Salient Pole Synchronous Machine Modelling in an Industrial Direct Torque Controlled Drive Application

Synchronous motors are used mainly in large drives, for example in ship propulsion systems and in steel factories' rolling mills because of their high efficiency, high overload capacity and good performance in the field weakening range. This, however, requires an extremely good torque control system. A fast torque response and a torque accuracy are basic requirements for such a drive. For large power, high dynamic performance drives the commonly known principle of field oriented vector control has been used solely hitherto, but nowadays it is not the only way to implement such a drive. A new control method Direct Torque Control (DTC) has also emerged. The performance of such a high quality torque control as DTC in dynamically demanding industrial applications is mainly based on the accurate estimate of the various flux linkages' space vectors. Nowadays industrial motor control systems are real time applications with restricted calculation capacity. At the same time the control system requires a simple, fast calculable and reasonably accurate motor model. In this work a method to handle these problems in a Direct Torque Controlled (DTC) salient pole synchronous motor drive is proposed. A motor model which combines the induction law based "voltage model" and motor inductance parameters based "current model" is presented. The voltage model operates as a main model and is calculated at a very fast sampling rate (for example 40 kHz). The stator flux linkage calculated via integration from the stator voltages is corrected using the stator flux linkage computed from the current model. The current model acts as a supervisor that prevents only the motor stator flux linkage from drifting erroneous during longer time intervals. At very low speeds the role of the current model is emphasised but, nevertheless, the voltage model always stays the main model. At higher speeds the function of the current model correction is to act as a stabiliser of the control system. The current model contains a set of inductance parameters which must be known. The validation of the current model in steady state is not self evident. It depends on the accuracy of the saturated value of the inductances. Parameter measurement of the motor model where the supply inverter is used as a measurement signal generator is presented. This so called identification run can be performed prior to delivery or during drive commissioning. A derivation method for the inductance models used for the representation of the saturation effects is proposed. The performance of the electrically excited synchronous motor supplied with the DTC inverter is proven with experimental results. It is shown that it is possible to obtain a good static accuracy of the DTC's torque controller for an electrically excited synchronous motor. The dynamic response is fast and a new operation point is achieved without oscillation. The operation is stable throughout the speed range. The modelling of the magnetising inductance saturation is essential and cross saturation has to be considered as well. The effect of cross saturation is very significant. A DTC inverter can be used as a measuring equipment and the parameters needed for the motor model can be defined by the inverter itself. The main advantage is that the parameters defined are measured in similar magnetic operation conditions and no disagreement between the parameters will exist. The inductance models generated are adequate to meet the requirements of dynamically demanding drives.

Päämääriä, ajelehtimista, tietämättömyyttä, etsintää: Koulutusvalinnat, opinnot ja koulutuksen vaihtaminen yliopisto-opiskelijoiden kokemana 2000 -luvun taitteessa

Tutkimuksessa tarkastellaan yliopisto-opiskelua, opintojen kokemista ja niiden kulkua alkaen koulutusvalinnoista. Lisäksi tutkimuksessa pyritään ymmärtämään ja kuvaamaan yliopisto-opintojen aikaista koulutuksen vaihtamista prosessina. Kyseessä on seurantatutkimus Turun yliopistossa vuonna 1998 aloittaneesta opiskelijakohortista. Tutkittavat opiskelijat valittiin sillä perusteella, että he vastasivat kolmeen opintoja koskevaan kyselyyn ja olivat vähintään kolmen vuoden ajan läsnä olevina opiskelijoina. Opiskelijat (n=440) jaettiin neljään vertailuryhmään: 1) opintoihinsa tyytyväiset, 2) ensimmäisen vuoden jälkeen koulutusta vaihtaneet, 3) toisen vuoden jälkeen koulutusta vaihtaneet ja 4) koulutusta vaihtaa halunneet. Tutkimusaineisto koostuu kolmesta kyselystä, opintorekisteriaineistosta ja koulutusta opintojen aikana vaihtaneiden opiskelijoiden haastatteluista (n=22). Kyselyt tehtiin ensimmäisen, toisen ja kolmannen opintovuoden kevätlukukausilla ja haastattelut vuonna 2002, jolloin opiskelijat opiskelivat Turun yliopistossa neljättä tai viidettä vuotta. Kyselyiden avulla tutkittiin eroavatko koulutusta vaihtaneet opiskelijat muista opiskelijoista rakenteellisilta tekijöiltään tai opintokokemuksissaan. Opintorekisteriaineiston perusteella tutkittiin eroavatko koulutusta vaihtaneet opiskelijat koulutuksessa pysyneistä opiskelijoista opintojen kulussa. Kyselyiden ja haastatteluiden avulla tutkittiin minkälaisia tietoja ja odotuksia opiskelijoilla oli yliopisto-opiskelusta ollut ennen opintojen aloittamista. Haastatteluiden perusteella tutkittiin mitä syitä koulutuksen vaihtamisen taustalla oli ja minkälaisina kertomuksina koulutuksen vaihtamisprosessi näyttäytyi. Koulutusta vaihtaneet opiskelijat erosivat koulutuksessa pysyneistä opiskelijoista aiemman koulutuksen määrän, iän ja perheellisyyden suhteen. Verrattaessa ensimmäisen ja toisen vuoden jälkeen koulutusta vaihtaneita opiskelijoita keskenään havaittiin näillä ryhmillä olevan erilainen perhetausta. Koulutusta valittaessa tärkein tekijä oli kiinnostus alaa kohtaan. Toiseksi voimakkain hakutekijä oli muilla paitsi ensimmäisen vuoden jälkeen koulutusta vaihtaneilla valmiudet haluttuun ammattiin. Vuorostaan ensimmäisen vuoden jälkeen koulutusta vaihtaneilla toiseksi tärkein tekijä hakeutumisessa oli helppo sisäänpääsy opintoihin. Suurin osa opiskelijoista oli päässyt ensisijaisesti haluamaansa koulutukseen. Koulutusta myöhemmin vaihtaneissa ryhmissä ja koulutuksen vaihtoa halunneiden ryhmässä ensisijaisesti haluttuun koulutukseen päässeitä oli alle puolet. Odotukset opiskelusta eivät täysin täyttyneet ensimmäisen puolen vuoden opiskelun aikana. Tutkittujen ryhmien välillä havaittiin eroja kokemuksissa koulutuksen sopivuudesta itselle. Koulutuksen vaihtaminen oli myönteinen kokemus, ja uusi koulutus koettiin aiempaa koulutusta sopivammaksi itselle. Kolmannen vuoden kevätlukukaudella omaa koulutusta kohtaan koettu kiinnostus oli voimakasta muissa ryhmissä paitsi koulutuksen vaihtoa halunneissa. Harvimmin positiivisia tunteita opiskelua kohtaan kokivat vaihtoa halunneet opiskelijat. Koulutuksen vaihtaminen vähensi opintoihin kiinnittymättömyyttä. Koulutuksen vaihtoa halunneiden kokemukset nykyisen koulutuksensa ilmapiiristä olivat negatiivisimpia. Koulutuksen vaihtaminen vaikutti myönteisesti myös opetuksen kokemiseen. Opinnot etenivät kaikissa tutkituissa ryhmissä tasaisesti. Koulutuksen vaihtamisen jälkeisenä vuonna opinnot etenivät vaihtaneissa ryhmissä keskimääräistä enemmän. Haastatteluiden mukaan pääasiallisia syitä koulutuksen vaihtamiselle olivat päätyminen toissijaiseen koulutukseen ja pettyminen aloittamaansa koulutukseen. Narratiivien analyysin avulla tutkimuksessa löydettiin neljä erilaista tarinaa vaihtamisprosessista: 1) toissijaisesta koulutuksesta ensisijaiseen koulutukseen vaihtaminen, 2) ensisijaiseen koulutukseen pettyminen, 3) kiinnostavampaan koulutukseen ajautuminen ja 4) oman alan löytyminen etsinnän kautta. Vaikka koulutuspolitiikassa koulutuksen vaihtaminen nähdään ongelmana, oli se tämän tutkimuksen mukaan opiskelijalle myönteinen kokemus. Tämän tutkimuksen perusteella tulisikin kiinnittää huomiota opiskelijoihin, jotka haluaisivat vaihtaa koulutuksesta toiseen. Heillä opintojen eteneminen osoittautui hitaimmaksi ja opintokokemukset negatiivisimmiksi. Koulutusta vaihtaneiden opiskelijoiden opintojen eteneminen näytti hitaalta verrattuna opintoihinsa tyytyväisiin opiskelijoihin. Koulutuksen vaihtamisen jälkeen opintojen eteneminen kuitenkin nopeutui ja opintotyytyväisyys lisääntyi.

Food webs in the era of molecular revolution – Like resolving the Gordian knot with a tricorder

Living nature consists of countless organisms, which are classified into millions of species. These species interact in many ways; for example predators when foraging on their prey, insect larvae consuming plants, and pathogenic bacteria drifting into humans. In addition, abiotic nature has a great initiative impact on life through many factors (including sunlight, ambient temperature, and water. In my thesis, I have studied interactions among different life forms in multifaceted ways. The webs of these interactions are commonly referred to as food webs, describing feeding relationships between species or energy transfer from one trophic level to another. These ecological interactions – whether they occur between species, between individuals, or between microorganisms within an individual – are among the greatest forces affecting natural communities. Relationships are tightly related to biological diversity, that is, species richness and abundances. A species is called a node in food web vocabulary, and its interactions to other species are called links. Generally, Artic food webs are considered to be loosely linked, simple structures. This conception roots into early modern food webs, where insects and other arthropods, for example, were clumped under one node. However, it has been shown that arthropods form the greatest part of diversity and biomass both in the tropics and in Arctic areas. Earlier challenges of revealing the role of insects and microorganisms in interactions webs have become possible with the help of recent advances in molecular techniques. In the first chapter, I studied the prey diversity of a common bat, Myotis daubentonii, in southwestern Finland. My results proved M. daubentonii being a versatile predator whose diet mainly consists of aquatic insects, such as chironomid midges. In the second chapter, I expanded the view to changes in seasonal and individual-based variation in the diet of M. daubentonii including the relationship between available and observed prey. I found out that chironomids remain the major prey group even though their abundance decreases in proportion to other insect groups. Diet varied a lot between individuals, although the differences were not statistically significant. The third chapter took the study to a large network in Greenland. I showed that Artic food webs are very complex when arthropods are taken into account. In the fourth chapter, I examined the bacterial flora of M. daubentonii and surveyed the zoonotic potential of these bacteria. I found Bartonella bacteria, of which one was described as a new species named after the locality of discovery. I have shown in my thesis that Myotis daubentonii as a predator links many insect species as well as terrestrial and aquatic environments. Moreover, I have exposed that Arctic food webs are complex structures comprising of many densely linked species. Finally, I demonstrated that the bacterial flora of bats includes several previously unknown species, some of which could possibly turn in to zoonosis. To summarize, molecular methods have untied several knots in biological research. I hope that this kind of increasing knowledge of the surrounding nature makes us further value all the life forms on earth.