A method for using random parameters in analyzing permanent sample plots

Summary

Constant and variable amplitude fatigue strength of high strength steel welds treated with ultrasonic impact treatment

Hitsattujen rakenteiden väsymiskestävyyttä pystytään parantamaan jälkikäsittelymenetelmillä, joistayksi, ultraäänikäsittely muokkaa hitsin geometriaa ja aiheuttaa puristusjäännösjännitystilan. Tässä tutkimuksessa verrataan kokeellisesti kuormaa kantamattoman hitsatun ja ui -käsitellyn rivan väsymislujuutta toisiinsa. Tutkimusohjelmaan kuuluu kahta teräslajia ja sekä vakio - että vaihtuva - amplitudista kuormitusta. Ultraäänikäsittelyllä saavutetaan väsymiskestoiän parantuminen vakio - ja vaihtuva - amplitudisella kuormituksella. Perusaineen lujuudella ei ole merkittää vaikutusta väsymislujuuteen kun liitos on hitsatussa tilassa. Tällöin väsymiskestävyyden määrää hitsin rajaviivan jännityskeskittymä. Ultraäänikäsitellyn hitsatunliitoksen väsymiskestävyys on suurempi korkeamman lujuuden omaavilla teräksillä. Tästä syystä korkealujuuksisten terästen käyttö ultraäänikäsiteltynä väsyttävästi kuormitetuissa kevytrakenteissa on perusteltua.

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.

SC HIOMON JA PAPERIKONEEN LÄMPÖTASAPAINON HALLINTA

Kivihiokkeen valmistus on energiaintensiivistä. Käytetystä energiasta muuttuu yli 90 prosenttia lämmöksi. Hiomolla käytetystä lämmöksi muuttuneesta tehosta voidaan paperikoneelle siirtää noin puolet. Mekaanisen massan valmistuksen ja paperikoneen vesikierrot erotetaan toisistaan häiriöaineiden kulkeutumisen estämiseksi. Vesikiertojen erottamisella katkaistaan myös lämmön siirtyminen hiomolta paperikoneelle massojen mukana. Käyttämällä lämmönsiirtimiä hiomon vesien jäähdytyksessä, voidaan hiomon hiomakoneiden suihkuvesivesilämpötilaa alentaa. Lämmönsiirto vaikuttaa paperikoneella annostelumassojen laimennusten kautta perälaatikkolämpötilaa kohottavasti. Työn tehtäväksi määritettiin kesäkuukausina esiintyvä hiomakoneiden suihkuveden raakavesijäähdytyksen tarpeen poistaminen ensisijaisesti niin, että ylimäärälämpö hyödynnetään tehtaalla. Työn muiksi tavoitteiksi muodostui annostelumassojen lämpötilan hallinta, etenkin muutokset, joilla voidaan nostaa hylkymassan annostelulämpötilaa. Työn kokeellinen osa tehtiin UPM Kymmene Oyj Kajaanin tehtailla syksyn 2004 aikana. Työssä tutkittiin WinGEMS simulointiohjelmalla tehtyjen mallien avulla lämmön siirtymistä hiomon ja paperikone 2:n välillä, sekä lämmönsiirtoa pois tasealueelta. Simulointimalli nykytilanteesta rakennettiin yksityiskohtaisesti nykyisen tuotantoprosessin kaltaiseksi ja siitä muokattiin eri vaihtoehtoja, joilla ratkaistiin tutkimukselle asetetut tehtävät. Kytkentämuutoksilla pystyttiin siirtämään hiomolta yli 85 % hiomakoneiden suihkuveden ylimäärälämmöstä ilman uusia laitehankintoja. Asentamalla lopuksi lämmönsiirrin hiomon puhdassuodoslinjaan, hiomakoneiden suihkuveden jäähdytystarve poistettiin kokonaan. Samalla alennettiin valkaisuun menevän massan lämpötilaa, jolloin peroksidivalkaisun kemikaalikulutus väheni yli 10 %. Lämmönsiirrinverkostosta tehtiin kesätilanteen pinch-analyysi, jolla selvitettiin prosessin lämmitys ja jäähdytystarpeet. Analyysin perusteella selvisi, että kytkennöissä ei rikota pinch sääntöjä ja, että prosessissa esiintyy kynnysongelma, jossa prosessi tarvitsee ainoastaan jäähdytystä.

Competitor comparison: variable speed drives in pumping applications

As the world’s energy demand is increasing, a durable solution to control it is to improve the energy efficiency of the processes. It has been estimated that pumping applications have a significant potential for energy savings trough equipment or control system changes. For many pumping application the use of a variable speed drive as a process control element is the most energy efficient solution. The main target of this study is to examine the energy efficiency of a drive system that moves the pump. In a larger scale the purpose of this study is to examine how the different manufacturers’ variable speed drives are functioning as a control device of a pumping process. The idea is to compare the drives from a normal pump user’s point of view. The things that are mattering for the pump user are the efficiency gained in the process and the easiness of the use of the VSD. So some thought is given also on valuating the user-friendliness of the VSDs. The VSDs are compared to each other also on the basis of their life cycle energy costs in different kind of pumping cases. The comparison is made between ACS800 from ABB, VLT AQUA Drive from Danfoss, NX-drive from Vacon and Micromaster 430 from Siemens. The efficiencies are measured in power electronics laboratory in the Lappeenranta University of Technology with a system that consists of a variable speed drive, an induction motor with dc-machine, two power analyzers and a torque transducer. The efficiencies are measured as a function of a load at different frequencies. According to measurement results the differences between the measured system efficiencies on the actual working area of pumping are on average few percent units. When examining efficiencies at the whole range of different loads and frequencies, the differences get bigger. At low frequencies and loads the differences between the most efficient and the least efficient systems are at the most about ten percent units. At the most of the tested points ABB’s drive seem to have slightly better efficiencies than the other drives.

Developing of the Variable Speed Drive -control in simulated parallel pumping systems

This thesis presents briefly the basic operation and use of centrifugal pumps and parallel pumping applications. The characteristics of parallel pumping applications are compared to circuitry, in order to search analogy between these technical fields. The purpose of studying circuitry is to find out if common software tools for solving circuit performance could be used to observe parallel pumping applications. The empirical part of the thesis introduces a simulation environment for parallel pumping systems, which is based on circuit components of Matlab Simulink —software. The created simulation environment ensures the observation of variable speed controlled parallel pumping systems in case of different controlling methods. The introduced simulation environment was evaluated by building a simulation model for actual parallel pumping system at Lappeenranta University of Technology. The simulated performance of the parallel pumps was compared to measured values of the actual system. The gathered information shows, that if the initial data of the system and pump perfonnance is adequate, the circuitry based simulation environment can be exploited to observe parallel pumping systems. The introduced simulation environment can represent the actual operation of parallel pumps in reasonably accuracy. There by the circuitry based simulation can be used as a researching tool to develop new controlling ways for parallel pumps.

Effects of modern variable frequency drive on the reliability of an old crane induction motor

The work aims to analyze the possibilities of utilizing old crane driving AC induction motors in modern pulse-width-modulated variable frequency drives. Bearing currents and voltage stresses are the two main problems associated with modern IGBT inverters, and they may cause premature failure of an old induction motor. The origins of these two problems are studied. An analysis of the mechanism of bearing failure is proposed. Certain types of bearing currents are considered in detail. The most effective and economical means are chosen for bearing currents mitigation. Transient phenomena of cables and mechanism of over voltages occurring at motor terminals are studied in the work. The weakest places of the stator winding insulation system are shown and recommendations are given considering the mitigation of voltage stresses. Only the most appropriate and cost effective preventative methods are chosen for old motor drives. Rewinding of old motors is also considered.

Power line communication in motor cables of variable-speed electric drives − analysis and

Data transmission between an electric motor and a frequency converter is required in variablespeed electric drives because of sensors installed at the motor. Sensor information can be used for various useful applications to improve the system reliability and its properties. Traditionally, the communication medium is implemented by an additional cabling. However, the costs of the traditional method may be an obstacle to the wider application of data transmission between a motor and a frequency converter. In any case, a power cable is always installed between a motor and a frequency converter for power supply, and hence it may be applied as a communication medium for sensor level data. This thesis considers power line communication (PLC) in inverter-fed motor power cables. The motor cable is studied as a communication channel in the frequency band of 100 kHz−30 MHz. The communication channel and noise characteristics are described. All the individual components included in a variable-speed electric drive are presented in detail. A channel model is developed, and it is verified by measurements. A theoretical channel information capacity analysis is carried out to estimate the opportunities of a communication medium. Suitable communication and forward error correction (FEC) methods are suggested. A general method to implement a broadband and Ethernet-based communication medium between a motor and a frequency converter is proposed. A coupling interface is also developed that allows to install the communication device safely to a three-phase inverter-fed motor power cable. Practical tests are carried out, and the results are analyzed. Possible applications for the proposed method are presented. A speed feedback motor control application is verified in detail by simulations and laboratory tests because of restrictions for the delay in the feedback loop caused by PLC. Other possible applications are discussed at a more general level.

Power Consumption in Carbon Capture and Storage Systems (CCS) and Possibilities to Reduce Power Consumption with Variable Speed Drives

The aim of this master´s thesis is to study which processes increase the auxiliary power consumption in carbon capture and storage processes and if it is possible to reduce the auxiliary power consumption with variable speed drives. Also the cost of carbon capture and storage is studied. Data about auxiliary power consumption in carbon capture is gathered from various studies and estimates made by various research centres. Based on these studies a view is presented how the power auxiliary power consumption is divided between different processes in carbon capture processes. In a literary study, the operation of three basic carbon capture systems is described. Also different methods to transport carbon dioxide and carbon dioxide storage options are described in this section. At the end of the thesis processes that consume most of the auxiliary power are defined and possibilities to reduce the auxiliary power consumption are evaluated. Cost of carbon capture, transport and storage are also evaluated at this point and in the case that the carbon capture and storage systems are fully deployed. According to the results, it can be estimated what are the processes are where variable speed drives can be used and what kind of cost and power consumption reduction could be achieved. Results also show how large a project carbon capture and storage is if it is fully deployed.

Energy efficiency parameters in variable speed drives

The main purpose of this thesis is to measure and evaluate how accurately the current energy saving calculation in ABB’s new variable speed drive ACS850 works. The main topic of this thesis is energy-efficiency parameters. At the beginning of this thesis centrifugal pump, squirrel cage motor and variable speed drive, including some equations related to them, are being introduced. Also methods of throttling control and variable speed drive control of centrifugal pumps are being introduced. These subjects are introduced because the energy saving calculation in ACS850 is related to the centrifugal pumps usually driven by squirrel cage motors. The theory also includes short section about specific energy of pumping. Before measurements the current energy saving calculation of ACS850 is being introduced and analyzed. The measurements part includes introduction of measuring equipment, measurement results, summary and analysis of the measurements. At the end of this thesis a proposal for an improvement to the current energy saving calculation is being introduced and few proposals are made for new energy-efficiency parameters, which could be added to variable speed drives. At the end are also thoughts

Testing the Random Walk Hypothesis on the Baltic Stock Markets

The purpose of the thesis is to analyze whether the returns of general stock market indices of Estonia, Latvia and Lithuania follow the random walk hypothesis (RWH), and in addition, whether they are consistent with the weak-form efficiency criterion. Also the existence of the day-of-the-week anomaly is examined in the same regional markets. The data consists of daily closing quotes of the OMX Tallinn, Riga and Vilnius total return indices for the sample period from January 3, 2000 to August 28, 2009. Moreover, the full sample period is also divided into two sub-periods. The RWH is tested by applying three quantitative methods (i.e. the Augmented Dickey-Fuller unit root test, serial correlation test and non-parametric runs test). Ordinary Least Squares (OLS) regression with dummy variables is employed to detect the day-of-the-week anomalies. The random walk hypothesis (RWH) is rejected in the Estonian and Lithuanian stock markets. The Latvian stock market exhibits more efficient behaviour, although some evidence of inefficiency is also found, mostly during the first sub-period from 2000 to 2004. Day-of-the-week anomalies are detected on every stock market examined, though no longer during the later sub-period.

Active du/dt Filtering for Variable-Speed AC Drives

An oscillating overvoltage has become a common phenomenon at the motor terminal in inverter-fed variable-speed drives. The problem has emerged since modern insulated gate bipolar transistors have become the standard choice as the power switch component in lowvoltage frequency converter drives. Theovervoltage phenomenon is a consequence of the pulse shape of inverter output voltage and impedance mismatches between the inverter, motor cable, and motor. The overvoltages are harmful to the electric motor, and may cause, for instance, insulation failure in the motor. Several methods have been developed to mitigate the problem. However, most of them are based on filtering with lossy passive components, the drawbacks of which are typically their cost and size. In this doctoral dissertation, application of a new active du/dt filtering method based on a low-loss LC circuit and active control to eliminate the motor overvoltages is discussed. The main benefits of the method are the controllability of the output voltage du/dt within certain limits, considerably smaller inductances in the filter circuit resulting in a smaller physical component size, and excellent filtering performance when compared with typical traditional du/dt filtering solutions. Moreover, no additional components are required, since the active control of the filter circuit takes place in the process of the upper-level PWM modulation using the same power switches as the inverter output stage. Further, the active du/dt method will benefit from the development of semiconductor power switch modules, as new technologies and materials emerge, because the method requires additional switching in the output stage of the inverter and generation of narrow voltage pulses. Since additional switching is required in the output stage, additional losses are generated in the inverter as a result of the application of the method. Considerations on the application of the active du/dt filtering method in electric drives are presented together with experimental data in order to verify the potential of the method.

Disputatio super humanitatis studiis

Invocatio: [hepreaa].

Nuorisorikollisuuden esiintyvyys, taustatekijät ja sovittelu

Tausta Vaikka nuorisorikollisuus on kriminologisen tutkimuksen perinteinen kohde, on edelleen tarvetta pitkittäistutkimuksille, joissa on laaja, koko väestöä edustava otos. Kriminaalipolitiikan alalla puolestaan rikosten sovittelu ja muut restoratiivisen oikeuden muodot ovat nousseet Suomessakin haastamaan perinteiset rikoskontrollin paradigmat, rangaistuksen ja hoidon. Tutkimuskysymykset Tutkimuksen pääkysymyksenä oli, mitkä lapsuudessa (8 v.) ja nuoruudessa (18 v.) mitatut psykososiaaliset tekijät ovat yhteydessä nuorisorikollisuuden (16-20 v.) määrään ja lajiin. Lisäksi yhtenä kysymyksenä oli, miten varusmiespalvelun aikaiset psykiatriset diagnoosit liittyvät nuorisorikollisuuteen. Lisäksi tutkimme nuorisorikollisuuden esiintyvyyttä ja palvelujen käyttöä, ja vertailimme eri informanttien (tutkimushenkilöt itse, vanhemmat ja opettajat) vastausten ennusvoimaa lasten tulevan rikollisuuden suhteen. Rikosten sovittelun osalta kysymyksenä oli, miten suomalainen sovittelukäytäntö vastaa restoratiivisen oikeuden teoriaa ja miten sovittelua pitäisi kehittää. Aineisto ja metodit Pitkittäistutkimuksemme aineistona oli valtakunnallisesti edustava satunnaisotos, joka vastasi 10% vuonna 1981 Suomessa syntyneistä suomenkielisistä pojista. Ensimmäinen tiedonkeruu tapahtui 1989, kun pojat olivat 8-vuotiaita. Tietoa kerättiin lomakekyselyin pojilta itseltään sekä heidän vanhemmiltaan ja opettajiltaan. Tietoja saatiin 2946 pojasta. Lasten lomakkeena oli Children’s Depression Inventory, vanhemman lomakkeena Rutter A2 ja opettajan lomakkeena Rutter B2. Toinen tiedonkeruu järjestettiin, kun pojat osallistuivat kutsuntoihin 1999. Tietoja saatiin 2330 pojasta. Lomakkeena oli Young Adult Self-Report . Puolustusvoimien rekisteristä saatiin tiedot poikien kutsunnoissa ja palvelusaikana (vuosina 1999-04) saamista psykiatrisista diagnooseista, jotka luokiteltiin kuuteen luokkaan: antisosiaalinen persoonallisuushäiriö, päihdehäiriöt, psykoottiset häiriöt, ahdistuneisuushäiriöt, masennustilat ja sopeutumishäiriöt. Tieto mahdollisesta diagnoosista saatiin 2712 pojasta. Rikollisuus operationalisoitiin poliisin ns. RIKI-rekisteriin vuosina 1998-2001 rekisteröityjen tekojen avulla, kun pojat olivat pääasiassa 16-20-vuotiaita. Rikosten määrän mukaan pojat jaettiin neljään ryhmään: ei rikoksia, 1-2 rikosta (satunnainen rikollisuus), 3-5 rikosta (uusintarikollisuus) ja yli 5 rikosta (aktiivinen uusintarikollisuus). Rikoslajeista muodostettiin viisi kategoriaa: huume-, väkivalta-, omaisuus-, liikenne- ja rattijuopumusrikollisuus. Analyysivaiheessa rekisteridatasta poistettiin liikennerikkomukset. Kaikkiaan tiedot mahdollisista poliisikontakteista saatiin 2866 pojasta. Sovitteludata koostui 16 sovittelujutun havainnoinnista Turussa vuosina 2001- 2003. Tulokset Kaikkiaan 23% pojista oli rekisteröity rikoksesta (poissulkien liikennerikkomukset) nelivuotisen tutkimusperiodin aikana 16-20-vuotiaana. Satunnaisia rikoksentekijöitä oli 15%, uusijoita 4% ja moninkertaisia uusijoita 4%. Rikokset kasautuivat moninkertaisille uusijoille: tämä 4%:n ryhmä teki 72% kaikista rikoksista . Omaisuus- ja liikennerikollisia oli eniten (kumpiakin 11%), ja huumerikollisia vähiten (4%). Kaikki rikoslajit korreloivat keskenään tilastollisesti merkitsevästi. Nuorisorikollisuuden itsenäisiä ennustekijöitä lapsuudessa olivat rikkinäinen perherakenne, vanhempien alhainen koulutustaso, lapsen käytösongelmat ja hyperaktiivisuus. Kun verrattiin eri informantteja (lapset itse ja heidän vanhempansa ja opettajansa), etenkin opettajien vastaukset ennustivat lasten tulevaa rikollisuutta. Nuoruudessa rikollisuuden itsenäisiä korrelaatteja olivat pienellä paikkakunnalla asuminen, vanhempien ero, seurustelu, itse ilmoitettu antisosiaalisuus ja säännöllinen tupakointi ja humalajuominen. Ennus- ja taustatekijöille oli tyypillistä se, että ne olivat lineaarisessa yhteydessä rikosten määrään (ongelmat ja rikosten määrä lisääntyivät käsi kädessä) ja että ne liittyivät useaan rikoslajiin yhtä aikaa. Huumerikollisuudella oli kuitenkin vähemmän itsenäisiä ennus- ja taustatekijöitä kuin muilla rikoslajeilla. Joka kymmenes poika kärsi psykiatrisista häiriöistä. Tämä ryhmä teki noin puolet kaikista rikoksista, ja lähes joka toinen poika, jolla oli psykiatrinen häiriö, oli rekisteröity rikoksista. Rikolliseen käytökseen liittyivät etenkin antisosiaalinen persoonallisuushäiriö ja päihdehäiriöt. Masennustilat olivat kuitenkin ainoa diagnoosiryhmä, joka ei ollut yhteydessä rikollisuuteen. Myös psykiatristen häiriöiden esiintyvyys kasvoi lineaarisesti rikosten määrän kanssa; aktiivisista uusintarikollisista yli puolella (59%) oli psykiatrinen diagnoosi. Rikollisuuden lisäksi erilaiset psykososiaaliset ongelmat kasautuivat pienelle vähemmistölle. Aktiivisten uusijoiden ryhmään olivat tilastollisesti merkitsevästi yhteydessä lähes kaikki ongelmat mitä tutkimme. Kuitenkin tästä ryhmästä vain alle 3% oli käyttänyt mielenterveyspalveluja viimeisen vuoden aikana. Rikossovittelun havainnointitutkimuksen perusteella sovittelussa monet perusasiat ovat kunnossa, ja toiminta on mielekästä niin asianosaisten kuin yhteiskunnankin kannalta. Useimmiten osapuolet kohtasivat ja saivat aikaan sopimuksen, johon he vaikuttivat tyytyväisiltä. Rikoksentekijät olivat motivoituneita korvaamaan aiheuttamansa vahingot. Osapuolet saivat kertoa tarinansa omin sanoin, heitä kuunneltiin ja he ymmärsivät mitä sovittelussa puhutaan ja sovitaan. Sovittelun kuluessa jännitys väheni ja asiat saatiin loppuunkäsiteltyä. Asianosaiset saivat vaikuttaa prosessiin ja sopimukseen, ja uhrin oikeudet olivat sovittelussa keskeisellä sijalla. Restoratiivisen teorian perusteella sovittelussa havaittiin myös kehittämisen varaa: Etenkin nuoria rikoksentekijöitä oli hankala saada osallistumaan tosissaan, ja aikuiset helposti hallitsivat keskustelua. Etukäteistapaamisia ja tukihenkilöitä ei juuri hyödynnetty. Sovitteluja hallitsi puhe sopimuksesta ja rahasta. Työkorvauksia ei käytetty eikä rehabilitaatiota käsitelty. Sekä sovitteluun pääsy että sovittelumenettely riippuivat yksittäisistä henkilöistä. Johtopäätökset Rikosten tekeminen nuoruudessa on melko yleistä ja monimuotoista. Rikokset ja psykososiaaliset ongelmat kasautuvat pienelle ryhmälle ja kulkevat käsi kädessä. Myös psykiatriset häiriöt ovat lineaarisessa yhteydessä rikosten määrään. Rikosriskiä voidaan ennustaa jo lapsuudessa, ja etenkin opettajat ovat tarkkanäköisiä lasten ongelmien suhteen. Eri rikoslajeilla on varsin samanlaisia taustatekijöitä. Aktiiviset rikoksentekijät vastaavat suuresta osasta kokonaisrikollisuutta, tarvitsevat eniten apua, mutta eivät kuitenkaan hakeudu psykososiaalisten palvelujen piiriin. Rikosten sovittelu tarjoaa keinon puuttua ongelmiin varhaisessa vaiheessa ilman leimaamista. Sovittelun kehitystehtävät liittyvät etenkin dialogiin, valmisteluihin, tukihenkilöihin, työkorvauksiin, palveluunohjaukseen ja sovittelun sovellusalaan. Sovittelua ja muita restoratiivisia menettelyjä on kehitettävä ja laajennettava esimerkiksi niin, että niitä voitaisiin käyttää palveluunohjauksen välineenä.