Switching components for medium voltage drives

Nowadays power drives are the essential part almost of all technological processes. Improvement of efficiency and reduction of losses require development of semiconductor switches. It has a particular meaning for the constantly growing market of renewable sources, especially for wind turbines, which demand more powerful semiconductor devices for control with growth of power. Also at present semiconductor switches are the key component in energy transmission, optimization of generation and network connection. The aim of this thesis is to make a survey of contemporary semiconductor components, showing difference in structures, advantages, disadvantages and most suitable applications. There is topical information about voltage, frequency and current limits of different switches. Study tries to compare dimensions and price of different components. Main manufacturers of semiconductor components are presented with the review of devices produced by them, and a conclusion about their availability was made. IGBT is selected as a main component in this study, because nowadays it is the most attractive component for usage in power drives, especially at the low levels of medium voltage. History of development of IGBT structure, static and dynamic characteristics are considered. Thesis tells about assemblies and connection of components and problems which can appear. One of key questions about semiconductor materials and their future development was considered. For the purpose of comparison strong and weak sides of different switches, calculation of losses of IGBT and its basic competitor – IGCT is presented. This master’s thesis makes an effort to answer the question if there are at present possibilities of accurate selection of switches for electrical drives of different rates of power and looks at future possible ways of development of semiconductor market.

Symmetristen komponenttien mallinnus

Tässä insinöörityössä suunniteltiin Helsingin ammattikorkeakoululle jakeluverkoissa tapahtuvien oikosulkujen symmetristen komponenttien laskutavan havainnollistamiseen sopiva sijaiskytkentä. Sijaiskytkennässä tärkeitä huomioitavia asioita olivat mm. jännitetaso, havainnollistavien muuntajien oikosulkukestoisuus, jatkokäyttö laboratoriotyönä ja yleinen havainnollistavuus. Työssä on aluksi perehdytty symmetristen komponenttien ja jakeluverkoissa tapahtuvien oikosulkujen teoriaan. Tämän jälkeen mitoitettiin tarvittavan kytkennän komponenttien jännite- ja virtakestoisuudet mahdolliset lisäkäytöt huomioiden. Näiden rajoitusten mukaan perusteella työtä ruvettiin toteuttamaan. Työssä tilattiin sähkön 40 V:n pääjännitetasolle alentava muuntaja syöttämään oikosulun kestävää muuntajaa, jolla simuloitiin jakeluverkon yleisimpiä vikatyyppejä. Jälkimmäiselle muuntajalle mitoitettiin ja hankittiin sisäistä impedanssia vastaava induktanssi. Tämän avulla rakennettiin kokonaisuus, jonka avulla voidaan simuloida kaikkia tapahtuvia oikosulkuja vastaavat sijaiskytkennät. Työhön jätettiin kehittämisvaraa ja muita laboratoriotyön rakentamismahdollisuuksia tulevien insinööritöiden tekijöille.

Relationship between electrical conductivity and water content in peat growth medium

Tiivistelmä: Turvekasvualustan sähkönjohtavuuden ja vesipitoisuuden riippuvuus mitattuna TDR-käsimittarilla

Relationship of breast fillet deboning time to shear force, pH, cooking loss and color in broilers stunned by high electrical current

Selostus: Korkealla virranvoimakkuudella tainnutettujen broilereiden rintafileen irroitushetken vaikutus lihaksen leikkausvoiman vastukseen, pH:hon, keittohävikkiin ja väriin

Measurement of the tree root growth using electrical impedance spectroscopy

Abstract

Benchmarking project of the Department of Electrical Engineering of Lappeenranta University of Technology

Lappeenrannan teknillisen korkeakoulun sähkötekniikan osasto muutti 1.8.2005 sähkötekniikan tutkinnon kaksiportaiseksi ja vastaamaan näin Bologna-prosessia ja Suomen yliopistolainsäädäntöä. Tutkinnonuudistuksen myötä osasto haluaa varmistaa sähkötekniikan tutkintojen laadun ja vertailtavuuden sekä parantaa opiskelijoidensekä henkilökunnan liikkuvuutta. Tutkintojen laatu ja vertailtavuus osoitetaan sähkötekniikan osaston benchmark-projektilla, jossa kerätään tietoja maisteri- ja tohtorintutkintoa tarjoavista eurooppalaisista yliopistoista. Diplomityö käsittää BM-projektin kolmannen vaiheen suunnittelun ja toteutuksen sisältäen teoriaa benchmark-projekteille tyypillisistä toimintatavoista. Hyväksi havaitut menetelmiä, kuten kyselyt ja matriisit, on tässä työssä otettu soveltuvin osin sähkötekniikan osaston BM-projektin työkaluiksi. Diplomityössä analysoidaan työkalujen avulla BM-kumppaneilta kerättyjä tietoja sekä esitetään ratkaisuja, miten sähkötekniikan osastolla voidaan jatkaa parhaiden toimintatapojen löytämistä.

Electrical Machines' Market in Russia

Venäjän valtion osuus maailmantaloudesta on pieni verrattuna sen maantieteelliseen kokoon, väkilukuun ja luonnonvaroihin. Sitä pidetään kuitenkin yhtenä tulevaisuuden merkittävistä kasvumarkkinoista. Venäjällä on tyypillisesti teollisuutta, joka hyödyntää luonnonvaroja ja tuottaa raaka-aineita sekä kotimaan että ulkomaiden markkinoille. Tällaisia tyypillisiä teollisuudenaloja Venäjällä ovat kaivos- ja metsäteollisuus sekä kemikaalien- kaasun- ja öljyntuotanto. Myös näiden teollisuusalojen tarvitsemien tuotantolaitteiden ja koneiden valmistusta on Venäjällä. Näitä koneita viedään Venäjältä entisiin neuvostovaltioihin ja päinvastoin. Tässä diplomityössä tutkitaan sähkömoottorien markkinapotentiaalia ja kilpailutilannetta Venäjällä. Venäjän osalta perehdytään sen kansantalouden tilaan ja tutkitaan sähkökonemarkkinoiden kokoa segmenteittäin monien erilähteiden avulla. Venäjän arvioidaan olevan erittäin potentiaalinen ja kasvava markkina-alue. Diplomityössä selvitetään ostoprosessia Venäjällä ja sähkökonemarkkinoiden ominaisuuksia kyseisellä alueella.

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.

Product Platform Development from the Product Lines' Perspective: Case of Switching Platform

In the era of fast product development and customized product requirements, the concept of product platform has proven its power in practice. The product platform approach has enabledcompanies to increase the speed of product introductions while simultaneously benefit from efficiency and effectiveness in the development and production activities. The product platforms are technological bases, which can be used to develop several derivative products, and hence, the differentiation can be pushed closer to the product introduction. The product platform development has some specific features, which differ somewhat from the product development of single products. The time horizon is longer, since the product platform¿slife cycle is longer than individual product's. The long time-horizon also proposes higher market risks and the use of new technologies increases the technological risks involved. The end-customer interface might be far away, but there is not a lack of needs aimed at the product platforms ¿ in fact, the product platform development is very much balancing between the varying needs set to it by thederivative products. This dissertation concentrated on product platform development from the internal product lines' perspective of a singlecase. Altogether six product platform development factors were identified: 'Strategic and business fit of product platform', 'Project communication and deliverables', 'Cooperation with product platform development', 'Innovativeness of product platform architecture and features', 'Reliability and quality of product platform', and 'Promised schedules and final product platform meeting the needs'. From the six factors, three were found to influence quite strongly the overall satisfaction, namely 'Strategic and business fit of product platform', 'Reliability and quality of product platform', and 'Promised schedules and final product platform meeting the needs'. Hence, these three factors might be the ones a new product platform development unit should concentrate first in order to satisfy their closest customers, the product lines. The 'Project communication and deliverables' and 'Innovativeness of product platform architecture and features' were weaker contributors to the overall satisfaction. Overall, the factors explained quite well the satisfaction of the product lines with product platform development. Along the research, several interesting aspects about the very basic nature of the product platform development were found. The long time horizon of the product platform development caused challenges in the area of strategic fIT - a conflict between the short-term requirements and long term needs. The fact that a product platform was used as basis of several derivative products resulted into varying needs, and hence the match with the needs and the strategies. The opinions, that the releases of the larger product lines were given higher priorities, give an interesting contribution to the strategy theory of powerand politics. The varying needs of the product lines, the strengths of them as well as large number of concurrent releases set requirements to prioritization. Hence, the research showed the complicated nature of the product platform development in the case unIT - the very basic nature of the product platform development might be its strength (gaining efficiency and effectiveness in product development and product launches) but also the biggest challenge (developing products to meet several needs). As a single case study, the results of this research are not directly generalizable to all the product platform development activities. Instead, the research serves best as a starting point for additional research as well as gives some insights about the factors and challengesof one product development unit.

High Performance Electrical Drive System for a Biomechanical Test and Rehabilitation Equipment

Suunniteltiin ja rakennettiin suoraa vääntömomenttisäätöä soveltava taajuudenmuuttajakäyttö oikosulkumoottorin ohjaukseen korvaamaan passiivinen jarrukäyttö. Laite on kuntoutuslaite, jolla tehdään lihasvoiman mittauksia ja voimaharjoituksia. Selvitettiin kaupallisten moottoreiden ja taajuudenmuuttajien suoritusominaisuuksia ja tämän perusteella valittiin käyttöön sopivat laitteet. Työssä esitetään kaksi oikosulkumoottorin ohjaustapaa: vektorisäätö ja suora vääntömomenttisäätö. Merkittävin osa tästä työstä käsittelee - tarkan turvallisuussuunnitelman lisäksi - kuntoutuslaitteen prototyypin komponentteja, kokoamista ja suoritustestien tuloksia.

Sähkösuunnittelun projektityön hallinta ja kehittäminen - Management and development of project work in electrical

Työssä on tutkittu sähkösuunnittelun projektityön hallintaa ja kehittämistä. Tavoitteena oli löytää ongelmia ja pyrkiä korjaamaan niitä, jotta suunnittelu olisi mahdollisimman toimivaa. Tutkimus perustuu kirjallisuuteen ja haastatteluihin. Työssä perehdytään kirjallisuuden avulla projektin peruskäsitteisiin ja hallintaan sekä sähkösuunnittelun projektin yleiseen toteutukseen. Haastattelujen avulla on selvitetty tämän hetkistä tilannetta sähkösuunnitteluprojektin hallinnasta ja siihen liittyvistä ongelmista Pöyryn Kouvolan konttorissa. Työn tuloksena on selvitetty merkittävimpiä ongelmia, jotka esiintyvät sähkösuunnitteluprojektissa. Työ keskittyy pääosin sähkösuunnitteluprojektin hallinnallisiin ongelmiin ja niiden toteutukseen. Kirjallisuuden ja haastattelujen pohjalta on koottu ohjeita sähkösuunnittelun projektinhallintaan