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.

Delivery Chain Management in the Elevator Industry

Tämän työn tarkoituksena oli kehittää toimintamalli, joka yhdenmukaistaisi Kone Elevators:in modernisointiliikealueen logistiset käytännöt. Toimintamalli luotiin kartoittamalla euroopan maayksiköiden nykyisiä logistisia käytäntöjä sekä perehtymällä asiaankuuluvaan kirjallisuuteen, case study:ihin sekä sähköisiin artikkeleihin. Tärkeää osaa työssä esittivät maayksiköiden sekä Koneen toimittajayksiköiden edustajien haastattelut. Haastatteluiden tuloksia vertailtiin ja analysoitiin. Niiden pohjalta huomattiin, että logistiset toimintatavat vaihtelevat maittain. Ongelmat ovat kuitenkin hyvin samanlaisia; tiedonkulun katkot toimitusprosessin aikana. Muiden Koneen liikealueiden toimintatapoja tutkimalla, haastattelujen tuloksia käyttämällä sekä kirjallisuustutkimuksen pohjalta muodostettiin näkemys parhaasta toimintatapamallista. Modernisointiliikealueen toimitusprosessi tullee perustumaan keskitettyyn ohjaukseen, mutta paikalliseen koordinointiin. Se tullee hyväksikäyttämään ulkoistetun logistiikan tarjoamia mahdollisuuksia sekä sähköistä tiedonsiirtoa. Fyysiselle siirrolle tarjotaan kolmea vaihtoehtoa, joista maayksiköt voivat valita tilanteeseen parhaiten sopivan.

Ride Comfort of Automatic Elevator Doors

Ride comfort of elevators is one of the quality criteria valued by customers. The objective of this master’s thesis was to develop a process to measure the ride comfort of automatic elevator doors. The door’s operational noise was chosen as a focus area and other kinds of noise for example caused by pressure differences in the elevator shaft were excluded. The thesis includes a theory part and an empirical part. In the first part theories of quality management, measuring of quality and acoustics are presented. In the empirical part the developed ride comfort measuring process is presented, different operational noise sources are analyzed and an example is presented of how this measuring process can be used to guide product development. To measure ride comfort a process was developed where a two-room silent room was used as a measuring environment and EVA-625 device was used in the actual measuring of door noise. A-weighted decibels were used to scale noise pressure levels and the door movement was monitored with an accelerometer. This enabled the connection between the noise and noise sources which in turn helped to find potential ride comfort improvement ideas. The noise isolation class was also measured with the Ivie-measuring system. Measuring of door ride comfort gives feedback to product development and to managing current product portfolio. Measuring enables the continuous improvement of elevator door ride comfort. The measuring results can also be used to back up marketing arguments for doors.

Carbon Nanotubes as Material for Supercapacitor Electrodes

Electrochemical double-layer supercapacitors have an intermediate position between rechargeable batteries, which can store high amounts of energy, and dielectric capacitors, which have high output power. Supercapacitors are widely suggested to be used in automobiles (recuperation during braking, facilitate engine starting, electric stabilization of the system), industry (forklifts, elevators), hybrid off-road machinery and also in consumer electronics. Supercapacitor electrodes require highly porous material. Typically, activated carbon is used. Specific surface area of activated carbon is approximately 1000 m2 per gram. Carbon nanotubes represent one of prospective materials. According to numerous studies this material allows to improve the properties of supercapacitors. The task of this Master‘s Thesis was to test multiwalled carbon nanotubes and become confident with the testing methods.

Acquisition target selection of a serial acquirer : case KONE Oyj

Acquisitions are a way for a company to grow, enter new geographical areas, buy out competition or diversify. Acquisitions have recently grown in both size and value. Despite of this, only approximately 25 percent of acquisitions reach their targets and goals. Companies making serial acquisitions seem to be exceptionally successful and succeed in the majority of their acquisitions. The main research question this study aims to answer is: “What issues impact the selection of acquired companies from the point of view of a serial acquirer? The main research question is answered through three sub questions: “What is a buying process for a serial acquirer like?”, “What are the motives for a serial acquirer to buy companies?” and “What is the connection between company strategy and serial acquisitions?”. The case company KONE is a globally operating company which mainly produces and maintains elevators and escalators. Its headquarter is located in Helsinki, Finland. The company has a long history of making acquisitions and does 20- 30 acquisitions a year. By a key person interview, the acquisition process of the case company is compared with the literature about successful serial acquirers. The acquisition motives in this case are reflected upon three of the acquisition motive theories by Trautwein: efficiency theory, monopoly theory and valuation theory. The linkage between serial acquisitions and company strategy is studied through the key person interview. The main research findings are that the acquisition process of KONE is compatible with a successful acquisition process recognized in literature (RAID). This study confirms the efficiency theory as an acquisition motive and more closely the operational synergies. The monopoly theory can only vaguely be supported by this study, but cannot be totally rejected because of the structure of the industry. The valuation theory does not get any support in this study and can therefore be rejected. The linkage between company strategy and serial acquisitions is obvious and making acquisitions can be seen as growth strategy and a part of other company strategies.

CTQ process flow development and the impact for cost of quality

Tämä työ tehtiin Kone Industrial Oy:lle Major Projects yksikköön, laatuosastolle. Kone Major Projects yksikkö keskittyy erikoisiin ja suuriin hissi- ja liukuporras projekteihin. Työn tavoitteena oli luoda harmonisoitu prosessi hissikomponenttien laaduntarkkailua varten sekä tarkastella ja vertailla kustannussäästöjä, jota tällä uudella prosessilla voidaan saavuttaa. Tavoitteena oli saavuttaa 80-prosentin kustannussäästöt laatukustannuksissa uuden laatuprosessin avulla. Työn taustana ja tutkimusongelmana ovat lisääntyneet erikoisprojektit ja niiden myötä lisääntynyt laaduntarkkailun tarve. Ongelmana laaduntarkkailussa voitiin pitää harmonisoidun ja selkeän prosessin puuttumista C-prosessikomponenttien valmistuksessa. Lisäksi kehitysprosessin aikana luotiin vanhojen työkalujen pohjalta keskeinen laaduntarkkailutyökalu, CTQ-työkalu. Työssä käsitellään ensin Konetta yhtiönä ja selvitetään Koneen keskeisimmät prosessit työn taustaksi. Teoria osuudessa käsitellään prosessin kehitykseen liittyviä teorioita sekä yleisiä laatukäsitteitä ja esitetään teorioita laadun asemasta nykypäivänä. Lopuksi käsitellään COQ eli laatukustannusten teoriaa ja esitellään teoria PAF-analyysille, jota käytetään työssä laatukustannusten vertailuun case esimerkin avulla. Työssä kuvataan CTQ prosessin luominen alusta loppuun ja case esimerkin avulla testataan uutta CTQ prosessia pilottihankkeessa. Tässä case esimerkissä projektin bracket eli johdekiinnitysklipsi tuotetaan uuden laatuprosessin avulla sekä tehdään kustannusvertailu saman projektin toisen bracketin kanssa, joka on tuotettu ennen uuden laatuprosessin implementoimista. Työn lopputuloksena CTQ prosessi saatiin luotua ja sitä pystyttiin testaamaan käytännössä case esimerkin avulla. Tulosten perusteella voidaan sanoa, että CTQ prosessin käyttö vähentää laatukustannuksia huomattavasti ja helpottaa laadunhallintaa C-prosessikomponenttien tuotannossa.

Hisseissä käytettävän kulmakorin tuotekehitys ja tuotteistaminen

Diplomityö käsittelee hisseissä erikoistapauksessa käytettävän kulmakorin suunnittelua ja tuotteistamista. Työ suoritetaan KONE Oyj:lle. Diplomityössä luotiin kulmakorille modulaarinen tuotearkkitehtuuri ja määritettiin korin toimitusprosessi. Työn tavoitteena oli saavuttaa 48,12% asiakkaiden mahdollisista vaatimuksista ja vähentää suunnitteluun kuluvaa aikaa aikaisemmasta 24 tunnista neljään tuntiin. Työn tavoite saavutettiin kokeneen tapauskohtaisten kulmakorien suunnittelijan kommenttien perusteella. 48,12% asiakasvaatimuksista sisällytettiin tuotemalliin konfigurointimahdollisuuksina. Työn alussa on esitelty tuotesuunnittelua, laadun hallintaa, parametrista mallinnusta, massakustomointia ja tuotetiedon hallintaa. Sen jälkeen on käsitelty kulmakorin tuotteistamisen kannalta kaikki tärkeimmät muuttujat. Tämän jälkeen kulmakorin tuotemalli suunnitellaan ja mallinnetaan systemaattisesti ylhäältä-alas –mallinnustapaa käyttäen ja luodaan osille ja kokoonpanoille valmistuskuvat. Päätyökaluna työssä käytettiin Pro/ENGINEER-ohjelmistoa. Tällä mallinnettiin parametrinen tuotemalli ja rakenteiden lujuustarkastelussa käytettiin ohjelmistoa Ansys. Työn tavoite saavutettiin analysoimalla massakustomoinnin perusteiden olennaisimmat osat ja seuraamalla analyyttistä ja systemaattista tuotekehitysprosessia. Laatua painottaen tuotearkkitehtuuri validoitiin suorittamalla rajoitettu tuotanto, joka sisälsi kolme tuotemallilla konfiguroitua kulmakoria. Yksi koreista testikasattiin Hyvinkään tehtaalla.