Enabling constructive alignment in programming instruction

In this thesis, simple methods have been sought to lower the teacher’s threshold to start to apply constructive alignment in instruction. From the phases of the instructional process, aspects that can be improved with little effort by the teacher have been identified. Teachers have been interviewed in order to find out what students actually learn in computer science courses. A quantitative analysis of the structured interviews showed that in addition to subject specific skills and knowledge, students learn many other skills that should be mentioned in the learning outcomes of the course. The students’ background, such as their prior knowledge, learning style and culture, affects how they learn in a course. A survey was conducted to map the learning styles of computer science students and to see if their cultural background affected their learning style. A statistical analysis of the data indicated that computer science students are different learners than engineering students in general and that there is a connection between the student’s culture and learning style. In this thesis, a simple self-assessment scale that is based on Bloom’s revised taxonomy has been developed. A statistical analysis of the test results indicates that in general the scale is quite reliable, but single students still slightly overestimate or under-estimate their knowledge levels. For students, being able to follow their own progress is motivating, and for a teacher, self-assessment results give information about how the class is proceeding and what the level of the students’ knowledge is.

Tuulivoimalan staattoripakan puristusrakenteen kehittäminen

Diplomityössä tutkittiin voidaanko tuulivoimalan generaattorin staattoripakan puristamisessa hyödyntää komposiittista rakenneratkaisua. Tyypillisesti generaattorissa staattorin teräslevyt puristetaan erilaisilla teräsrakenteilla toisiaan vasten. Tavoitteena oli selvittää, voidaanko puristavan komposiittirakenteen osana hyödyntää liimaliitosta tai laminoitua liitosta. Tarkoitus oli etsiä rakenteeseen soveltuva liima ja liimaliitoksen arvot tai laminoitu rakenne ja sille soveltuvat materiaalit ja suoritustapa. Työssä on perehdytty erilaisiin tuulivoimalatyyppeihin, sekä niissä käytettäviin kesto- ja vierasmagnetoituihin generaattorityyppeihin. Tämän lisäksi on tarkasteltu niissä käytettävien staattorien valmistusvaihtoehtoja ja syitä miksi niissä olevat teräslevyt on puristettava toisiaan vasten. Samalla on luotu katsaus nykyisin käytössä oleviin rakenteisiin, joilla puristus voidaan toteuttaa. Liimauksesta on käsitelty perusteoriaa, sekä seikkoja jotka vaikuttavat liimaliitoksen kestoon. Työssä tutkittavaan liitokseen soveltuvien liimojen ominaisuuksia on käsitelty. Myös laminoituun liitokseen jo aiemmin kovettuneeseen komposiittiin on perehdytty. Tutkittavaan rakenteeseen soveltuvia hartsi- ja lasikuitutyyppejä on esitelty. Komposiittien mekaaniseen liittämiseen on lyhyesti perehdytty. Työssä suoritettiin useita vetokokeita, joilla selvitettiin puristusrakenteen tutkimista varten valmistettujen koekappaleiden suurin vetokuormankesto. Vetokokeiden perusteella voitiin valita soveltuvin rakenne staattorin puristamiseksi.

WiseRoot-prosessilla hitsatun päittäisliitoksen väsymislujuus

Työssä tutkittiin Kempin WiseRoot-prosessilla hitsattujen päittäisliitosten väsymiskestävyyttä laboratoriokokein ja väsymiskestävyyden mitoitusmenetelmillä. WiseRoot-hitsausprosessi on räätälöity lyhytkaariprosessi juuripalkojen hitsaukseen yhdeltä puolelta. Väsytyskoekappaleissa käytettiin eri lujuusluokan rakenneteräksiä sekä materiaalipaksuuksia. Mantsinen Group Ltd Oy hitsasi lisäksi yhdeltä ja kahdelta puolelta hitsattuja vertailukappaleita normaalilla MAG-hitsausprosessilla. Väsymismitoitus tehdään yleisesti perustuen väsymisluokkiin, joten väsytyskokeilla ja mitoitusmenetelmillä saatuja tuloksia tarkasteltiin näiden luokitusten avulla. Tuloksia vertailtiin sekä keskenään että standardeista löytyviin väsymisluokkasuosituksiin. Väsymiskestävyyden mitoitusmenetelmistä työssä käytettiin nimelliseen jännitykseen, teholliseen lovijännitykseen ja paikalliseen venymään perustuvaa menetelmää sekä murtumismekaniikkaa. Laboratoriokokeiden perusteella voidaan todeta, että WiseRoot-hitsausprosessilla on mahdollista tuottaa yhdeltä puolelta päittäisliitos, jonka väsymiskestävyys on verrattavissa kahdelta puolelta hitsattuun päittäisliitokseen. Mitoitusmenetelmillä saadut tulokset olivat pääsääntöisesti konservatiivisia verrattuna koetuloksiin. Ainoastaan paikalliseen venymään perustuvalla menetelmällä saadut väsymisluokat olivat suurempia kuin väsytyskoetulosten perusteella lasketut väsymisluokat.

Epälineaaristen regressiomenetelmien vertaaminen robottikäden otemallinnuksessa

Tässä työssä verrattiin monikerrosperseptronin, radiaalikantafunktioverkon, tukivektoriregression ja relevanssivektoriregression soveltuvuutta robottikäden otemallinnukseen. Menetelmille ohjelmoitiin koeympäristö Matlabiin, jossa mallit koestettiin kolmiulotteisella kappaledatalla. Koejärjestely sisälsi kaksi vaihetta. Kokeiden ensimmäisessä vaiheessa menetelmille haettiin sopivat parametrit ja toisessa vaiheessa menetelmät koestettiin. Kokeilla kerättiin dataa menetelmien keskinäiseen vertailuun. Vertailussa huomioitiin laskentanopeus, koulutusaika ja tarkkuus. Tukivektoriregressio löydettiin potentiaaliseksi vaihtoehdoksi mallintamiseen. Tukivektoriregression koetuloksia analysoitiin muita menetelmiä enemmän hyvien koetulosten takia.

Soodakattilan lentotuhkan uudentyyppisen analysaattorin arviointi

RBDA (Recovery Boiler Dust Analyzer) on soodakattilan savukaasujen hiukkasten määrää mittaava laite. Yksi laitteen mahdollisista sovelluskohteista on soodakattilan nuohouksen optimointi. Tämän työn tarkoituksena oli parantaa RBD-analysaattorin toimintaa ja erityisesti tutkia laitteen toimivuutta soodakattilan nuohouksen optimoinnis-sa. Soodakattilan nuohouksen optimoinnilla voidaan vähentää nuohoukseen kuluneen höyryn määrää ja näin saavuttaa taloudellisia säästöjä. RBD-analysaattorin toimivuutta testattiin toimivan soodakattilan avulla. Tutkimuksen tueksi testeissä käytetyn soodakattilan savukaasujen lämpötilat ja tuhkan tarttumisomi-naisuudet selvitettiin. Laitteen toimivuutta testattiin vertaamalla RBDA:n mittaustulosta standardin mukaiseen savukaasujen hiukkasmittausmenetelmään. Mittajärjestelmän soveltuvuutta soodakattilan nuohouksen optimointiin tutkittiin ajamalla nuohoimia käsin eri seisonta-aikojen jälkeen sekä mittaamalla soodakattilan normaalia nuohousjärjes-tystä. Mittausten perusteella todettiin, että RBDA havaitsee savukaasujen pölypitoisuuden ja sen muutokset luotettavasti. Nuohouksen optimointiin RBDA:n todettiin soveltuvan ny-kyisessä mallissaan vain vedenesilämmittimien osalta. Keittopinnan ja tulistimien nuo-hointen optimointiin ei saatu riittävän luotettavia mittaustuloksia. RBDA:n kehittäminen jatkotutkimuksilla todettiin mahdolliseksi.

Hitsausvirtalähteen ohjaus lämmöntuonnin ja jatkuvan jäähtymisen S-käyrän perusteella

Lämmöntuonnilla on oleellinen vaikutus hitsausliitoksen ominaisuuksiin, koska se vaikuttaa liitoksen jäähtymisnopeuteen, jolla on puolestaan suuri vaikutus jäähtymisessä syntyviin mikrorakenteisiin. Jatkuvan jäähtymisen S-käyrältä voidaan ennustaa hitsausliitokseen syntyvät mikrorakenteet. S-käyrät voidaan laatia hitsausolosuhteiden mukaisesti, jolloin faasimuutoskäyttäytyminen sularajalla saadaan selvitettyä. Tämän diplomityön tavoitteena oli kehittää hitsausvirtalähteen ohjaustapaa lämmöntuontiin ja jatkuvan jäähtymisen S-käyriin perustuen. Jatkuvan jäähtymisen S-käyrillä ja lämmöntuontiin perustuvalla hitsausparametrien säädöllä on yhteys. Työssä tutkittiin, miten haluttuun jäähtymisnopeuteen johtava lämmöntuonti voidaan määrittää S-käyrälle luotettavasti. Työssä perehdyttiin jatkuvan jäähtymisen S-käyriin ja eri jäähtymisnopeuksilla hitsausliitokseen syntyviin mikrorakenteisiin sekä hitsaus-inverttereiden ohjaus- ja säätötekniikkaan. Teoriaosuuden jälkeen tarkasteltiin eri vaihtoehtoja, miten hitsattavan materiaalin koostumusvaihtelut sekä lämmöntuontiin vaikuttavat tekijät voidaan ottaa huomioon virtalähteen ohjauksessa lämmöntuonnin perusteella. S-käyrältä määritettyjen lämmöntuonnin arvojen perusteella tehtiin kahdet koehitsaukset, joissa käytettiin kolmea eri aineenpaksuutta. Tulosten perusteella arvioitiin lämmöntuonnin arvojen toimivuutta käytännössä ja tutkittiin liitokseen syntyviä mikrorakenteita. Tutkimuksen pohjalta esitettiin jatkokehitystoimenpiteitä, joiden mukaan voidaan edetä lämmöntuontiin perustuvan säätöjärjestelmän kehitysprojektissa.

Yleismittarikortin prototyypin suunnittelu modulaariseen testauslaitteeseen

Tämä diplomityö on osa erään yrityksen sisäistä tuotekehitysprojektia. Projektin päämäärä oli kehittää ja tuoda markkinoille uusi modulaarinen testilaite. Markkinoille tuotava laite voi asiakkaan toivomuksesta pitää sisällään jännitelujuus-, eristysvastus- ja vuotovirtamittarin. Tämän lisäksi uuteen testilaitteeseen on mahdollista lisätä muita sisäisiä rele- ja mittalaitekortteja mm. yleismittarimoduulin. Diplomityössä perehdytään elektroniikan eri suureiden mittaamiseen, sekä syvennytään modulaarisen testilaitteen yleismittarikortin prototyypin suunnitteluun. Prototyypin tuli vastata tarkkuudeltaan ja nopeudeltaan markkinoiden johtavien mittalaitevalmistajien tarjoamia yleiskäyttöön tarkoitettuja järjestelmäyleismittareita. Työn lopputuloksena syntyi digitaaliyleismittarikortin prototyyppi. Käytännön syistä prototyyppikortin mittaustulokset ja tulosten käsittely on rajattu kokonaan pois tästä kirjallisesta dokumentista.

Potkurilaitteen ohjausputken laserpinnoitus

Laserpinnoitus on additiivinen prosessi, jossa lasertehon avulla sulatetaan pinnoitusainetta pinnoitettavan kappaleen pintaan. Laserpinnoituksella on mahdollista aikaansaada tiivis sekä kova, kulutusta ja korroosiota kestävä pinnoite kappaleen pintaan. Tässä työssä kohteena oli potkurilaitteen ohjausputken laserpinnoitus. Kyseisessä kohteessa pinnoitteelta vaaditaan hyvää korroosion- ja kulumisen kestoa. Työn tavoitteena oli lisätä tietoisuutta laserpinnoitusprosessista ja siinä vaikuttavista tekijöistä. Myös materiaaliominaisuuksien vaikutuksia sekä pinnoitus- että pinnoitettavien aineiden osalta selvitettiin. Työhön sisältyi myös kokeellinen osuus, jossa tavoitteena oli löytää kustannustehokkain pinnoiteaine tutkittuun kohteeseen. Kokeissa ohjausputki- sekä levyaihioon tehtiin koepinnoituksia. Kokeiden ja edelleen materiaalitutkimuksien avulla tutkittiin neljää eri pinnoitusainetta, jotka olivat Stellitti 21, Inconel 625, AISI 316L ja AISI 431. Kovuus- ja taivutuskokeiden perusteella kyseisistä aineista vain Stelliitti 21 täytti ohjausputken pinnoitteelle asetetut vaatimukset. Näin ollen Stelliitti 21 valikoitui kustannustehokkaimmaksi pinnoitusaineeksi ohjausputkien laserpinnoitukseen.

Mechanical behavior of 'Niagara Rosada' grape berry detachment

The 'Niagara Rosada' grape is the main Brazilian table grape belonging to the Labrusca family. It develops medium, cylindrical and compact bunches with berries presenting a pinkish skin and a foxy flavor that is valued in the Brazilian market. These berries are tender and have a pedicel-berry connection provided by the vascular bundles and surrounding skin. This cultivar is very susceptible to berry drop mainly caused by vibration and senescence. The objective of this study was to evaluate the temporal mechanical behavior of the pedicel-berry detachment, using resistance indexes extracted from traction force-deformation curves. Test results showed two different detachment types. In the first one, which exhibited higher average resistance, a considerable portion of the vascular bundle came out attached to the pedicel and in the second type; the vascular bundle was retained inside the berry. The proposed indexes based on maximum detachment force, force at 0.2; 0.5; 1.0 and 1.2 mm, and maximum force to corresponding deformation ratio did not discriminate the senescence of the berry.

Development of an automated bench top electronic penetrometer

The aim of this study was to develop a an automated bench top electronic penetrometer (ABEP) that allows performing tests with high rate of data acquisition (up to 19,600 Hz) and with variation of the displacement velocity and of the base area of cone penetration. The mechanical components of the ABEP are: a supporting structure, stepper motor, velocity reducer, double nut ball screw and six penetration probes. The electronic components of ABEP are: a "driver" to control rotation and displacement, power supply, three load cells, two software programs for running and storing data, and a data acquisition module. This penetrometer presented in compact size, portable and in 32 validation tests it proved easy to operate, and showed high resolution, high velocity in reliability in data collection. During the validation tests the equipment met the objectives, because the test results showed that the ABEP could use different sizes of cones, allowed work at different velocities, showed for velocity and displacement, were only 1.3% and 0.7%, respectively, at the highest velocity (30 mm s-1) and 1% and 0.9%, respectively for the lowest velocity (0.1 mm s-1).

Thinking Outside the Box: Enhancing Science Teaching by Combining (Instead of Contrasting) Laboratory and Simulation Activities

The focus of the present work was on 10- to 12-year-old elementary school students’ conceptual learning outcomes in science in two specific inquiry-learning environments, laboratory and simulation. The main aim was to examine if it would be more beneficial to combine than contrast simulation and laboratory activities in science teaching. It was argued that the status quo where laboratories and simulations are seen as alternative or competing methods in science teaching is hardly an optimal solution to promote students’ learning and understanding in various science domains. It was hypothesized that it would make more sense and be more productive to combine laboratories and simulations. Several explanations and examples were provided to back up the hypothesis. In order to test whether learning with the combination of laboratory and simulation activities can result in better conceptual understanding in science than learning with laboratory or simulation activities alone, two experiments were conducted in the domain of electricity. In these experiments students constructed and studied electrical circuits in three different learning environments: laboratory (real circuits), simulation (virtual circuits), and simulation-laboratory combination (real and virtual circuits were used simultaneously). In order to measure and compare how these environments affected students’ conceptual understanding of circuits, a subject knowledge assessment questionnaire was administered before and after the experimentation. The results of the experiments were presented in four empirical studies. Three of the studies focused on learning outcomes between the conditions and one on learning processes. Study I analyzed learning outcomes from experiment I. The aim of the study was to investigate if it would be more beneficial to combine simulation and laboratory activities than to use them separately in teaching the concepts of simple electricity. Matched-trios were created based on the pre-test results of 66 elementary school students and divided randomly into a laboratory (real circuits), simulation (virtual circuits) and simulation-laboratory combination (real and virtual circuits simultaneously) conditions. In each condition students had 90 minutes to construct and study various circuits. The results showed that studying electrical circuits in the simulation–laboratory combination environment improved students’ conceptual understanding more than studying circuits in simulation and laboratory environments alone. Although there were no statistical differences between simulation and laboratory environments, the learning effect was more pronounced in the simulation condition where the students made clear progress during the intervention, whereas in the laboratory condition students’ conceptual understanding remained at an elementary level after the intervention. Study II analyzed learning outcomes from experiment II. The aim of the study was to investigate if and how learning outcomes in simulation and simulation-laboratory combination environments are mediated by implicit (only procedural guidance) and explicit (more structure and guidance for the discovery process) instruction in the context of simple DC circuits. Matched-quartets were created based on the pre-test results of 50 elementary school students and divided randomly into a simulation implicit (SI), simulation explicit (SE), combination implicit (CI) and combination explicit (CE) conditions. The results showed that when the students were working with the simulation alone, they were able to gain significantly greater amount of subject knowledge when they received metacognitive support (explicit instruction; SE) for the discovery process than when they received only procedural guidance (implicit instruction: SI). However, this additional scaffolding was not enough to reach the level of the students in the combination environment (CI and CE). A surprising finding in Study II was that instructional support had a different effect in the combination environment than in the simulation environment. In the combination environment explicit instruction (CE) did not seem to elicit much additional gain for students’ understanding of electric circuits compared to implicit instruction (CI). Instead, explicit instruction slowed down the inquiry process substantially in the combination environment. Study III analyzed from video data learning processes of those 50 students that participated in experiment II (cf. Study II above). The focus was on three specific learning processes: cognitive conflicts, self-explanations, and analogical encodings. The aim of the study was to find out possible explanations for the success of the combination condition in Experiments I and II. The video data provided clear evidence about the benefits of studying with the real and virtual circuits simultaneously (the combination conditions). Mostly the representations complemented each other, that is, one representation helped students to interpret and understand the outcomes they received from the other representation. However, there were also instances in which analogical encoding took place, that is, situations in which the slightly discrepant results between the representations ‘forced’ students to focus on those features that could be generalised across the two representations. No statistical differences were found in the amount of experienced cognitive conflicts and self-explanations between simulation and combination conditions, though in self-explanations there was a nascent trend in favour of the combination. There was also a clear tendency suggesting that explicit guidance increased the amount of self-explanations. Overall, the amount of cognitive conflicts and self-explanations was very low. The aim of the Study IV was twofold: the main aim was to provide an aggregated overview of the learning outcomes of experiments I and II; the secondary aim was to explore the relationship between the learning environments and students’ prior domain knowledge (low and high) in the experiments. Aggregated results of experiments I & II showed that on average, 91% of the students in the combination environment scored above the average of the laboratory environment, and 76% of them scored also above the average of the simulation environment. Seventy percent of the students in the simulation environment scored above the average of the laboratory environment. The results further showed that overall students seemed to benefit from combining simulations and laboratories regardless of their level of prior knowledge, that is, students with either low or high prior knowledge who studied circuits in the combination environment outperformed their counterparts who studied in the laboratory or simulation environment alone. The effect seemed to be slightly bigger among the students with low prior knowledge. However, more detailed inspection of the results showed that there were considerable differences between the experiments regarding how students with low and high prior knowledge benefitted from the combination: in Experiment I, especially students with low prior knowledge benefitted from the combination as compared to those students that used only the simulation, whereas in Experiment II, only students with high prior knowledge seemed to benefit from the combination relative to the simulation group. Regarding the differences between simulation and laboratory groups, the benefits of using a simulation seemed to be slightly higher among students with high prior knowledge. The results of the four empirical studies support the hypothesis concerning the benefits of using simulation along with laboratory activities to promote students’ conceptual understanding of electricity. It can be concluded that when teaching students about electricity, the students can gain better understanding when they have an opportunity to use the simulation and the real circuits in parallel than if they have only the real circuits or only a computer simulation available, even when the use of the simulation is supported with the explicit instruction. The outcomes of the empirical studies can be considered as the first unambiguous evidence on the (additional) benefits of combining laboratory and simulation activities in science education as compared to learning with laboratories and simulations alone.

Muotoilun lisääminen teräskalusteisiin Salvagninin S4+P4 – linjan avulla

Diplomityössä tavoitteena on esitellä Salvagninin S4+P4–linjan ja työkalujen ominaisuuksia muotoilun lisäämiseksi teräskalusteisiin. Lähtökohtana on muotoilun ja massaräätälöinnin tehokkaampi lisääminen ja hyödyntäminen nykyisessä tuotevalikoimassa. Teoriaosuudessa käydään lyhyesti läpi ohutlevyjen valmistukseen liittyvät kriittiset rajoitukset levytyökeskuksella. Teoriaosuudessa esitellään laajemmin Salvagninin–linjan ja työkalujen ominaisuuksia ja rajoituksia sekä vertaillaan linjan eroja perinteisiin revolverilevytyökeskuksiin. Lisäksi pohditaan muiden kriittisten työvaiheiden asettamia rajoituksia tuotteiden muotoilun lisäämiseksi. Käytännön osuudessa esitetään teollisten muotoilijoiden suunnitelmat uusiksi ovimalleiksi. Uusien tuotteiden valmistuksesta esitellään tehdyt testiajot ja niiden pohjalta kuvataan arvioinnit niiden valmistettavuudesta. Diplomityön tuloksena syntyi uusien ovimallien kustannustehokkaat ja Salvagninin– linjaan optimoidut valmistusohjeet. Tutkimustulosten mahdollisuuksien lisäksi esitettiin myös eräitä jatkokehitysehdotuksia uusien tuotteiden suunnitteluun.

Assessing the Environmental Value of Water Treatment Solutions in the Mining Industry

Environmental accountability has become a major source of competitive advantage for industrial companies, because customers consider it as relevant buying criterion. However, in order to leverage their environmental responsibility, industrial suppliers have to be able to demonstrate the environmental value of their products and services, which is also the aim of Kemira, a global water chemistry company considered in this study. The aim of this thesis is to develop a tool which Kemira can use to assess the environmental value of their solutions for the customer companies in mining industry. This study answers to questions on what kinds of methods to assess environmental impacts exist, and what kind of tool could be used to assess the environmental value of Kemira’s water treatment solutions. The environmental impacts of mining activities vary greatly between different mines. Generally the major impacts include the water related issues and wastes. Energy consumption is also a significant environmental aspect. Water related issues include water consumption and impacts in water quality. There are several methods to assess environmental impacts, for example life cycle assessment, eco-efficiency tools, footprint calculations and process simulation. In addition the corresponding financial value may be estimated utilizing monetary assessment methods. Some of the industrial companies considered in the analysis of industry best practices use environmental and sustainability assessments. Based on the theoretical research and conducted interviews, an Excel based tool utilizing reference data on previous customer cases and customer specific test results was considered to be most suitable to assess the environmental value of Kemira’s solutions. The tool can be used to demonstrate the functionality of Kemira’s solutions in customers’ processes, their impacts in other process parameters and their environmental and financial aspects. In the future, the tool may be applied to fit also Kemira’s other segments, not only mining industry.

Correlation between the Alvarado Scale and the macroscopic aspect of the appendix in patients with appendicitis

Objective: To evaluate the possible association between the scale of Alvarado (EA) and macroscopic appearance (MA) of the appendix in patients with acute appendicitis.Methods: after receiving the diagnosis of acute appendicitis, EA data were collected. During appendectomy, MA data were collected. Data from patients without appendicitis were excluded. The Spearman correlation test was used to compare EA with Appendix MA (p < 0.05). Other variables were represented by simple frequency. The confidence interval (CI) of 95% was calculated for the correlation test.Results: Data were collected from 67 consecutive patients. The mean age was 37.1 ± 12.5 years and 77.6% of patients were male. The Spearman correlation test used for EA and MA was + 0.77 (95% CI 0.65-0.85, p < 0.0001).Conclusion: although correlation was not perfect, our data indicate that a high score on the scale of Alvarado in patients with appendicitis is correlated with advanced stages of the inflammatory process of acute appendicitis.

Power cycling lifetime estimation of IGBT power modules based on chip temperature modeling

In this doctoral thesis, methods to estimate the expected power cycling life of power semiconductor modules based on chip temperature modeling are developed. Frequency converters operate under dynamic loads in most electric drives. The varying loads cause thermal expansion and contraction, which stresses the internal boundaries between the material layers in the power module. Eventually, the stress wears out the semiconductor modules. The wear-out cannot be detected by traditional temperature or current measurements inside the frequency converter. Therefore, it is important to develop a method to predict the end of the converter lifetime. The thesis concentrates on power-cycling-related failures of insulated gate bipolar transistors. Two types of power modules are discussed: a direct bonded copper (DBC) sandwich structure with and without a baseplate. Most common failure mechanisms are reviewed, and methods to improve the power cycling lifetime of the power modules are presented. Power cycling curves are determined for a module with a lead-free solder by accelerated power cycling tests. A lifetime model is selected and the parameters are updated based on the power cycling test results. According to the measurements, the factor of improvement in the power cycling lifetime of modern IGBT power modules is greater than 10 during the last decade. Also, it is noticed that a 10 C increase in the chip temperature cycle amplitude decreases the lifetime by 40%. A thermal model for the chip temperature estimation is developed. The model is based on power loss estimation of the chip from the output current of the frequency converter. The model is verified with a purpose-built test equipment, which allows simultaneous measurement and simulation of the chip temperature with an arbitrary load waveform. The measurement system is shown to be convenient for studying the thermal behavior of the chip. It is found that the thermal model has a 5 C accuracy in the temperature estimation. The temperature cycles that the power semiconductor chip has experienced are counted by the rainflow algorithm. The counted cycles are compared with the experimentally verified power cycling curves to estimate the life consumption based on the mission profile of the drive. The methods are validated by the lifetime estimation of a power module in a direct-driven wind turbine. The estimated lifetime of the IGBT power module in a direct-driven wind turbine is 15 000 years, if the turbine is located in south-eastern Finland.