Parallel-Operating Three-Phase Voltage Source Inverters – Circulating CurrentModeling, Analysis and Mitigation

The maximum realizable power throughput of power electronic converters may be limited or constrained by technical or economical considerations. One solution to this problemis to connect several power converter units in parallel. The parallel connection can be used to increase the current carrying capacity of the overall system beyond the ratings of individual power converter units. Thus, it is possible to use several lower-power converter units, produced in large quantities, as building blocks to construct high-power converters in a modular manner. High-power converters realized by using parallel connection are needed for example in multimegawatt wind power generation systems. Parallel connection of power converter units is also required in emerging applications such as photovoltaic and fuel cell power conversion. The parallel operation of power converter units is not, however, problem free. This is because parallel-operating units are subject to overcurrent stresses, which are caused by unequal load current sharing or currents that flow between the units. Commonly, the term ’circulatingcurrent’ is used to describe both the unequal load current sharing and the currents flowing between the units. Circulating currents, again, are caused by component tolerances and asynchronous operation of the parallel units. Parallel-operating units are also subject to stresses caused by unequal thermal stress distribution. Both of these problemscan, nevertheless, be handled with a proper circulating current control. To design an effective circulating current control system, we need information about circulating current dynamics. The dynamics of the circulating currents can be investigated by developing appropriate mathematical models. In this dissertation, circulating current models aredeveloped for two different types of parallel two-level three-phase inverter configurations. Themodels, which are developed for an arbitrary number of parallel units, provide a framework for analyzing circulating current generation mechanisms and developing circulating current control systems. In addition to developing circulating current models, modulation of parallel inverters is considered. It is illustrated that depending on the parallel inverter configuration and the modulation method applied, common-mode circulating currents may be excited as a consequence of the differential-mode circulating current control. To prevent the common-mode circulating currents that are caused by the modulation, a dual modulator method is introduced. The dual modulator basically consists of two independently operating modulators, the outputs of which eventually constitute the switching commands of the inverter. The two independently operating modulators are referred to as primary and secondary modulators. In its intended usage, the same voltage vector is fed to the primary modulators of each parallel unit, and the inputs of the secondary modulators are obtained from the circulating current controllers. To ensure that voltage commands obtained from the circulating current controllers are realizable, it must be guaranteed that the inverter is not driven into saturation by the primary modulator. The inverter saturation can be prevented by limiting the inputs of the primary and secondary modulators. Because of this, also a limitation algorithm is proposed. The operation of both the proposed dual modulator and the limitation algorithm is verified experimentally.

WWW-Sisällönhallintajärjestelmän kehittäminen

Tässä työssä keskitytään web-pohjaisiin sisällönhallintajärjestelmiin. Teoriaosassa käydään läpi aiheeseen liittyviä tekniikoita, web-ohjelmistotekniikan erityispiirteitä ja sisällönhallinnan käsitettä ja sen järjestelmiä. Teoriapuolella huomataan, kuinka laajaa osaa liiketoimintaprosesseista sisällönhallinta koskettaa. Siksi sen hahmottaminen on vaikeaa ja sitä voi lähestyä monesta eri suunnasta. Erilaisia järjestelmiä on lukuisia ja ne soveltuvat erilaisiin tilanteisiin. Käytännön työnä toteutetaan Codens Oy:n uuden sisällönhallinnan kehitystyö. Tavoitteena on saada huomattavia parannuksia vanhaan järjestelmään. Erityisesti kiinnitetään huomiota sivupohjasysteemiin ja käyttöliittymään, johon tuodaan mukaan web2.0:n tarjoamia uusia työkaluja. Järjestelmään saatiin useita parannuksia, mutta sen kehittämistä on vielä jatkettava, ennen kuin siitä saadaan kaupallisesti valmis tuote.

IPTV-palvelun pilotointi

Diplomityössä kehitettiin teleoperaattorille IPTV-palvelu (Internet Protocol Television) tietyillä rajatuilla ominaisuuksilla, kehitettiin IPTV-palvelulle uusi käyttöliittymä ja pilotoitiin uutta palvelua. Pilotoinnin tarkoituksena oli saada kokemusta uudentyyppisten tv-palvelujen käyttöönotosta. Pilotoinnin lopuksi koottiin pilottikäyttäjiltä saatu palaute ja analysoitiin palvelua sen perusteella. Työn taustatieto-osuudessa määritellään IPTV ja siihen tyypillisimmin kuuluvat palvelut. Lisäksi selvitetään, millaisia ovat IPTV:ssä käytetyt tekniikat ja verkkoarkkitehtuuri. Taustatiedoissa esitellään myös palvelun käyttäjän kokeman laadun parametrit ja kerrosmalli. Samalla tuodaan esiin menetelmät erityisesti kuvanlaadun ja käytettävyyden parantamiseksi. Opittavuus ja helppokäyttöisyys sekä viihteellisyys ja miellyttävyys on tunnistettu tärkeimmiksi käytettävyyden osa-alueiksi elinkaarensa alkupäässä olevissa IPTV-palveluissa. Diplomityön toteutusosuudessa esitetään työn lähtökohtana ollut vaatimusmäärittely ja sen vaikutus työn rajaukseen. Tämän jälkeen esitellään kehitetyn IPTV-palvelun ominaisuudet, joista tärkeimpinä tuodaan esiin tallennus- ja ajansiirtotoiminnot. Toteutusosuudessa selvitetään myös teleoperaattorin IPTV-verkon rakenne ja toiminta. Seuraavaksi käydään läpi alkuperäisestä käyttöliittymästä tehty analyysi ja analyysin perusteella toteutettu uusi käyttöliittymä, jossa merkittävimmät parannukset on tehty navigaatiorakenteeseen. Lopuksi selvitetään pilotoinnista kerätyt tulokset. Tuloksien perusteella voidaan nähdä, että ajansiirtotoiminnot riittävät takaamaan palvelun omaksumisen, mutta uudet toiminnot vaativat riittävän opastuksen. Tulokset osoittavat myös, että palvelun käytettävyys uudella käyttöliittymällä on tavoitetasolla, vaikkakin toimintojen viiveet heikentävät käyttökokemuksen miellyttävyyttä.

Komponenttikirjasto verkkosivujen suunnitteluun

Tärkeänä osana Internet-sivujen toteutusta on niiden huolellinen suunnittelu. Käyttöliittymäsuunnittelun työvälineinä Internet-sivujen toteuttamisessa käytetään apuna hahmotelmia ja erilaisia prototyyppejä. Näiden avulla sivuston suunnitelmaa selkeytetään yhteistyössä asiakkaan ja tulevien käyttäjien kanssa. Tässä diplomityössä toteutetaan komponenttikirjasto verkkosivujen suunnitteluun Uoma Oy nimiselle yritykselle. Kirjastoon tulevia komponentteja kartoitetaan analysoimalla toteutettuja projekteja. Työssä myös selvitetään komponenttien laatukriteerit ja toteutetaan kirjaston komponentit. Kirjaston laatua ja tehokkuutta arvioidaan toteuttamalla mallisivusto. Työ osoittaa, että käyttämällä kirjastoa saadaan sekä laadullista hyötyä että parannetaan tehokkuutta, verrattuna yrityksessä aiemmin käytettyyn tapaan työskennellä. Kirjastoa voidaan käyttää monipuolisesti eri suunnitteluvaiheiden tarpeisiin.

Web-käyttöliittymän ajonaikainen parametripohjainen luominen

Työssä tutkitaan eri tekniikoita, joilla web-käyttöliittymä voidaan toteuttaa. Tutkituista tekniikoista valitaan työn tavoitteisiin ja rajoitteisiin parhaiten soveltuvat tekniikat, joita käytetään hyväksi luotaessa varsinainen käyttöliittymäkerros olemassa olevalle web-sovellukselle. Varsinaiset käyttöliittymät luodaan automaattisesti työn aikana toteutettavalla käyttöliittymägeneraattorilla, joka käyttää hyväkseen käyttöliittymiä kuvaavia XML-kuvaustiedostoja. Tekniikoista parhaiten tarpeisiimme soveltui AJAX-lähestymistapa, joka mahdollistaa sivun osittaisen päivittämisen ja täten työpöytäsovellusmaisemman käytettävyyden nopeamman sivun päivityksen vuoksi. Käyttöliittymägeneraattorin käyttämät kuvaustiedostot puolestaan mahdollistavat käyttöliittymäkontrollien valmiin mallintamisen yleisessä kontrollikuvaustiedostossa sekä niiden helpon muokkaamisen ja sijoittelun sivu-kohtaisesti. Lisäksi käyttöliittymäkerros sisältää monipuoliset käyttöliittymäkontrollit.

Mobile Teleoperation of a Mobile Robot

This thesis describes the design and implementation of a graphical application on a mobile device to teleoperate a mobile robot. The department of information technology in Lappeenranta University conducts research in robotics, and the main motivation was to extend the available teleoperation applications for mobile devices. The challenge was to port existing robot software library onto an embedded device platform, then develop a suitable user interface application that provides sufficient functionality to perform teleoperation tasks over a wireless communication network. This thesis involved investigating previous teleoperation applications and conducted similar experiments to test and evaluate the designed application for functional activity and measure performance on a mobile device which have been identified and achieved. The implemented solution offered good results for navigation purposes particularly for teleoperating a visible robot and suggests solutions for exploration when no environment map for the operator is present.

Tuotetietojen hallintaohjelmiston käytettävyyden kehittäminen PK-yrityksessä

Usability of software describes characteristics of its user interface, which affect its ease of use, degree of satisfaction, efficiency and other factors. Usability can have great impact on the productiveness and happiness of the employees. Usability methods, specially designed for the purpose, can be used for improving the usability. This Master’s Thesis is about studying usability problems of a software used for managing product information, and fixing those problems. The aim of the thesis was to improve the usability of the software by fixing the problems and to demonstrate that improving usability is possible in a SME with limited resources. To achieve the goal a selected group of well known usability methods were used. In the thesis a number of usability problems were detected, and for some of which a solution was designed. The selected usability methods very mostly found well suited for the purpose.

Designing and Implementing Mouse Emulation to Touchscreen Operated Mobile Web Browsers

Browsing the web has become one of the most important features in high end mobile phones and in the future more and more people will be using mobile phone for web browsing. Large touchscreens improve browsing experience but many web sites are designed to be used with a mouse. A touchscreen differs substantially from a mouse as a pointing device and therefore mouse emulation logic is required in the browsers to make more web sites usable. This Master's thesis lists the most significant cases where the differences of a mouse and a touchscreen affect web browsing. Five touchscreen mobile phones and their web browsers were evaluated to find out if and how these cases are handled in them. Also as a part of this thesis, a simple QtWebKit based mobile web browser with advanced mouse emulation model was implemented, aiming to solve all the problematic cases. The conclusion of this work is that it is feasible to emulate a mouse with a touchscreen and thus deliver good user experience in mobile web browsing. However, current highend touchscreen mobile phones have relatively underdeveloped mouse emulations in their web browsers and there is a lot to improve.

WWW-pohjaisen julkaisurekisteriohjelmiston suunnittelu ja toteutus

Työn tavoitteena oli suunnitella ja toteuttaa uudistettu versio Lappeenrannan teknillisen yliopiston kirjaston käyttämästä WWW-pohjaisesta julkaisurekisteriohjelmasta. Työssä käsitellään muuttuneita tarpeita ja syitä, jotka johtivat uuden ohjelmiston toteuttamiseen. Ohjelmiston uuteen versioon toteutettiin uusi ohjelmistoarkkitehtuuri, joka perustuu eri toiminnot toteuttaviin komponentteihin rajapintoineen. Tässä raportissa kuvataan ohjelmistoon liittyvät vaatimukset, projektin toteutukseen käytetyt tekniset ratkaisut sekä ohjelmiston toiminnallisuus käyttöliittymäkuvineen. Lisäksi käsitellään Ajax-tekniikoiden hyödyntämistä ohjelmiston käyttöliittymän vuorovaikutteisuuden parantamiseen. Lopuksi käsitellään toteutunutta projektia ja lopputuloksen merkitystä.

Tuulivoiman verkkomääräykset Euroopassa ja Yhdysvalloissa sekä niiden kehittyminen tulevaisuudessa älykkäiden sähköverkkojen kannalta

Tuulivoimatekniikan nopea kehitys on lisännyt tuulivoimakapasiteetin määrää sähköverkoissa. Eri maiden siirtoverkko-operaattorit ovatkin julkaisseet tuulivoimaloille omat verkkomääräyksensä. Työssä tutkitaan tuulivoimaloiden tekniikkaa, eri maiden verkko-operaattoreiden asettamia verkkomääräyksiä tuulivoimalle sekä arvioidaan näiden kehitystä tulevaisuudessa. Tutkittaviksi alueiksi on valittu maita, joiden siirtoverkot ovat rakenteeltaan erilaisia ja joissa tuulivoimaloille asetetut vaatimukset sekä asennetun tuulivoimakapasiteetin määrät vaihtelevat. Verkkomääräyksiä käsitellessä on keskitytty vain tärkeimpiin teknisiin vaatimuksiin. Eri verkkomääräykset eroavat toisistaan rakenteeltaan sekä vaatimuksiltaan ja ne ovat tiukentuneet tuulivoiman osuuden kasvaessa kokonaisenergiantuotannosta. Tämä on vaikeuttanut sähköverkoissa toimivien osapuolien operointia. Verkkomääräyksien harmonisoinnille ja kehittämiselle onkin tarvetta verkon kaikkien osapuolien toimintaedellytyksien parantamiseksi. Tuulivoimaloiden sisältämän tehoelektroniikan ja älykkäiden sähköverkkojen kehityksen myötä voidaan tuulivoimalla saavuttaa myös monia etuja esimerkiksi muihin tuotantotapoihin verrattuna.

Hajautetun tuotannon verkkoonliittäminen - verkkokoodit ja käytännön toimet

Euroopan unionin asettamat uusiutuvan energian lisäämistavoitteet ovat kasvattaneet hajautetun tuotannon määrää Euroopassa. Eri hajautetun tuotannon verkkokoodit asettavat tuotantolaitoksille omat vaatimuksensa, mikä vaikeuttaa eri toimijoita, joten yhtenäiselle verkkokoodille on tarvetta. ENTSO-E onkin luomassa tällä hetkellä Euroopan unionille yhtenäisiä pilottiverkkokoodeja, joiden tarkoitus on myöhemmin kattaa kaikkia tuotantolaitoksia koko Euroopassa. Tämän vuoksi ENTSO-E:n verkkokoodien vaatimuksia on syytä tutkia. Tässä diplomityössä tarkastellaan hajautetun tuotannon nykyisiä ja ENTSO-E:n kehitteillä olevia verkkokoodeja. Työssä tutkitaan myös älykkäiden verkkojen ja verkkokoodien kehitystä. Verkkokoodien vertailuja suoritetaan pohjoismaisesta näkökulmasta, mutta vertailuun on otettu myös muita Euroopan maita. Tarkastelu painottuu siirto- ja jakeluverkkokoodien osalta tuulivoimalle asetettaviin vaatimuksiin. Mikrotuotannon verkkokoodien ja käytännön toimien tarkastelu keskittyy invertterin kautta verkkoonliitettäviin tuotantolaitoksiin, joissa aurinkotuotanto on merkittävin tuotantomuoto.

Kuulla vai kuunnella – käyttäjää osallistavan palveluinnovoinnin lähestymistavan toteuttamisen haasteita julkisella sektorilla

Julkisen sektorin itsensä synnyttämien innovaatioiden ja innovoinnin näkökulma on verrattain tuore innovaatiotutkimuksen tutkimuskohde. Vielä uudempaa lähestymistapaa edustaa käyttäjälähtöinen ja käyttäjää osallistava palveluinnovaatiotutkimus julkisella sektorilla. Käyttäjälähtöisen ja käyttäjää osallistavan palveluinnovoinnin lähestymistavan toteuttamisesta ollaan kiinnostuneita, mutta tieteelliseen tutkimukseen perustuva tieto lähestymistavasta on vielä kohtuullisen niukkaa. Tämän käyttäjälähtöiseen palvelujen innovointiin keskittyvän väitöskirjatutkimuksen päätavoitteena on mikrotasolla tunnistaa ja ryhmitellä käyttäjää osallistavan palveluinnovoinnin lähestymistavan toteuttamisen haasteita julkisella sektorilla. Väitöskirjatutkimuksen alatavoitteena on tutkimuksesta saatavan tiedon avulla muodostaa kysymyslista tukemaan lähestymistavan käyttöönottamista ja toteuttamista julkisen sektorin palveluorganisaatioissa ja -verkostoissa. Julkisen palvelusektorin ohella väitöskirjan tutkimustuloksia voivat soveltuvin osin hyödyntää myös yksityisen ja kolmannen sektorin palveluorganisaatiot ja -verkostot sekä käyttäjälähtöisen innovaatiopolitiikan suunnitteluun ja sen jalkauttamiseen osallistuvat tahot. Haasteita lähestytään tutkimuksessa käyttäjälähtöisen ja käyttäjää osallistavan palveluinnovoinnin lähestymistavan piirteiden kautta ja haasteita tarkastellaan kehittäjäviranomaisten (ryhmätaso) näkökulmasta. Kuntasektori on valittu tutkimukseen edustamaan julkista sektoria. Lähestymistavan piirteiksi tutkimuksessa määritellään käyttäjänäkökulman ohjaava rooli organisaation innovaatiotoiminnan strategisella tasolla ja palvelujen uudistamisprosessien tasoilla, avoimuus (erityisesti käyttäjärajapinta) ja tulkinnallisuus innovaatioprosessien varhaisessa vaiheessa sekä laaja-alainen käsitys innovaatioiden lähteistä käyttäjänäkökulmaa muodostettaessa. Tutkimuksen kohteena on hyvinvointipalveluinnovaatioprosessien varhainen vaihe, jolloin keskeisessä asemassa on uusien ideoiden sekä uuden tiedon ja ymmärryksen hankinta hyödynnettäväksi innovaatioprosessien seuraavissa vaiheissa. Tutkimuksessa rajaudutaan käyttäjälähtöisen palveluinnovoinnin muotoon, jossa käyttäjät intentionaalisesti ja konkreettisesti osallistetaan kehittäjäviranomaisjohtoisiin palveluinnovaatioprosesseihin. Käyttäjiksi tutkimuksessa ymmärretään palvelun loppukäyttäjät palvelujen ”ulkoisina hyödyntäjinä” ja yli sektorialisten palveluprosessien henkilöstö palvelujen ”sisäisinä hyödyntäjinä”. Hyvinvointipalveluista tutkimuksessa ovat edustettuina sosiaali- ja terveyspalvelut sekä ikäihmisten palvelukeskusten tarjoamat palvelut. Kuntasektorin innovaatiotoiminnan kenttä ymmärretään tutkimuksessa verkostomaisena kokonaisuutena, joka ylittää kuntien hallinnolliset rajat. Artikkeliväitöskirjana toteutetun väitöskirjatutkimuksen metodologia perustuu usean tapauksen tapaustutkimukseen (multiple case-studies) ja kvalitatiiviseen tutkimusotteeseen. Työn empiirinen osuus koostuu viidestä artikkelina julkaistusta osatutkimuksesta. Osatutkimuksissa käytetään tapaustutkimuksen eri variaatioita, ja tutkimusaineistot on kerätty kolmesta eri perustutkimusympäristöstä. Osatutkimuksien tapaukset on valittu palvelun käyttäjien ”äänen jatkumon” (the voice of the customer) eri kohdista. Käyttäjän ääntä käytetään tutkimuksessa metodisena ratkaisuna ja metaforana. Lisäksi käyttäjän ääni ymmärretään tutkimuksessa paremminkin kollektiivisena ja laajemmista palvelujen kehittämisnäkökulmista kertovana tekijänä kuin yksittäisten palvelun käyttäjien tarpeista ja toiveista kertovana metaforana. Käyttäjää osallistavan palveluinnovoinnin lähestymistavan toteuttamisen haasteiksi julkisella sektorilla tutkimuksessa tunnistetaan viisi haastetta. Tiivistetysti haasteena on 1. palvelujen käyttäjien subjektiuteen perustuva käyttäjälähtöisyys palvelujen uudistamisessa 2. tunnistaa palvelun käyttäjät innovaatiotoiminnan voimavarana ja rohkaistua heidän osallistamiseensa 3. sitoutuminen yhteistoiminnallisuuteen käyttäjä- ja muita rajapintoja ylittävissä palvelujen uudistamisprosesseissa ja innovaatiohakuisuus työskentelyssä 4. oivaltaa palvelutoivelistoja ja asiakaspalautteita laajempia kehittämisnäkökulmia 5. synnyttää luottamukseen perustuva hyvä kierre palvelun käyttäjien ja kehittäjien välille. Tutkimustuloksena syntyneet haasteet paikannetaan tutkimuksessa käyttäjän äänen jatkumolle erilaisin painotuksin. Lisäksi tutkimustulosten pohjalta tehdään kolme keskeistä johtopäätöstä. Ensinnäkin palvelun kehittäjätahon sekä palvelun loppukäyttäjien ja palvelujen sisäisten hyödyntäjien väliltä on tunnistettavissa innovaatiopotentiaalia sisältäviä rakenteellisia aukkoja. Toiseksi kehittäjäviranomaistahon valmius ja halu laajentaa tiedonmuodostustaan palvelujen uudistamisessa palvelun käyttäjien kanssa yhteisöllisen tiedonmuodostuksen suuntaan on puutteellinen. Kolmanneksi palvelujen kehittäjätaho ei ole sisäistänyt riittävässä määrin käyttäjää osallistavan palveluinnovoinnin lähestymistavan metodologisia perusajatuksia. Tutkimuksessa tunnistetut viisi haastetta osoittavat, että käyttäjää osallistavan palveluinnovoinnin lähestymistavan käyttöönotto hyvinvointipalveluorganisaation tai -verkoston palvelujen innovoinnin lähestymistavaksi ei ole mekaaninen toimenpide. Lähestymistavan käyttöönottoa tukeva kysymyslista perustuu tutkimuksessa tunnistettuihin haasteisiin. Kysymyslista on laadittu siten, että kysymykset liittyvät laajasti julkisten palveluorganisaatioiden ja -verkostojen innovaatiokulttuuriin. Kaksiosaisen kysymyslistan ensimmäisen osan kysymykset käsittelevät innovointia ohjaavia mentaalisia malleja. Ensimmäisessä osassa esitetään esimerkiksi seuraava kysymys: ”Millaista käsitystäpalvelun käyttäjistä (kuntalaisista) sekä käyttäjien ja kehittäjien (viranomaisten) välisestä suhteesta ilmennämme palvelujen innovoinnissa; onko palvelujen käyttäjä (kuntalainen) kohde, jolle kehitetään palveluja, vai onko hän jopa välttämätön kehittämiskumppani?”. Kysymyslistan toisen osan kysymykset liittyvät innovaatiokäytänteisiin ja valmiuksiin. Esimerkkinä voidaan mainita seuraava kaksiosainen kysymys: ”Tukevatko innovaatiokäytänteemme käyttäjärajapinnan ylittäviä innovaatioprosesseja ja sitoudummeko avoimin mielin työskentelyyn palvelun käyttäjien, potentiaalisten käyttäjien tai ei-käyttäjien kanssa? Mitä hyötyjä koemme yhteistoiminnallisuudesta koituvan meille ja käyttäjille sekä innovaation laatuominaisuuksiin?”. Mitä tulee tutkimuksen otsikon alkuosaan ”kuulla vai kuunnella”, vastaus on, että pääpaino on sanalla ”kuulla”. Pohdintaluvussa tuodaan myös esille tarve – tai ainakin kriittisen tarkastelun tarve – käyttäjälähtöisen ja käyttäjää osallistavan palveluinnovoinnin käsitteen ja sen luonteen sekä tavoitteiden määrittelemiselle julkisen sektorin ominaispiirteistä käsin vastapainona alkuperältään yksityisen sektorin liiketoimintakontekstista lähtöisin oleville määrittelyille.

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

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

Tuulivoimageneraattorin konseptisuunnittelu

Tämä diplomityö käsittelee tuulivoimageneraattorin konseptisuunnittelua. Työssä käydään läpi tuulivoimateollisuuden, -markkinoiden ja -turbiinien historiaa, nykyhetkeä ja tulevaisuuden ennusteita. Tuulivoimaturbiineista esitellään yleisimmät tyypit ja teknologiat, joita vertaillaan keskenään. Lisäksi selvitetään tarkemmin suoravetoisten tuuliturbiinigeneraattoreiden teknologiaa ja teknisiä rakenteita joita myös vertaillaan keskenään. Työn pääasiallisena tarkoituksena on luoda selkeä konseptisuunnitteluprojektin toimintamalli, jota noudattamalla projekti voidaan hoitaa johdonmukaisesti läpi. Lopuksi työssä vielä käydään läpi suoravetoisen kestomagneettigeneraattorin todellinen konseptisuunnitteluprojekti, jossa ei ole ollut käytössä selkeää toimintamallia.

Hybridikomposiittien hyödyntäminen tuulivoimalan rakenteissa

Diplomityön tarkoituksena oli tutkia hybridikomposiittien soveltuvuutta tuulivoimalan osien tai osakokonaisuuksien rakennemateriaaliksi. Lähtökohtana oli selvittää erityisesti luonnonkuitukomposiitin materiaaliteknisten ominaisuuksien, etenkin lujuusominaisuuksi-en soveltuminen tuulivoiman rakenteisiin. Työn johdanto-osuudessa esitellään tuulivoiman rooli tämän päivän energiantuotannossa, yksittäisen tuulivoimalalaitoksen rakenne, rakenteiden suunnittelussa huomioitavat seikat, voimalan eri osien kuten tornin, lapojen ja nasellin yleisimmät valmistusmenetelmät, sekä muovien ja eri lujitteiden ohella puumuovikomposiitin materiaaliominaisuudet, valmistus-menetelmät ja yleisimmät käyttökohteet. Hybridikomposiittien lujuusominaisuuksia tutkittiin Lappeenrannan teknillisen yliopiston puutekniikan laboratoriossa suoritetuissa mittauksissa. Saatuja tuloksia verrattiin referens-situlosten ohella myös tällä hetkellä tuulivoimalan rakenteissa yleisesti käytettävien lasi- ja hiilikuidun, sekä teräksen ominaisuuksiin. Mittaustulosten perusteella bambu- ja lasikuitu-lujitteiset puumuovikomposiitit soveltuvat parhaiten tuulivoimalarakenteisiin, mutta niiden valmistaminen ekstruusiomenetelmällä on melko haasteellista.