Converter-Fed Induction Motor Losses: Determination With IEC Methods

Energy efficiency is an important topic when considering electric motor drives market. Although more efficient electric motor types are available, the induction motor remains as the most common industrial motor type. IEC methods for determining losses and efficiency of converter-fed induction motors were introduced recently with the release of technical specification IEC/TS 60034-2-3. Determining the induction motor losses with IEC/TS 60034-2-3 method 2-3-A and assessing the practical applicability of the method are the main interests of this study. The method 2-3-A introduces a specific test converter waveform to be used in the measurements. Differences between the induction motor losses with a test converter supply, and with a DTC converter supply are investigated. In the IEC methods, the tests are run at motor rated fundamental voltage, which, in practice, requires the frequency converter to be fed with a risen input voltage. In this study, the tests are run on both frequency converters with artificially risen converter input voltage, resulting in rated motor fundamental input voltage as required by IEC. For comparison, the tests are run with both converters on normal grid input voltage supply, which results in lower motor fundamental voltage and reduced flux level, but should be more relevant from practical point of view. According to IEC method 2-3-A, tests are run at rated motor load, and to ensure comparability of the results, the rated load is used in the grid-fed converter measurements, although motor is overloaded while producing the rated torque at reduced flux level. The IEC 2-3-A method requires also sinusoidal supply test results with IEC method 2-1-1B. Therefore, the induction motor losses with the recently updated IEC 60034-2-1 method 2-1-1B are determined at the motor rated voltage, but also at two lower motor voltages, which are according to the output fundamental voltages of the two network-supplied converters. The method 2-3-A was found to be complex to apply but the results were stable. According to the results, the method 2-3-A and the test converter supply are usable for comparing losses and efficiency of different induction motors at the operating point of rated voltage, rated frequency and rated load, but the measurements do not give any prediction of the motor losses at final application. One might therefore strongly criticize the method’s main principles. It seems, that the release of IEC 60034-2-3 as a technical specification instead of a final standard for now was justified, since the practical relevance of the main method is questionable.

Induktiosilmukka kuulolaitteen käyttäjän apuvälineenä

Tämä insinöörityö tehtiin Kuulonhuoltoliitto ry:n Esteetön kuuntelu -projektille. Työ käsittelee kuulolaitteen käyttäjän apuvälineenä käytettäviä induktiosilmukkajärjestelmiä. Induktiivisen äänensiirtojärjestelmän avulla huonokuuloinen saa kuunteluympäristöstään paremman signaali-kohinasuhteen ilman tilan kaikua ja taustahälyä. Tämä helpottaa kuuntelua esimerkiksi puhetilaisuuksissa. Työn tarkoituksena oli päivittää aiempia tutkimuksia kokoamalla uusin tietous induktiosilmukoiden tekniikasta. Kirjallisuustutkimuksen lisäksi kartoitettiin nykyinen silmukkavahvistinkanta haastattelemalla maahantuojia ja jälleenmyyjiä. Silmukkavahvistimien hintakartoituksen tarkoituksena oli rakentaa perusteet sopivan tehoisen ja hintaisen vahvistimen hankintaa varten suunniteltaessa induktiivisella äänensiirtojärjestelmällä varustettavia tiloja. Työ tarkastelee induktiivisen äänensiirtojärjestelmän ensisijaisen kohderyhmän, kuulokojeita käyttävien huonokuuloisten keskeisiä tarpeita ja heidän käyttämäänsä apuvälinetekniikkaa. Työ käy läpi audiotekniikan perusteita, sähkömagneettisen induktioilmiön, induktiivisen äänensiirtojärjestelmän rakenteen, sen ylikuulumisongelmat ja häiriötekijät sekä IEC:n 60118-4 edition 2.0 standardin CDV-luonnoksen mukaiset periaatteelliset asennusja mittausohjeet. IEC:n tuleva standardi tekee työstä ajankohtaisen. Työn tuloksena saatua tietoa voidaan käyttää Kuulonhuoltoliitto ry:n opas- ja tiedotusmateriaalin uudistamisessa, pohjana hyvän kuunteluympäristön malliratkaisujen ja esteettömyyskriteerien soveltamisessa. Työstä on hyötyä erityisesti Kuulonhuoltoliitto ry:n vapaaehtoiskartoittajille kuten myös kenelle tahansa aiheesta syvemmin kiinnostuneelle.

Induktiomoottorin hyötysuhdemittaukset verkko- ja taajuusmuuttajasyötössä

Hyötysuhde on tärkeätekijä moottorimarkkinoilla, sillä moottorin ostajan kannalta moottorin hyvä hyötysuhde merkitsee taloudellisuutta pitkällä aikavälillä. Tästä johtuen hyötysuhde on merkittävä kriteeri moottorisuunnittelussa. Moottorin hyötysuhteen määrittämisen mittausmenetelmät on määritelty IEC- ja IEEE-standardeissa. Diplomityössäkäydään läpi eri standardimenetelmillä tehtäviä mittauksia ja vertaillaan niitäkeskenään, koska hyötysuhteen määrityksen tarkkuus riippuu käytettävästä mittausmenetelmästä. Työssä keskitytään sinimuotoisella jännitteellä syötetyn induktiomoottoriin hyötysuhteen määritysmenetelmiin perehtyen erityisesti IEEE 112-standardin B-menetelmään, ja mitataan erään induktiomoottorin hyötysuhde B-menetelmällä. Työssä tehdään selkoa sinisyötölle tarkoitettujen hyötysuhdemittausmenetelmien soveltamisesta epäsinimuotoiseen taajuusmuuttajasyöttöön sekä tutkitaan taajuusmuuttajalla syötetyn moottorin sähköisten suureiden mittaamiseen liittyvää mittausepävarmuutta. Lisäksi selvitetään kokeellisesti taajuusmuuttajasyötöllä tehdyistä mittauksista saatujen tulosten riippuvuutta käytetystä virranmittaustavasta.

Tehoerottimen soveltuvuus Suomen 110 kV:n kantaverkkoon

Tehoerottimen avulla voidaan erottaa jännitteellinen sähköverkon osa sähköverkosta tai muuttaa sähköverkon kytkentätilaa. Tehoerottimen virrankatkaisukyky on rajattu ja sen käyttökohteiksi soveltuvat lähinnä tyhjäkäyvien verkkojen ja muuntajien erottaminen sekä kuormitetun verkon kytkentätilan muuttaminen. Työssä käsitellään erään tehoerotintyypin teknistä soveltuvuutta Suomen kantaverkkoon 110 kV jännitteellä. Tehoerottimen teknistä soveltuvuutta tarkastellaan laskemalla tyhjäkäyville johdoille johtojen ominaisarvot ja tekniset edellytykset johtojen erottamiselle. Lisäksi tehoerottimen katkaisukyky mallinnetaan simuloimalla ja tutkitaan onko mahdollista turvallisesti asentaa tehoerotin kantaverkkoon, vaikka IEC- standardin vaatimuksia ei voida täyttää. Työn lopussa tutkitaan tehoerottimen taloudellista kannattavuutta. Kustannuksia verrataan muihin ratkaisuihinja eri ratkaisujen kustannuksiin erisuuruisilla laitteiden käyttömäärillä.

Modelling the Knowledge Interface between Sales and Production Functions of a Company. Case: New Service Development Process.

Yrityksen sisäisten rajapintojen tunteminen mahdollistaa tiedonvaihdon hallinnan läpi organisaation. Idean muokkaaminen kannattavaksi innovaatioksi edellyttää organisaation eri osien läpi kulkevaa saumatonta prosessiketjua sekä tietovirtaa. Tutkielman tavoitteena oli mallintaa organisaation kahden toiminnallisesti erilaisen osan välinen tiedon vaihto. Tiedon vaihto kuvattiin rajapintana, tietoliittymänä. Kolmiulotteinen organisaatiomalli muodosti tutkimuksen pääteorian. Se kytkettiin yrityksen tuotanto- ja myyntiosiin, kuten myös BestServ-projektin kehittämään uuteen palvelujen kehittämisen prosessiin. Uutta palvelujen kehittämisen prosessia laajennettiin ISO/IEC 15288 standardin kuvaamalla prosessimallilla. Yritysarkkitehtuurikehikoita käytettiin mallintamisen perustana. Tietoliittymä nimenä kuvastaa näkemystä siitä, että tieto [tietämys] on olemukseltaan yksilöiden tai ryhmien välistä. Mallinnusmenetelmät eivät kuitenkaan vielä mahdollista tietoon [tietämykseen] liittyvien kaikkien ominaisuuksien mallintamista. Tietoliittymän malli koostuu kolmesta osasta, joista kaksi esitetään graafisessa muodossa ja yksi taulukkona. Mallia voidaan käyttää itsenäisesti tai osana yritysarkkitehtuuria. Teollisessa palveluliiketoiminnassa sekä tietoliittymän mallinnusmenetelmä että sillä luotu malli voivat auttaa konepajateollisuuden yritystä ymmärtämään yrityksen kehittämistarpeet ja -kohteet, kun se haluaa palvelujen tuottamisella suuremman roolin asiakasyrityksen liiketoiminnassa. Tietoliittymän mallia voidaan käyttää apuna organisaation tietovarannon ja tietämyksen mallintamisessa sekä hallinnassa ja näin pyrkiä yhdistämään ne yrityksen strategiaa palvelevaksi kokonaisuudeksi. Tietoliittymän mallinnus tarjoaa tietojohtamisen kauppatieteelliselle tutkimukselle menetelmällisyyden tutkia innovaatioiden hallintaa sekä organisaation uudistumiskykyä. Kumpikin tutkimusalue tarvitsevat tarkempaa tietoa ja mahdollisuuksia hallita tietovirtoja, tiedon vaihtoa sekä organisaation tietovarannon käyttöä.

Yrityksen prosessit dynaamisten kyvykkyyksien lähteenä

Pysyvän kilpailuedun saavuttaminen on jokaisen yrityksen strategisen suunnittelun keskeinen tavoite. Monet tunnetut tutkijat ovat suunnanneet strategista johtamista omilla teorioillaan ja tuloksillaan. Tutkimuksissa on havaittu että perinteisillä strategisen johtamisen teorioilla ei voida selittää nykyisin nopeasti muuttuvassa maailmassa toimivien yritysten menestystä. Menestyksen takaa löytyviä tekijöitä kutsutaan yrityksen dynaamisiksi tekijöiksi. Yhtenä merkittävänä dynaamisena tekijänä ovat tulleet esille yrityksen prosessit. Tutkimuksessa on yhdistetty kaksi asiaa samaan tarkastelukehikkoon. Olen tuonut siihen toisaalta yrityksen prosessit, jotka ovat alan parhaiden käytäntöjen mukaiset. Toisaalta on esitetty teoria dynaamisista kyvykkyyksistä, joiden oletetaan ilmentyvän yrityksen prosesseissa. Tässä työssä tarkastellaan yritysten dynaamisista kyvykkyyksistä vain prosesseja.Työn tarkoituksena on löytää vastauksia seuraaviin tutkimuskysymyksiin: Mitkä ovat yrityksen prosessien kautta saavutettavat dynaamiset kyvykkyydet? Voiko yritys saavuttaa ja säilyttää kilpailuetua toteuttaessaan prosessinsa alan parhaiden käytäntöjen mukaan? Voidaanko tunnistetuille dynaamisille kyvykkyyksille rakentaa mallia niiden mittaamiseen?Tutkimuskysymyksiin olen hakenut vastausta esimerkkiyrityksen prosessikehityshankkeen kautta. Tavoitteena on ollut tunnistaa prosessikehityksen takaa mahdolliset yrityksen dynaamiset kyvykkyydet ja siten nimetä niitä yrityksen kilpailuedun tekijöiksi. Tutkimuskohteena olevaan ICT-alan yritykseen kohdistuu yhä suurempia tuottavuuteen ja laatuun liittyviä vaatimuksia. Yhtenä ratkaisuna vastata näihin vaateisiin ovat yritykset lähteneet kehittämään niiden prosesseja. ICT-palveluyritysten toimintaan tukeva viitekehys on ITIL. Viitekehykseen on kerätty useamman yrityksen ja organisaation kokemukset palveluiden tehokkaasta tuottamisesta. ITIL – viitekehys on ollut perustana vuonna 2005 julkaistulle ISO/IEC 20000-1:2005 palveluiden johtamisen standardille. Tutkimuksen perusteella voidaan sanoa, että määrämuotoiset prosessit lisäävät yritysten ketteryyttä mukautua muutoksiin ja siten myös niiden dynaamiset kyvykkyydet ovat lisääntyneet.

Taajuusmuuttajan verkkovirran yliaallot pienitehoisissa kolmivaihekäytöissä

Pienitehoisessa taajuusmuuttajassa verkkojännite tasasuunnataan yleisesti diodisillalla. Taajuusmuuttajaa kuormitettaessa diodisilta aiheuttaa sen, että verkosta otettava virta on epäsinimuotoista ja sisältää runsaasti eri kertalukujen yliaaltoja. Tällainen virta vääristää verkon jännitettä sekä aiheuttaa häviöitä, resonansseja ja toimintaepävarmuutta sähkönjakeluverkkoon liitetyissä laitteissa ja komponenteissa. Työssä on tarkasteltu pienitehoisen kolmivaiheisen taajuusmuuttajan tulovirrassa esiintyviä yliaaltoja ja keinoja niiden rajoittamiseksi. Laitevalmistajien osalta syynä aiheen tutkimiseen ja kiinnostavuuteen ovat lähinnä uudet yliaaltoja käsittelevät standardit. Työssä onkin tutustuttu tarvittavin osin standardoinnin nykytilaan sekä seurattu standardeja valmistelevien työryhmien työtä ja tätä kautta perehdytty alaa käsittelevien standardien tulevaisuudennäkymiin Euroopan Unionin alueella. Käsittely on kohdistettu kolmivaiheisiin laitteisiin. Standardi IEC 61000-3-2 asettaa yliaaltorajat ammattikäyttöön tarkoitetuille laitteille, kun laitteen tuloteho on korkeintaan 1 kW. Tällä tehoalueella riittää kolmivaihelaitteille kuristimilla suoritettu passiivinen suodatus täyttämään asetetut viranomaisvaatimukset. Tähän liittyen on suunniteltu kolmivaihekuristin, joka on tarkoitettu käytettäväksi taajuusmuuttajasarjan lisävarusteena tehoalueella 0.12…2.2 kW.

Kannattavuusraportoinnin laadun arviointi data warehouse ratkaisussa Case: Paperiteollisuuden myynnin ja asiakaspalvelun tietojärjestelmä

Tutkielman tavoitteena oli selvittää, onko tutkielman tilaajan toteuttaman kannattavuusraportoinnin laatu käyttäjien mielestä riittävä. Kannattavuusraportointi on toteutettu data warehouse tekniikalla. Tutkielman tavoitteina oli myös määrittää, mitä ohjelmiston laatu tarkoittaa ja miten sitä voidaan arvioida. Tutkimuksessa käytettiin kvalitatiivista tutkimusmenetelmää. Laadun arviointiin käytetty aineisto kerättiin haastattelemalla seitsemäätoista kannattavuusraportoinnin aktiivikäyttäjää. Tutkielmassa ohjelmiston laatu tarkoittaa sen kykyä täyttää tai ylittää käyttäjiensä kohtuulliset toiveet ja odotukset. Laatua arvioitiin standardin ISO/IEC 9126 määrittelemällä kuudella laatuominaisuudella, jotka kuvaavat minimaalisella päällekkäisyydellä ohjelmiston laadun. Lisäksi arvioinnissa hyödynnettiin varsinaiseen standardiin kuulumatonta informatiivista liitettä, joka tarkentaa ISO/IEC 9126 standardissa esitettyjä laadun ominaispiirteitä. Tutkimuksen tuloksena voidaan todeta, että käyttäjien mukaan kannattavuusraportointi on tarpeeksi laadukas, sillä se pystyy tarjoamaan helppokäyttöisiä, oikeanmuotoisia raportteja riittävän hyvällä vasteajalla käyttäjien tarpeisiin. Tehokkaasta hyödyntämisestä voidaan päätellä data warehousen rakentamisen onnistuneen. Tutkimuksessa nousi esiin myös runsaasti kehittämis- ja parannusideoita, jotka toimivat yhtenä kehitystyön apuvälineenä tulevaisuudessa.

Modernization of protection and control system of HV/MV substation in Russia

This work describes different possibilities of protection and control system improvement of primary distribution substation. The status of condition and main problems of power networks from reliability point of view in Russia are described. This work studies technologies used today in Russia for protection of distribution networks with their disadvantages. Majority of medium voltage networks (6-35 kV) has isolated network point. There is still no any protection available on the market which allows to estimate distance to fault in case of earth fault. The thesis analyses methods of earth fault distance calculation. On the basis of computer simulation the influence of various factors on calculation accuracy is studied. The practical implementation of the method presupposes usage of digital relay. Application of digital relay is accompanied by numerous opportunities which are described in this work. Also advantages of system implemented on the basis of IEC 61850 standard are examined. Finally, suitability of modern digital relays from GOST standard point of view is analyzed.

Performance and Methodological Aspects in Positron Emission Tomography

Performance standards for Positron emission tomography (PET) were developed to be able to compare systems from different generations and manufacturers. This resulted in the NEMA methodology in North America and the IEC in Europe. In practices, the NEMA NU 2- 2001 is the method of choice today. These standardized methods allow assessment of the physical performance of new commercial dedicated PET/CT tomographs. The point spread in image formation is one of the factors that blur the image. The phenomenon is often called the partial volume effect. Several methods for correcting for partial volume are under research but no real agreement exists on how to solve it. The influence of the effect varies in different clinical settings and it is likely that new methods are needed to solve this problem. Most of the clinical PET work is done in the field of oncology. The whole body PET combined with a CT is the standard investigation today in oncology. Despite the progress in PET imaging technique visualization, especially quantification of small lesions is a challenge. In addition to partial volume, the movement of the object is a significant source of error. The main causes of movement are respiratory and cardiac motions. Most of the new commercial scanners are in addition to cardiac gating, also capable of respiratory gating and this technique has been used in patients with cancer of the thoracic region and patients being studied for the planning of radiation therapy. For routine cardiac applications such as assessment of viability and perfusion only cardiac gating has been used. However, the new targets such as plaque or molecular imaging of new therapies require better control of the cardiac motion also caused by respiratory motion. To overcome these problems in cardiac work, a dual gating approach has been proposed. In this study we investigated the physical performance of a new whole body PET/CT scanner with NEMA standard, compared methods for partial volume correction in PET studies of the brain and developed and tested a new robust method for dual cardiac-respiratory gated PET with phantom, animal and human data. Results from performance measurements showed the feasibility of the new scanner design in 2D and 3D whole body studies. Partial volume was corrected, but there is no best method among those tested as the correction also depends on the radiotracer and its distribution. New methods need to be developed for proper correction. The dual gating algorithm generated is shown to handle dual-gated data, preserving quantification and clearly eliminating the majority of contraction and respiration movement

Tuulivoimakäytön verkkoliitynnät ja mittaukset

Tässä työssä tutkitaan muuttuvanopeuksisen tuulivoimakäytön verkkoliityntöjä, verkkomääräyksiä ja mittausmenetelmiä Euroopassa. Yleiset tuulivoimalaitoksen verkkomääräyksiin liittyvät asiat on selitetty standardisarjassa IEC 61000 ja mittauksiin liittyvät säännökset standardissa IEC 61400-21. Työssä selvitetään Euroopan yleiset verkkomääräykset ja vertaillaan niitä keskenään, sekä määritetään tärkeimmät mittaukset. Lisäksi esitellään eräs standardimittauksiin soveltuva mittalaite ja analysoidaan täystehomuokkaimen suorituskykyä tuulivoimapuistossa. Työssä havaittiin, että standardin mukaisten mittausten toteuttaminen ja analysointi on hyvin haastava prosessi. Verkkomääräysten eroavaisuudet aiheuttavat hankaluuksia tuulivoimalan valmistajan ja verkko-operaattorien välillä. Täten myös konvertterivalmistajan täytyy olla selvillä käytössä olevista verkkomääräyksistä ja standardeista.

Erikoissähkökoneen tyyppitestaus

Uusien erikoissähkökoneiden testaus perinteisten standardien mukaan on osittain haasteellista. Erikoissähkökoneille, kuten kestomagneettitahtikoneelle ei ole esitetty suoranaisia standardin vaatimia testejä, joten siihen joudutaan soveltamaan olemassa olevia erillismagnetoiduntahtikoneen standardeja. Testien tavoitteena on olla luotettavia sekä vertailukelpoisia. Mittausten on oltava toistettavissa. Mittaustavasta riippuen voidaan saada erilaisia tuloksia, jotka vaikuttavat lopputulokseen. Standardien mukaisessa testauksessa saadaan mittauksista samanlaisia ja samalla saadaan mittausvirheen mahdollisuus pienemmäksi ja tällä tavoin tulokset keskenään vertailukelpoisemmiksi. Tässä työssä tarkastellaan kahta erilaista erikoissähkokonetta, kestomagneettitahtikonetta ja massiiviroottoriepätahtikonetta. Työssä selvitetään standardin IEC 60034 soveltuvuutta tyyppitesteihin, joita kyseiset konetyypit vaativat. Lisäksi työssä vertaillaan standardin IEC 60034 mukaisen hyötysuhteen määrittämistä. Se antaakin useita vaihtoehtoja hyötysuhteen määrittämiselle.

Letkuventtiilin mitoitus säätökäyttöön

Tässä diplomityössä käydään läpi IEC-60534 -standardin mukainen säätöventtiilin mitoitus kokoonpuristumattomille ja –puristuville virtauksille laskennassa tarvittavine yhtälöineen. Teoreettisessa osassa esitellään RF-letkuventtiilien rakennetta ja ominaisuuksia. Lisäksi käydään läpi putkivirtauksen perusperiaatteita. Koska letkuventtiilissä virtaavana fluidina on usein jokin liete, on työssä esitelty menetelmä lietevirtauksen aiheuttaman paine-eron laskentaan. Työssä on käsitelty myös kavitaation syntyä, laskennalliset mahdollisuudet kavitaation ennustamiseen sekä keinoja kavitaation estämiseksi. Kokeellisessa osassa suoritettiin mittauksia kolmella erikokoisella RF-letkuventtiilillä, joissa kussakin käytettiin kolmea erityyppistä letkua. Mittausten perusteella pystyttiin laskemaan kapasiteettikertoimet sekä määrittämään säätökäyrät mitatuille venttiileille ja letkutyypeille. Näistä tuloksista säätökäyrille sovitettiin yhtälöt, joiden perusteella saatiin laskettua kapasiteettikertoimien arvot myös muille venttiilikoille.

Antenna Design for Contactless IC Card Applications

Contactless integrated circuit cards are one form of application of radio frequency identification. They are used in applications such as access control, identification, and payment in public transport. The contactless IC cards are passive which means that both the data and the energy are transferred to the card without contact using inductive coupling. Antenna design and optimization of the design for contactless IC cards defined by ISO/IEC14443 is studied. The basic operation principles of contactless system are presented and the structure of contactless IC card is illustrated. The structure was divided between the contactless chip and the antenna. The operation of the antenna was covered in depth and the parameters affecting to the performance of the antenna were presented. Also the different antenna technologies and connection technologies were provided. The antenna design process with the parameters and the design tools isillustrated and optimization of the design is studied. To make the design process more ideal a target of development was discovered, which was the implementation of test application. The optimization of the antenna design was presented based on the optimization criteria defined in this study. The solution for the implementation of these criteria and the effect of each criterion was found. For enhancing the performance of the antenna a focus for future study was proposed.

Compliance of crane electrics with electrical safety standards and codes

Master’s thesis focuses on the questions of crane electrics compliance with electrical safety standards. Overview and short comparison of the world’s effective standards in the field is made in order to understand their demands. Basic concepts of a proper electrical circuit design are presented. Characteristics, construction and operation principles of overcurrent protective devices are studied in details. Electrics of the basic crane is designed according to the assumed customer’s demands, compliance with the requirements of the standards is checked. Solutions to achieve better compliance in some issues are proposed. Accent is made on the National Electrical Code (NEC) and standards by Underwriters Laboratories (UL) latests demands. Requirements of the International Electrotechnical Commission (IEC) are also taken into account.