Permanent magnet synchronous motor for industrial inverter applications - analysis and design

During the latest few years the need for new motor types has grown, since both high efficiency and an accurate dynamic performance are demanded in industrial applications. For this reason, new effective control systems such as direct torque control (DTC) have been developed. Permanent magnet synchronous motors (PMSM) are well suitable for new adjustable speed AC inverter drives, because their efficiency and power factor are not depending on the pole pair number and speed to the same extent as it is the case in induction motors. Therefore, an induction motor (IM) with a mechanical gearbox can often be replaced with a direct PM motor drive. Space as well as costs will be saved, because the efficiency increases and the cost of maintenance decreases as well. This thesis deals with design criterion, analytical calculation and analysis of the permanent magnet synchronous motor for both sinusoidal air-gap flux density and rectangular air-gapflux density. It is examined how the air-gap flux, flux densities, inductances and torque can be estimated analytically for salient pole and non-salient pole motors. It has been sought by means of analytical calculations for the ultimate construction for machines rotating at relative low 300 rpm to 600 rpm speeds, which are suitable speeds e.g. in Pulp&Paper industry. The calculations are verified by using Finite Element calculations and by measuring of prototype motor. The prototype motor is a 45 kW, 600 rpm PMSM with buried V-magnets, which is a very appropriate construction for high torque motors with a high performance. With the purposebuilt prototype machine it is possible not only to verify the analytical calculations but also to show whether the 600 rpm PMSM can replace the 1500 rpm IM with a gear. It can also be tested if the outer dimensions of the PMSM may be the same as for the IM and if the PMSM in this case can produce a 2.5 fold torque, in consequence of which it may be possible to achieve the same power. The thesis also considers the question how to design a permanent magnet synchronous motor for relatively low speed applications that require a high motor torqueand efficiency as well as bearable costs of permanent magnet materials. It is shown how a selection of different parameters affects the motor properties. Key words: Permanent magnet synchronous motor, PMSM, surface magnets, buried magnets

Applicability of Power-Line Communications to Data Transfer of On-line Condition Monitoring of Electrical Drives

The research of power-line communications has been concentrated on home automation, broadband indoor communications and broadband data transfer in a low voltage distribution network between home andtransformer station. There has not been carried out much research work that is focused on the high frequency characteristics of industrial low voltage distribution networks. The industrial low voltage distribution network may be utilised as a communication channel to data transfer required by the on-line condition monitoring of electric motors. The advantage of using power-line data transfer is that it does not require the installing of new cables. In the first part of this work, the characteristics of industrial low voltage distribution network components and the pilot distribution network are measured and modelled with respect topower-line communications frequencies up to 30 MHz. The distributed inductances, capacitances and attenuation of MCMK type low voltage power cables are measured in the frequency band 100 kHz - 30 MHz and an attenuation formula for the cables is formed based on the measurements. The input impedances of electric motors (15-250 kW) are measured using several signal couplings and measurement based input impedance model for electric motor with a slotted stator is formed. The model is designed for the frequency band 10 kHz - 30 MHz. Next, the effect of DC (direct current) voltage link inverter on power line data transfer is briefly analysed. Finally, a pilot distribution network is formed and signal attenuation in communication channels in the pilot environment is measured. The results are compared with the simulations that are carried out utilising the developed models and measured parameters for cables and motors. In the second part of this work, a narrowband power-line data transfer system is developed for the data transfer ofon-line condition monitoring of electric motors. It is developed using standardintegrated circuits. The system is tested in the pilot environment and the applicability of the system for the data transfer required by the on-line condition monitoring of electric motors is analysed.

Procurement in Project Implementation

Tutkimus keskittyy hankintatoimen kehittämiseen osana laitosprojektien toteutusta. Työ pohjautuu empiiriseltä taustaltaan Pöyry Oyj:n projektiliiketoimintaan ja työn tarkastelunäkökulmaksi onvalittu projektihallinnosta vastaavan yrityksen näkökulma. Tutkimus on hyvin käytännönläheinen ¿ se lähtee hankinnan ja sen seurannan ongelmista ja pyrkii tarjoamaan niihin uudenlaisia ratkaisuja. Pohjimmiltaan tutkimus kuuluu teollisuustalouden piiriin, vaikka tietojärjestelmätieteellä on vahva tukirooli. Työn tavoitteet ja tulokset liittyvät teollisuustaloudelle ominaisesti yrityksen toiminnan kehittämiseen, käytetyt välineet ja ratkaisut puolestaan hyödyntävät tietojärjestelmätieteen antamia mahdollisuuksia. Tutkimuksessa on käytetty konstruktiivista tutkimusotetta, jonka mukaisesti on luotu innovatiivisia konstruktioita ratkaisemaan aitoja reaalimaailman ongelmia ja tätä kautta tuotettu kontribuutioita teollisuustaloudelle. Tavoitteena oli järjestää hankintatoimi ja sen seuranta suurissa laitosprojekteissa tehokkaammin. Tätä varten uudistettiin ensin projektihallinnon ja hankintatoimen toimintaohjeet vastaamaan paremmin nykyajan vaatimuksia. Toimintaohjeiden perusteella ryhdyttiin toteuttamaan hankintaohjelmistoa, joka pystyisi kattamaan kaikki toimintaohjeissa kuvatut piirteet. Lopulta hankintaohjelmisto toi mukanaan uusia piirteitä projektihallintoon ja hankintatoimeen ja nämä sisällytettiin toimintaohjeisiin. Tähän kehitystyöhön ryhdyttiin, jotta laitosprojektien projektihallinto ja hankintatoimi toimisivat paremmin, eli pienemmin kustannuksin tuottaen projekteissa tarvittavat tulokset nopeammin, tarkemmin ja laadukkaammin. Tutkimuksella on kolmenlaisia tuloksia: hankintatoimen parannetut metodit, hankintaohjelmiston pohjana olevat toiminta- ja laskentamallit sekä implementaationa hankintasovellus. Uudistetut projekti- ja hankintaohjeet kuvaavat hankintatoiminnan parannettuja metodeja. Hankintaohjelmistoasuunnitellessa ja kehitettäessä tehdyt kuvaukset sisältävät uusia malleja niin hankintaprosessille kuin hankinnan seuraamiseksi suurissa laitosprojekteissa. Itse ohjelmisto on tuloksena implementaatio, joka perustuu parannettuihin hankintametodeihin ja uusiin toiminta- ja laskentamalleihin. Uudistetut projekti- ja hankintaohjeet ovat olleet käytössä Pöyry Oyj:ssä vuodesta 1991. Vuosien varrella nämä toimintaohjeet ovat auttaneet ja tukeneet satojen laitosprojektientoteutusta ja ylläpitäneet Pöyry Oyj:n kilpailukykyä kansainvälisenä projektitalona. Hankintasovellus puolestaan on ollut käytössä useissa projekteissa ja sen on havaittu pienentävän hankintatoimen suoria työkustannuksia laitosprojekteissa. Sovelluksen katsotaan myös tuovan epäsuoria kustannussäästöjä parempien hankintapäätösten muodossa, mutta näiden säästöjen suuruutta ei pystytä luotettavasti arvioimaan.

A comparative performance study of four-pole induction motors and synchronous reluctance motors in variable speed drives

Design aspects of the Transversally Laminated Anisotropic (TLA) Synchronous Reluctance Motor (SynRM) are studied and the machine performance analysis compared to the Induction Motor (IM) is done. The SynRM rotor structure is designed and manufactured for a30 kW, four-pole, three-phase squirrel cage induction motor stator. Both the IMand SynRM were supplied by a sensorless Direct Torque Controlled (DTC) variablespeed drive. Attention is also paid to the estimation of the power range where the SynRM may compete successfully with a same size induction motor. A technicalloss reduction comparison between the IM and SynRM in variable speed drives is done. The Finite Element Method (FEM) is used to analyse the number, location and width of flux barriers used in a multiple segment rotor. It is sought for a high saliency ratio and a high torque of the motor. It is given a comparison between different FEM calculations to analyse SynRM performance. The possibility to take into account the effect of iron losses with FEM is studied. Comparison between the calculated and measured values shows that the design methods are reliable. A new application of the IEEE 112 measurement method is developed and used especially for determination of stray load losses in laboratory measurements. The study shows that, with some special measures, the efficiency of the TLA SynRM is equivalent to that of a high efficiency IM. The power factor of the SynRM at rated load is smaller than that of the IM. However, at lower partial load this difference decreases and this, probably, brings that the SynRM gets a better power factor in comparison with the IM. The big rotor inductance ratio of the SynRM allows a good estimating of the rotor position. This appears to be very advantageous for the designing of the rotor position sensor-less motor drive. In using the FEM designed multi-layer transversally laminated rotor with damper windings it is possible to design a directly network driven motor without degrading the motorefficiency or power factor compared to the performance of the IM.

Pienen matkailuyrityksen yrittäjän taival : Oppiminen yrittäjyysprosessissa

Tämä tutkimus liittyy keskusteluun yrittäjyydestä, strategisesta prosessista ja kasvunmerkityksestä pienissä yrityksissä ja edelleen keskusteluun yrittäjästä oppijana, tilaisuuteen tarttujana ja toisaalta elämäntapaansa vaalivana yksilönä. Yrittäjän oppiminen on liitettävissä keskusteluun oppimisesta organisaatioissa, mikä tässä ymmärretään yrittäjän, yksilön oppimisena ja mahdollisuutena innovointiin ja uusiutumiseen yrittäjyysprosessissa. Tutkimuksen tavoitteena on etsiä yrittäjän oppimisen tapoja ja tuotoksia, roolia ja merkitystä strategisessa liiketoimintaprosessissa, jossa yrittäjän arvot ja pienen matkailu- ja perheyrityksen kulttuuri ohjaavat yrittäjän toimintatapaa. Edelleen tavoitteena on hahmottaa yrittäjän oppimisen ja kompetenssin ilmenemistä muutoksissa ja sidosryhmäsuhteissa. Työn lähestymistapa on hermeneuttinen. Yrittäjää lähestytään kokonaisvaltaisena yksilönä näkökulmasta, jossa yrittäjyyden prosessi ymmärretään inhimillisenä ja luovana toimintana sekä jatkuvana muutoksena. Yrittäjä nähdään oman prosessinsa määrittäjänä ja parhaana asiantuntijana. Empiirinen aineisto on laadullista. Vanhatyrittäjähaastatteluin vuosina 1998 - 99 kerätyt aineistot tarjosivat kokeilumahdollisuuden aineiston analysoinnin aloittamiseksi. Aineistojen kapean näkökulmanlaajentamiseksi kerättiin lisäaineisto neljältä yrittäjältä keskusteluin vuonna2003. Tämä Itä-Suomessa matkailualan yrittäjiltä kerätty uusi aineisto muodostaa tämän tutkimuksen keskeisen aineiston. Yrittäjyyden aiemmasta tutkimuksesta nousseet näkökulmat ovat suunnanneet tämän työn empiirisen aineiston tarkastelua. Tarkastelun kohteena ovat yrittäjä oppijana yrittäjyysprosessissaan ja yrittäjähistoriansa taitekohdissa sekä oppimisen näkyminen yrittäjän arvomaailmassa, matkailuyrityksen kulttuurissa ja sidosryhmäyhteistyössä. Tutkimuksen tulokset osoittavat, että yrittäjille jatkuva muutos on arkipäiväistä työtä. Yrittäjät hallitsevat omaa oppimis- ja yrittäjyysprosessiaan. He asettavat itse tavoitteensa liiketoiminnan suhteen, ymmärtävät liiketaloudellisia realiteetteja riittävästi; erityisesti riskien hallinta on ominaista yrittäjille. Yritysten menestystä osoittaa se, että niissä on pystytty kasvattamaan toimintaa määrällisten mittareiden puitteissa tai ainakin yrittäjän omiin tavoitteisiin on päästy. Yrittäjien oppimis- ja uusiutumiskykyä todistaa yritysten olemassaolo sinänsä ja jatkuva olemassaolon kamppailu vaikuttamalla sidosryhmiin. Vaikka näitä yrittäjiä ei anglosaksisen, schumpeterilaisen määrittelytavan mukaan voida määritellä käsitteellä 'entrepreneur', voidaan kuitenkin väittää, että heidät voidaan ymmärtää 'yrittäjyys' yrittäjiksi - rohkeiksi, uteliaiksi, itsenäisiksi, oppiviksi ja jatkuvasti uusiutuviksi yksilöiksi, jotka luovat jatkuvasti uutta arvoa yritystoiminnallaan. Oppiminen ilmenee prosessissa niin, että yrittäjät hakevat uutta tietoa sosiaalisesta suhdeverkostostaan, asiakkaiden käyttäytymisestä ja reaktioista sekä havainnoivatympäristöään tarkasti tehden vertailuja oman yrityksenä näkökulmasta alan muihin yrityksiin ja toimivat yhteistyössä muiden yrittäjien kanssa. He kyseenalaistavat omaa ja yrityksensä toimintaa, laativat suunnitelmia yrityksen laajentamiseksi tai toimintojen lisäämiseksi, mutta myös toiminnoista luopumiseksi. Oppiminenja uusiutuminen näkyvät visioissa, joissa yritystoimintaa varaudutaan muuttamaan siten, että se vastaa kulloisenkin tilanteen vaatimuksia Kuitenkin yrittäjät ovat ymmärrettävissä toimintaa ennakoiviksi, eivät niinkään toimintaa sopeuttaviksi yksilöiksi. Ennakointi voidaan nähdä muutosten työntövoimana, jolloin yrittäjät ovat enemmänkin yritystensä eteenpäin työntäjiä kuin yritystensä vetäjiä. Yrittäjät ovat omissa yrityksissään paras mahdollinen kyvykkyys- ja osaamisresurssi, joka näyttää siirtyvän näissä yrityksissä myös seuraavan sukupolven käyttöön käytännön esimerkkien ja hiljaisen tiedon kautta. Jokaiselle yrittäjälle on muotoutunut oma selviytymisstrategiansa tai toimintamallinsa, jossa on nähtävissä yrittäjän koko yrittäjyyden historian aikana ja yrittäjyysprosessissa tapahtuvan oppimisen muotoutuminen yrittäjän osaamiseksi. Näissä selviytymisstrategioissa on havaittavissa yrittäjän oma arvokäsitys, perheyrityksen kulttuuri, suhtautumistapa ympäristöön ja yrittäjän oma, persoonallinen toimintatapa yrittäjänä.

Analysis of torque and speed ripple producing non-idealities of frequency converters in electric drives

Electric motors driven by adjustable-frequency converters may produce periodic excitation forces that can cause torque and speed ripple. Interaction with the driven mechanical system may cause undesirable vibrations that affect the system performance and lifetime. Direct drives in sensitive applications, such as elevators or paper machines, emphasize the importance of smooth torque production. This thesis analyses the non-idealities of frequencyconverters that produce speed and torque ripple in electric drives. The origin of low order harmonics in speed and torque is examined. It is shown how different current measurement error types affect the torque. As the application environment, direct torque control (DTC) method is applied to permanent magnet synchronous machines (PMSM). A simulation model to analyse the effect of the frequency converter non-idealities on the performance of the electric drives is created. Themodel enables to identify potential problems causing torque vibrations and possibly damaging oscillations in electrically driven machine systems. The model is capable of coupling with separate simulation software of complex mechanical loads. Furthermore, the simulation model of the frequency converter's control algorithm can be applied to control a real frequency converter. A commercial frequencyconverter with standard software, a permanent magnet axial flux synchronous motor and a DC motor as the load are used to detect the effect of current measurement errors on load torque. A method to reduce the speed and torque ripple by compensating the current measurement errors is introduced. The method is based on analysing the amplitude of a selected harmonic component of speed as a function oftime and selecting a suitable compensation alternative for the current error. The speed can be either measured or estimated, so the compensation method is applicable also for speed sensorless drives. The proposed compensation method is tested with a laboratory drive, which consists of commercial frequency converter hardware with self-made software and a prototype PMSM. The speed and torque rippleof the test drive are reduced by applying the compensation method. In addition to the direct torque controlled PMSM drives, the compensation method can also beapplied to other motor types and control methods.

Vaihtosuuntauksen ja suodatuksen toteuttaminen tasasähkönjakeluverkossa

Pienjännitejakeluverkko Suomessa on toteutettu 400 V:n kolmivaiheisella vaihtosähköllä. Pienestä jännitteestä johtuen 20/0.4 kV:n muuntajat täytyy sijoittaa lähelle kuluttajaa, jotta siirtohäviöt eivät nouse liian suuriksi. Suuremman vaihto- tai tasajännitteen käyttö pienjännitejakelussa kasvattaisi verkon tehonsiirtokapasiteettia ja mahdollistaisi pidempien siirtomatkojen käytön. Käynnissä olevassa tutkimushankkeessa käsitellään vaihtoehtoa, jossa tasajännitettä käytettäisiin 20 kV:n verkon ja kuluttajan välisessä tehonsiirrossa ja kuluttajalla sijaitseva vaihtosuuntaaja muodostaisi tasasähköstä standardien mukaista yksi- tai kolmivaiheista vaihtosähköä. Tässä diplomityössä käsitellään tehoelektroniikan soveltamista kuluttajalle sijoitetussa vaihtosuuntaajassa. Työssä tarkastellaan yksivaiheisia invertteritopologioita, niiden ohjausta ja soveltamista erilaisissa vaihtosuuntaajaratkaisuissa sekä LC- ja LCL-suotimien soveltuvuutta invertterin lähtöjännitteen suodatukseen. Lisäksi esitellään erilaisia rakenneratkaisuja vaihtosuuntauksen toteutukseen ja tarkastellaan näiden järjestelmien vikatilanteita ja sähköturvallisuutta. Lopuksi käsitellään koko järjestelmän häviöitä ja hyötysuhdetta eri suodinkomponenteilla sekä kytkentätaajuuksilla ja esitellään laboratorioprototyyppi. Työssä saatiin selville, että puolisiltainvertteri ei sovellu suurten kondensaattorien vuoksi syöttämään verkkotaajuista kuormaa, vaan joudutaan käyttämään kokosiltainvertteriä. Kokosiltainvertterin ja LC- tai LCL-suotimen käsittävää kokonaisuutta tarkasteltaessa havaittiin, että pienimmät häviöt saavutetaan LC-suotimella 5 %:n ja LCL-suotimella 1 %:n särövaatimuksella. Hyötysuhdekäyrää tarkasteltaessa saatiin sama tulos läpi koko invertterin tehoalueen. Suotimen häviöiden tarkka laskenta on kuitenkin erittäin haasteellista, joten tulokset ovat suuntaa-antavia.

Tasasähkönjakelun käyttöpotentiaalin määrittäminen

Sähkönjakeluverkkojen kehittäminen nykyistä käyttövarmemmiksi ja taloudellisemmiksi vaatii jatkuvasti uusia ratkaisumalleja. Lupaavaksi tekniikaksi sähkönjakeluverkkojen kehittämisessä on osoittautumassa tasasähkönjakelu tehoelektronisten komponenttien kehittyessä ja hintojen laskiessa samanaikaisesti. Pienjännitedirektiivi mahdollistaa tasajännitteen myötä aiempaa suurempien jännitteiden käytön pienjänniteverkoissa. Tasajännitteen käytöllä voidaan saavuttaa etuja mm. tehonsiirtokyvyssä, sähkönlaadussa, käyttövarmuudessa sekä kustannuksissa. Työssä tehdään yksityiskohtaisia teknistaloudellisia tarkasteluja perinteistä 20/0,4 kV tekniikkaa, 1000 V sähkönjakelua sekä tasasähköjärjestelmiä hyödyntäen ja verrataan näiden järjestelmien kustannuksia ja ominaisuuksia toisiinsa. Tutkimusalueet on valittu Fortum Sähkönsiirto Oy:n maaseutu- ja taajamaverkoista. Työssä pyritään hahmotta-maan teknistaloudellista käyttöaluetta eri tasasähkönjakelujärjestelmille sekä määrittä-mään tasasähkönjakelun käyttöpotentiaali tutkimuskohteena olleissa verkoissa. Lisäksi tutkitaan eri tekijöiden vaikutuksia tasasähköjakelun kannattavuuteen ja käyttövarmuu-teen sekä pyritään tuomaan esiin muitakin tasasähkönjakelujärjestelmien ominaisuuksia.

Mittausjärjestelmä IGBT:n lämpötilan määrittämiseen

Tässä diplomityössä tutustutaan IGBT:n ja tehodiodin rakenteisiin, lämmön muodostumiseen kyseisissä komponenteissa sekä menetelmiin, joilla komponenttien lämpötilat voidaan määrittää. Työssä suunnitellaan ja rakennetaan mittausjärjestelmä, jolla IGBT:n ja tehodiodin lämpötilat voidaan määrittää suoraan mittaamalla sekä matemaattisten mallien avulla. Mittausjärjestelmä koostuu DC-chopper -kytkennästä, kuormavirran, välipiirin jännitteen sekä lämpötilan mittauksista. Lämpötilan mittauksissa käytettiin komponenttien pintoihin liitettyjä termopareja. Matemaattisia malleja varten mittausjärjestelmään lisättiin välipiirin jännitteen sekä kuormavirran mittaus. Laitteiston ohjaus sekä mittaustulosten tallentaminen toteutettiin dSPACE -laitteistolla. Mittausjärjestelmän toimivuus testattiin Lappeenrannan teknillisen yliopiston Säätötekniikan laboratoriossa tehdyillä mittauksilla.

Uusien energianormien vaikutus pientalojen rakenteisiin ympäristön kannalta

Tehokkaimpia keinoja vähentää rakennusten lämmitysenergian kulutusta ja lämmityksen aiheuttavia hiilidioksidi- ja happamoitavia päästöjä on tiukentaa rakentamismääräysten lämmöneristysvaatimuksia. Hyvin lämmöneristetyissä, tiiveissä ja ilmanvaihdoltaan optimoiduissa taloissa on pienet lämpöhäviöt. Näin ympäristöä kuormittava vaikutus saadaan paljon vähemmäksi kuin nykynormien mukaisissa asuinrakennuksissa. Johtumislämpöhäviö pienenee suoraan eristekerroksia paksuntamalla ja siihen on helpointa vaikuttaa. Mitä suurempiin eristepaksuuksiin mennään sen suuremmaksi tulee konvektion osuus kokonaislämpöhäviöstä. Tulevaisuudessa parempia ratkaisuja haetaan erityisesti konvektiosta ja säteilystä aiheutuvien lämpöhäviöiden pienentämiseksi. Eristeen osastointi ilmanpitävillä, vesihöyryä diffuusisesti läpäisevillä pystysuuntaisilla konvektiokatkoilla vähentää tehokkaasti paksun seinäeristeen kuljettumis-ilmavirtauksia. Katkoina käytetään erilaisia kalvoja ja rakennuspapereita, joilla on pieni emissiviteetti. Katkojen merkitys kasvaa, kun mennään uusien normien mukaisiin eristepaksuuksiin. Lämmöneriste voidaan toteuttaa myös kokoamalla ohuita kalvoja paketiksi, jotka jakavat ilmatilan ja siis eristeelle varatun paksuuden suljettuihin ilmaväleihin. Kun kalvoiksi valitaan pieniemissiviteettisiä pintoja, saadaan säteilylämmönsiirto lähes eliminoiduksi. Tällaisen ilmatilan lämmönjohtumisluku lähestyy paikallaan pysyvän ilman lämmönjohtumislukua, l = 0,025 W/Km, eli tällä rakennesysteemillä on mahdollista toteuttaa ohuempia rakenteita kuin perinteisillä eristeillä. Hygroskooppisen massan käyttö sisäilman kosteutta tasaavana rakenteena voi olla tulevaisuutta. Kehitystyö tuottaa uusia, kosteusteknisesti toimivia sovelluksia. Toisaalta palomääräykset tulevat kehitystyötä vastaan. Hygroskooppinen pintamateriaali on kevyt (pieni tiheys) ja paloteknisesti arka. Suoraa sähkölämmitystä ei voida pitää ympäristöystävällisenä. Sen jalostusketju on pitkä ja monivaiheinen. Millä peruspolttoaineella sähköä tuotetaan, vaikuttaa asiaan luonnollisestikin. Suoraa sähkölämmitystä voidaan suositella vain yksinäisen ihmisen taloudessa lämmitysmuotona taloudellisista syistä. Halvan polttoaineen säästöllä ei voida maksaa suuria laiteinvestointeja. Aurinkoenergian hyvä hyödyntäminen edellyttää hyvää säätöä, joka kytkee lämmityksen pois päältä silloin, kun aurinko lämmittää. Auringon hetkelliset säteilytehot ovat suuria verrattuna rakenteen lämpöhäviöihin ja huonetilojen lämmöntarpeeseen. Ratkaisu aurinkoenergian hetkellisyyteen ja paikallisuuteen on energian siirtäminen lämmöntarpeen mukaan rakennuksen eri osiin ja sen varastoiminen päivätasolla. Kun varastoivasta massasta ei ole suoraa yhteyttä ulos, voidaan kerääjäeristeeltä saatu lämpö käyttää häviöttömästi huonetilojen lämmittämiseen. Vaikka lämmitysenergian käytössä päästään 30 % vähennyksiin uudisrakennusten osalta, ei kokonaisenergian käyttö merkittävästi pienene, jos taloussähkön kulutus pysyy vakiona. Sama pätee myös CO2 -päästöihin. Saavutettava etu lämmitys-energian kulutuksessa voidaan hukata yhä suurenevaksi taloussähkön käytöksi, mikä olisi erityisen huono asia ympäristön kannalta.

Talonrakennushankkeen logististen kustannusten mallintaminen

Logistiikan kehittämisen merkitys on suuri rakennusalan yritysten kilpailukyvylle. Tutkimuksen kohdeyrityksessä ei tunnettu logistiikkakustannuksia ja tämän takia eri toimitusketjuvaihtoehtojen kustannusvaikutuksia ei voitu vertailla. Ilman kustannustietoja toiminnan kehittäminen ja kilpailukyky kärsivät. Rakentamisen kehittämisen nopein tehostamis- ja kustannussäästöpotentiaali onkin logistiikassa. Tutkimuksen tavoite oli luoda helppokäyttöinen, nopea, ymmärrettävä ja luotettavaa informaatiota tarjoava toimitusketjuratkaisija, jonka avulla voidaan löytää kustannustehokkain toimitusketju projektitietojen perusteella. Alustava mallinnus ja testaus suoritettiin Excel-ohjelmalla. Malli laski logistiset kustannukset kustannustekijäkohtaisesti yhteen huomioiden tutkimuksen rajaukset. Osa rakennusalan tuotteista aiheuttaa huomattavan määrän kokonais- sekä logistisista kustannuksista, kun taas tiettyjen tuotteiden kustannukset ovat vain pieniä. Eri talotyypeille voidaan löytää yleisiä ohjesääntöjä toimitusketjujen käytöstä, mutta työmailla on aina myös tuotteita, jotka kannattaa tuoda joko terminaali- tai suorana toimituksena. Työmaiden olosuhteet ja toimitusmäärät ovatkin varsin ratkaisevassa asemassa toimitustapaa valittaessa. Edellä mainittuja tutkimustuloksia tukivat alan kirjallisuus sekä mallin testaustulokset.

Verkkokäyttöisten tahtimoottorien käynnistyshäiriön tutkiminen

Diplomityössä tutkitaan verkkokäyttöisten harjattomasti magnetoitujen tahtimoottorien käynnistyshäiriötä, jossa moottori magnetoituu vasta useiden sekuntien kuluttua magnetoinnin kytkemisestä magnetointilaitteiston normaalista toiminnasta huolimatta. Syy magnetoitumisen viivästymiseen on magnetointikoneen oikosulkeutuminen roottorin ylijännitesuojana toimivan tyristorihaaran kautta siitä huolimatta, että tyristorihaaran tyristorien on tarkoitus olla johtamattomassa tilassa magnetointikoneen alkaessa syöttää magnetointivirtaa. Syitä tyristorien johtavana pysymiseen magnetoinnin kytkennän jälkeen etsitään tahtimoottorin käynnistyskokeista saatujen mittaustulosten sekä SMT- ja FCSMEK-laskentaohjelmilla tehtyjen käynnistyssimulointien avulla. Samalla arvioidaan ohjelmien käyttökelpoisuutta käynnistyshäiriön ennakoimisessa. Diplomityössä esitetään syyt kahden esimerkkikoneen magnetoitumisen viivästymiseen sekä muutoksia roottoripiiriin ja käynnistysproseduuriin, joiden avulla tutkittu käynnistyshäiriö voitaisiin tulevaisuudessa todennäköisesti välttää.

REACHin vaikutukset kemikaaleja käyttäviin pk-yrityksiin, case Pohjanmaan ja Keski-Pohjanmaan veneteollisuus

Euroopan komissio julkaisi vuonna 2003 asetusehdotuksen EU:n uudeksi kemikaalilainsäädännöksi. Uudistus tunnetaan nimellä REACH ja se sisältää säädökset kemikaalien rekisteröinnistä, arvioinnista, lupamenettelystä sekä rajoituksista ja kielloista. Kemikaalien turvallisen käytön varmistaminen on tarkoitus saavuttaa koko tuotantoketjua koskevilla velvoitteilla. Työn tavoitteena on tutkia REACHin vaikutuksia Pohjanmaan ja Keski-Pohjanmaan veneteollisuuteen. Vaikutusten selvittämiseksi verrataan olemassa olevaa ja tulevaa lainsäädäntöä sekä haastattelemalla selvitetään lakiuudistuksen vaikutuksia kemikaaleja käyttäviin venealan pk-yrityksiin. Kemikaalit muodostavat huomattavan osan veneen valmistuskustannuksista. Suorat, aine- ja yrityskohtaiset, REACH-kustannukset kohdistuvat voimakkaimmin pieniä kemikaalimääriä käyttäviin pk-yrityksiin, koska kustannukset eivät nouse suorassa suhteessa kemikaalien vuosikulutukseen. Välillisiä kustannuksia aiheutuu korotetuista kemikaalihinnoista sekä markkinoilta poistuvien kemikaalien aiheuttamasta tuotekehitystarpeesta ja tuotannon mukauttamisesta. Työn lopussa esitettävien varautumisohjeiden tarkoituksena on auttaa yrityksiä ennakoimaan lakiuudistuksen tuomat muutokset ajoissa. Arvioiden mukaan REACH-asetus astuu voimaan vuoden 2007 lopussa.

Paperin ja kartongin laserleikkauksen teknistaloudellinen kannattavuus

Diplomityö on tehty kuitumateriaalien laserleikkauksen tutkimusprojektissa ILAC/PAPER. Päätavoitteena on selvittää laserleikkauksen kustannukset ja arvioida kahden laserleikkaussovelluksen taloudellista kannattavuutta. Teoriaosassa tavoitteena on etsiä teknologiainvestoinneista piirteitä, jotka tulee ottaa huomioon hanketta suunnitellessa. Työssä esitellään myös menetelmä teknologiainvestointien arviointiin. Työssä on kolme aihepiiriä; teknologiainvestointien arviointi, laserleikkauksen perusteet ja kuitumateriaalien laserleikkauskustannuksia käsittelevä empiriaosa. Teoriaosan lähdemateriaalina on käytetty toimintolaskentaa ja teknologiainvestointeja käsiteleviä julkaisuja. Empiriaosa on koottu teollisuuden tiedonannoista, tutkimusmateriaalista ja myyntitarjouksista. Teknologiainvestointien perusteleminen on vaikeaa perinteisillä investointilaskennan menetelmillä vähäisistä suorista kustannussäästöistä johtuen. Sopiva menetelmä arvioikin hankkeet laajempina kokonaisuuksina. Laserlaitteistojen vuosittaiset kustannukset ovat suuret. Luotettavuus, huoltovapaus ja joustavuus ovat hyötyjä, jotka tekevät laserlaitteistosta kannattavan. Hankintahinta ja tuottavuus ratkaisevat investoinnin kannattavuuden.

Kunnossapidosta aiheutuvien epäsuorien kustannusten, laatuvaikutusten ja tuotannon toteutumattomien tuottojen liiketaloudellinen vaikutus

Työn tavoitteena on selvittää välillisten kunnossapitokustannusten rakennetta, selkeyttää kunnossapitokonseptin myyntiä ja luoda benchmarking- työkalu kunnossapitoliiketoiminnan jatkuvaan kehittämiseen. Kunnossapidon palvelukonseptin tarjoamiseen liittyen tutkimuksessa kartoitetaan kunnossapidon asiakkaan näkemyksiä kunnossapidon vaikutuksista asiakkaan edustamassa organisaatiossa, jolloin voidaan saada työkaluja kunnossapitotuotteiden ja kunnossapitokonseptien edelleen kehittämiseksi paremmin asiakkaan tarpeita tyydyttävään suuntaan ja näin nostaa asiakkaan ostaman palvelun laatua ja saada tuotetuksi lisäarvoa asiakkaalle. Tutkimuksen perusteella voidaan todeta kunnossapidon vaikutuksen yrityksen talouteen ja menestykseen olevan huomattava. Kun tarkastellaan kunnossapitoa vain välittömien kustannusten osalta, ei yrityksen toimintoja voida optimoida tehokkaimman mahdollisen toiminnan mahdollistavalla tavalla. Kunnossapito voidaan siis kehittää aidosti lisäarvoa tuottavaksi palveluksi, kun saadaan epäsuoria kustannuksia asteittain vähennetyksi.