thus bringing CSR into the mainstream of Finnish companies and strengthening the synergistic learning about CSR within the Finnish business and civil circles. The efforts of the government and NGOs to promote CSR are indicative of the importance of multipartite involvement and the emergence of better civil regulations. Likewise, their drive to learn from each other, exchange experiences, and contribute in CSR debates facilitated the evolution of CSRnetworks in the country. The results of this study add to the mounting evidence that CSR, in general, has created a new dimension in managing corporate sustainability. This study provides compelling empirical evidence and some direct quotations about CSR in the Finnish context. This information can be used to learn and gain new useful insights, approaches, and concepts for managing CSR.