Taajuusmuuttajaohjattu kestomagneettitahtikone opetuslaboratoriokäytössä

Kestomagneettien kehittyminen on mahdollistanut sähkökoneen rakentamisen perinteisistä menetelmistä poiketen ja on samalla luonut uudenlaisia ominaisuuksia ja käyttökohteita. Erityisesti kestomagneettitahtikone (PMSM) on kasvattanut suosiota hyvän hyötysuhteen ja luotettavuuden myötä. Työssä esitellään kestomagneettitahtikonetta sen rakenteen ja toimintaperiaatteen avulla. Tarkastellaan kestomagneettien kehitystä ja tulevaisuuden näkymiä. Perehdytään myös taajuusmuuttajaan, mitä käytetään yleensä kestomagneettitahtikoneen ohjaukseen. Lisäksi esitetään taajuusmuuttajan erilaisia säätötapoja. Työn kokeellisessa osuudessa yliopiston opetuslaboratorioon kehitetään koneikko, jonka avulla tutkitaan kestomagneettitahtikoneen toimintaan osana sähkökäyttöä. Työn tavoitteena on selvittää PMSM:n ominaisuuksia sekä suunnitella sähkötekniikan työkurssille soveltuva mittaussarja, mikä johdattaa opiskelijat tässä työssä käsiteltyihin aihealueisiin.

Lean Accounting

Lean-filosofian keskeinen ajatus on tuottaa asiakkaalle enemmän arvoa vähentämällä turhuuksia tuotannosta. Keskeisessä roolissa lean-filosofiassa ovat arvo, arvovirta, flow, pull ja täydellisyys. Lean accounting on lean-tuotantofilosofiaa tukeva työkalu ja sen avulla voidaan kehittää sekä seurata lean-tuotantoa. Lean accountingissa tuotetaan selkeitä ja yksinkertaisia raportteja, joita koko organisaatio voi ymmärtää. Oleellista lean accountingissa on keskittyä yhden tuotteen kannattavuuden sijaan koko arvovirran kannattavuuteen. Tässä kandidaatintyössä käsitellään lean accountingia yleisesti. Työssä perehdytään perinteisen laskentatoimen ongelmiin lean-tuotannossa sekä esitellään sopivia työkaluja ja menetelmiä, jotka sopivat lean-yritykselle. Työssä on haasteltu Suomessa toimivia lean-yrityksiä heidän lean accounting ja lean-työkalujen tuntemuksesta. Työn tärkeyttä korostaa se, että lean accounting on huonosti tunnettu. Useat yritykset hyödyntävät lean-tuotantoa, mutta hyöty saattaa jäädä huomaamatta ilman lean accountingia. Lean accounting on havaittu hyväksi menetelmäksi ja siitä voi olla apua lean-yrityksille.

Electrical Machine Product Development; Transmission to Lean Approach

The requirements set by the market for electrical machines become increasingly demanding requiring more sophisticated technological solutions. Companies producing electrical ma-chines are challenged to develop machines that provide competitive edge for the customer for example through increased efficiency, reliability or some customer specific special requirement. The objective of this thesis is to derive a proposal for the first steps to transform the electrical machine product development process of a manufacturing company towards lean product development. The current product development process in the company is presented together with the processes of four other companies interviewed for the thesis. On the basis of current processes of the electrical machine industry and the related literature, a generalized electrical machine product development process is derived. The management isms and –tools utilized by the companies are analyzed. Adoption of lean Pull-Event –reviews, Oobeya –management and Knowledge based product development are suggested as the initial steps of implementing lean product development paradigm in the manufacturing company. Proposals for refining the cur-rent product development process and increasing the stakeholder involvement in the development projects are made. Lean product development is finding its way to Finnish electrical machine industry, but the results will be available only after the methods have been implemented and adopted by the companies. There is some enthusiasm about the benefits of lean approach and if executed successfully it will provide competitive edge for the Finnish electrical machine industry.

Pumping system optimization tool

Pumping systems account for over 20 % of all electricity consumption in European industry. Optimization and correct design of such systems is important and there is a reasonable amount of unrealized energy saving potential in old pumping systems. The energy efficiency and therefore also the energy consumption of a pumping system heavily depends on the correct dimensioning and selection of devices. In this work, a graphical optimization tool for pumping systems is developed in Matlab programming language. The tool selects optimal pump, electrical motor and frequency converter for existing pumping process and calculates the life cycle costs of the whole system. The tool could be used as an aid when choosing the machinery and to analyze the energy consumption of existing systems. Results given by the tool are compared to the results of laboratory tests. The selection of pump and motor works reasonably well, but the frequency converter selection still needs development

Konversiosähköauton mitoitussuunnitelma

Sähköautojen tulemista on odotettu jo pitkään ja ne ovat potentiaalisia fossiilisilla polttoaineilla toimivien polttomoottoreiden korvaajia. Hybridiautoja on tullut markkinoille entistä enemmän ja ne osaltaan auttavat vähentämään fossiilisten polttoaineiden käyttöä. Sähköautot ovat toistaiseksi jääneet taka-alalle. Tässä työssä on tehty konversiosähköauton mitoitussuunnitelma museoikäiseen autoon. Työssä on mitoitettu kolme sähköisen voimansiirron pääkomponenttia sähkömoottori, taajuudenmuuttaja ja akusto. Mitoitussuunnitelma toimii hyvänä pohjana, jonka avulla konversiota voidaan alkaa rakentamaan.

Mecanismos da intoxicação do fígado de rato causada pelo gossipol

O fígado desempenha uma função central no metabolismo devido à sua interposição entre o trato digestivo e a circulação geral do organismo. Ele é também o principal órgão envolvido na biotransformação de substâncias exógenas (xenobióticos), com capacidade de converter compostos hidrofóbicos em hidrossolúveis, mais facilmente eliminados pelo organismo. O gossipol é uma substância fenólica tóxica presente na semente de algodão (Gossypium sp). Com o objetivo de estudar os mecanismos envolvidos na hepatotoxicidade do gossipol avaliou-se os seus efeitos no sistema antioxidante do fígado de ratos no que diz respeito ao estresse oxidativo e aspectos histopatológicos. Foram utilizados ratos machos da linhagem Wistar, separados em dois grupos, sendo que um recebeu óleo de canola (veículo, grupo Controle) e o outro recebeu gossipol na dosagem de 40 mg/kg de peso vivo do animal por 15 dias (grupo Tratado). O tratamento com gossipol promoveu alterações na atividade sérica das enzimas marcadoras de dano hepático e um significativo estresse oxidativo caracterizado pela diminuição nos níveis da glutationa reduzida (GSH) e consequente aumento da glutationa oxidada (GSSG), incluindo, ainda, danos à membrana plasmática e de organelas demonstrados pela peroxidação lipídica. O resultado da avaliação histopatológica demonstrou degeneração dos hepatócitos.

Kaksisuuntaisen DC/DC-hakkurin virtasäätö polttokennosovelluksessa

Ilmastonmuutos ja fossiilisten polttoaineiden ehtyminen ovat edesauttaneet uusiutuvien energialähteiden tutkimusta huomattavasti. Lisäksi alati kasvava sähköenergian tarve lisää hajautetun sähköntuotannon ja vaihtoehtoisten energialähteiden kiinnostavuutta. Yleisimpiä hajautetun sähköntuotannon energialähteitä ovat tuulivoima, aurinkovoima ja uutena tulokkaana polttokennot. Polttokennon kytkeminen sähköverkkoon vaatii tehoelektroniikkaa, ja yleensä yksinkertaisessa polttokennosovelluksessa polttokenno kytketään galvaanisesti erottavan yksisuuntaisen DC/DC-hakkurin ja vaihtosuuntaajan kanssa sarjaan. Polttokennon rinnalla voidaan käyttää akkua tasaamaan polttokennon syöttämää jännitettä, jolloin akun ja polttokennon väliin tarvitaan kaksisuuntainen DC/DC-hakkuri, joka pystyy siirtämään energiaa molempiin suuntiin. Tässä diplomityössä on esitetty kaksisuuntaisen DC/DC-hakkurin tilayhtälökeskiarvoistusmenetelmään perustuva malli sekä mallin perusteella toteutettu virtasäätö. Tutkittava hakkuritopologia on kokosilta-tyyppinen boost-hakkuri, ja säätömenetelmä keskiarvovirtasäätö. Työn tuloksena syntyi tilayhtälömalli kaksisuuntaiselle FB boost -hakkurille sekä sen tulokelan virran säätämiseen soveltuva säädin. Säädin toimii normaalitilanteissa hyvin, mutta erikoistilanteissa, kuten hakkurin tulojännitteen äkillisessä muutostilanteessa, vaadittaisiin tehokkaampi säädin, jolla saavutettaisiin nopeampi nousuaika ilman ylitystä ja oskillointia.

Morphometry of primary and secondary epidermal laminae in equine hoof

We studied the length of primary and secondary epidermal laminae of the toe and the lateral and medial quarters of horses, distributed into proximal, middle and distal thirds of the hooves. Eight limbs from adult crossbred horses, four females and four males, used to pull carts without pedal conditions. Fragments were taken from different regions of the hooves and subjected to conventional histological techniques. The samples were stained with hematoxylin-eosin and analyzed by light microscopy. The primary epidermal laminae were higher in the hooves of forelimbs compared to hindlimbs in the proximal and middle thirds and the regions of the medial quarter and toe. The secondary laminae were higher in forelimb of the middle third and medial quarter. Comparing the length of the epidermal laminae between hoof parts, it was seen that the primary laminae are lower in the proximal third and higher in the toe, while the secondary laminae are lower in the proximal third and medial quarter. The results suggested that the morphology of the laminae in the different regions of the hooves is influenced through the work performed by the animal, as well as through the different distribution of forces.

The Role of Universities in the Triple Helix model of innovation management within the biotechnology industry, Case example: Turku Science Park Network

Biotechnology has been recognized as the key strategic technology for industrial growth. The industry is heavily dependent on basic research. Finland continues to rank in the top 10 of Europe's most innovative countries in terms of tax-policy, education system, infrastructure and the number of patents issued. Regardless of the excellent statistical results, the output of this innovativeness is below acceptable. Research on the issues hindering the output creation has already been done and the identifiable weaknesses in the Finland's National Innovation system are the non-existent growth of entrepreneurship and the missing internationalization. Finland is proven to have all the enablers of the innovation policy tools, but is lacking the incentives and rewards to push the enablers, such as knowledge and human capital, forward. Science Parks are the biggest operator in research institutes in the Finnish Science and Technology system. They exist with the purpose of speeding up the commercialization process of biotechnology innovations which usually include technological uncertainty, technical inexperience, business inexperience and high technology cost. Innovation management only internally is a rather historic approach, current trend drives towards open innovation model with strong triple helix linkages. The evident problems in the innovation management within the biotechnology industry are examined through a case study approach including analysis of the semi-structured interviews which included biotechnology and business expertise from Turku School of Economics. The results from the interviews supported the theoretical implications as well as conclusions derived from the pilot survey, which focused on the companies inside Turku Science Park network. One major issue that the Finland's National innovation system is struggling with is the fact that it is technology driven, not business pulled. Another problem is the university evaluation scale which focuses more on number of graduates and short-term factors, when it should put more emphasis on the cooperation success in the long-term, such as the triple helix connections with interaction and knowledge distribution. The results of this thesis indicated that there is indeed requirement for some structural changes in the Finland's National innovation system and innovation policy in order to generate successful biotechnology companies and innovation output. There is lack of joint output and scales of success, lack of people with experience, lack of language skills, lack of business knowledge and lack of growth companies.

Taajuusmuuttaja aktiivisesti säädetyn magneettilaakerin virtalähteenä

Työssä tutkitaan mahdollisuutta hyödyntää sähkömoottorien nopeudensäätöön suunniteltuja kaupallisia taajuusmuuttajia osana aktiivisesti säädetyn magneettilaakeroinnin säätöjärjestelmää. Magneettilaakerijärjestelmän ohjaamiseksi tarvitaan vahvistin, jonka tehtävänä on muuntaa paikkasäätöjärjestelmältä tuleva ohjearvo virraksi, jännitteeksi tai magneettivuoksi voiman tuottamiseksi laakerikäämityksellä. Nykyaikaiset modernit taajuusmuuttajat mahdollistavat säätöalgoritmien suorittamisen sekä liitynnän muuhun automaatiojärjestelmään kenttäväylien kautta. Tämän järjestelmäintegraation myötä olisi mahdollista rakentaa modulaarinen säätöjärjestelmä hyödyntäen luotettavaksi todettuja teollisuusautomaatiotuotteita vain muutamalla itse magneettilaakerijärjestelmään liittyvällä tuotteella. Haluttaessa hyödyntää kolmivaiheinen taajuusmuuttaja mahdollisimman tehokkaasti magneettilaakerin teholähteenä tulee laakerikäämityksien kytkeytymistä taajuusmuuttajaan tarkastella tarkemmin. Kirjallisuustutkimuksessa keskitytään taajuusmuuttajan tehokytkimien muodostaman vaihtosuuntaajan eri rakennevaihtoehtojen sekä virtasäädön dynaamisten ominaisuuksien tarkasteluun. Soveltuvien rakennevaihtoehtojen sekä virtasäädön suorituskyky todennetaan simuloinnein ja lopuksi todellisella koelaitteistolla. Magneettilaakeroinnilla varustetun sähkökoneen roottorin onnistunut leijuttaminen viiden vapausasteen suhteen paikkasäädettynä sekä mittauksien tulokset osoittavat, ettei taajuusmuuttajien järjestelmäarkkitehtuurista löydy merkittäviä esteitä muuttajien hyödyntämiseksi magneettilaakerisovelluksissa.

Hajautettuun ryhmitykseen soveltuva tilannekuvajärjestelmä : näkökulmana viestihuoltokomppania

Tutkimuksen tarkoituksena on selvittää laajalla maantieteellisellä alueella hajautetusti toi-mivan joukon tilannekuvan muodostumista viestihuoltokomppaniaan näkökulmasta. Tut-kimuksen pääkysymys on: Mikä tilannekuvajärjestelmistä on soveltuvin viestihuoltokomp-panian käyttöön? Arvioinnissa otetaan huomioon vaihtoehtoisten tiedonsiirtotapojen käytön vaatimus sotilaallisessa toimintaympäristössä. Tutkimuksessa vaatimusmäärittely on koko-naisuus, jolla saadaan tuloksia monisyisen prosessin kautta. Yleiskuvauksen laatiminen toteutetaan kirjallisuustutkimuksella. Vaatimusten ja havaintojen kerääminen toteutetaan lomakekyselynä. Jäsentelyyn, muokkaukseen ja vertailuun käytetään laadullista tarkastelua, kirjallisuusselvitystä ja vertailua. Tietotekniikan käyttämisen tulisi vapauttaa resursseja tietomassojen rutiininomaisesta käsit-telystä ymmärryksen luomiseen ja päätöksen tekoon. Tiedon lähettäminen laitteelta toiselle edellyttää niiden yhdistämistä toisiinsa. Verkkojen topologioista käsitellään keskeiset (väy-lä, rengas ja tähti). Verkkoratkaisuista käsitellään kolme yleisintä (asiakas-palvelin-, push- ja vertais-verkko). Siirtotiet jaetaan kahteen ryhmään. Johdollisten siirtoteiden toteutuksesta käsitellään kolme päätyyppiä (koaksiaalikaapeli, parikaapeli ja optiset kuidut). Langattomi-en siirtoteiden toteutuksesta käsitellään neljä päätyyppiä (kaupalliset matkaviestimet, TET-RA-tekniikka, kenttäradiot ja radiolinkit). VHK:n vaatimusmäärittelyssä esiin nousi kolme kokonaisuutta. Hajautus arvioi järjestel-män käyttöä ja sen ulottuvuutta. Turvallisuus arvioi järjestelmän toimivuuden ja teknisten ratkaisujen turvallisuutta. Käyttö arvioi järjestelmän käyttämisen helppouteen ja teknisten ratkaisujen saatavuuteen liittyviä seikkoja. Vaatimusmäärittelyn kautta varsinaiseen vertai-luun valittiin neljä järjestelmää. CORE-järjestelmän kehittäminen ja kuvaus ovat hyvät. Irisweb on jo lähtökohtaisesti suun-niteltu toimintaympäristöltään vastaamaan niihin tarpeisiin, joita VHK:lla on, joten toimin-not vastaavat tarpeita hyvin. MATI sisältää käytössä testatun, kestävän ja nopeasti käyt-töönotettavan kokonaisuuden. Eri järjestelmien tekniset ratkaisut pohjautuvat paljon samoi-hin tekniikoihin, osalla on sama tiedonsiirtoalusta. Järjestelmien soveltuvuus eri osa-alueisiin vaihteli. Tutkimuksen tuloksena soveltuvin järjestelmä on MATI. Tulevaisuudessa eriytyvien järjestelmien sulauttaminen ja niiden parhaiden ominaisuuksien yhdistäminen näyttäisi olevan ainoa suunta. COTS-tekniikan käyttäminen ja SOA suunnit-telun pohjana ohjaavat kehitystä kohti verkostokeskeisyyttä.

Development of porous glass-fiber reinforced composite for bone implants. Evaluation of antimicrobial effect and implant fixation

Cranial bone reconstructions are necessary for correcting large skull bone defects due to trauma, tumors, infections and craniotomies. Traditional synthetic implant materials include solid or mesh titanium, various plastics and ceramics. Recently, biostable glass-fiber reinforced composites (FRC), which are based on bifunctional methacrylate resin, were introduced as novel implant solution. FRCs were originally developed and clinically used in dental applications. As a result of further in vitro and in vivo testing, these composites were also approved for clinical use in cranial surgery. To date, reconstructions of large bone defects were performed in 35 patients. This thesis is dedicated to the development of a novel FRC-based implant for cranial reconstructions. The proposed multi-component implant consists of three main parts: (i) porous FRC structure; (ii) bioactive glass granules embedded between FRC layers and (iii) a silver-polysaccharide nanocomposite coating. The porosity of the FRC structure should allow bone ingrowth. Bioactive glass as an osteopromotive material is expected to stimulate the formation of new bone. The polysaccharide coating is expected to prevent bacterial colonization of the implant. The FRC implants developed in this study are based on the porous network of randomly-oriented E-glass fibers bound together by non-resorbable photopolymerizable methacrylate resin. These structures had a total porosity of 10–70 volume %, of which > 70% were open pores. The pore sizes > 100 μm were in the biologically-relevant range (50-400 μm), which is essential for vascularization and bone ingrowth. Bone ingrowth into these structures was simulated by imbedding of porous FRC specimens in gypsum. Results of push-out tests indicated the increase in the shear strength and fracture toughness of the interface with the increase in the total porosity of FRC specimens. The osteopromotive effect of bioactive glass is based on its dissolution in the physiological environment. Here, calcium and phosphate ions, released from the glass, precipitated on the glass surface and its proximity (the FRC) and formed bone-like apatite. The biomineralization of the FRC structure, due to the bioactive glass reactions, was studied in Simulated Body Fluid (SBF) in static and dynamic conditions. An antimicrobial, non-cytotoxic polysaccharide coating, containing silver nanoparticles, was obtained through strong electrostatic interactions with the surface of FRC. In in vitro conditions the lactose-modified chitosan (chitlac) coating showed no signs of degradation within seven days of exposure to lysozyme or one day to hydrogen peroxide (H2O2). The antimicrobial efficacy of the coating was tested against Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa. The contact-active coating had an excellent short time antimicrobial effect. The coating neither affected the initial adhesion of microorganisms to the implant surface nor the biofilm formation after 24 h and 72 h of incubation. Silver ions released to the aqueous environment led to a reduction of bacterial growth in the culture medium.

Fracture modes and acoustic emission characteristics of hydrogen-assisted cracking in high-strength low-alloy steel weldment

The aim of the present paper is to study the relationship between the fracture modes in hydrogen-assisted cracking (HAC) in microalloied steel and the emission of acoustic signals during the fracturing process. For this reason, a flux-cored arc weld (FCAW) was used in a high-strength low-alloy steel. The consumable used were the commercially available AWS E120T5-K4 and had a diameter of 1.6 mm. Two different shielding gases were used (CO2 and CO2+5% H2) to obtain complete phenomenon characterization. The implant test was applied with three levels of restriction stresses. An acoustic emission measurement system (AEMS) was coupled to the implant test apparatus. The output signal from the acoustic emission sensor was passed through an electronic amplifier and processed by a root mean square (RMS) voltage converter. Fracture surfaces were examined by scanning electron microscopy (SEM) and image analysis. Fracture modes were related with the intensity, the energy and the number of the peaks of the acoustic emission signal. The shielding gas CO2+5% H2 proved to be very useful in the experiments. Basically, three different fracture modes were identified in terms of fracture appearance: microvoid coalescence (MVC), intergranular (IG) and quasi-cleavage (QC). The results show that each mode of fracture presents a characteristic acoustic signal.

Tooth-Coil Permanent Magnet Synchronous Machine Design for Special Applications

This doctoral thesis presents a study on the design of tooth-coil permanent magnet synchronous machines. The electromagnetic properties of concentrated non-overlapping winding permanent magnet synchronous machines, or simply tooth-coil permanent magnet synchronous machines (TC-PMSMs), are studied in details. It is shown that current linkage harmonics play the deterministic role in the behavior of this type of machines. Important contributions are presented as regards of calculation of parameters of TC-PMSMs,particularly the estimation of inductances. The current linkage harmonics essentially define the air-gap harmonic leakage inductance, rotor losses and localized temporal inductance variation. It is proven by FEM analysis that inductance variation caused by the local temporal harmonic saturation results in considerable torque ripple, and can influence on sensorless control capabilities. Example case studies an integrated application of TC-IPMSMs in hybrid off-highway working vehicles. A methodology for increasing the efficiency of working vehicles is introduced. It comprises several approaches – hybridization, working operations optimization, component optimization and integration. As a result of component optimization and integration, a novel integrated electro-hydraulic energy converter (IEHEC) for off-highway working vehicles is designed. The IEHEC can considerably increase the operational efficiency of a hybrid working vehicle. The energy converter consists of an axial-piston hydraulic machine and an integrated TCIPMSM being built on the same shaft. The compact assembly of the electrical and hydraulic machines enhances the ability to find applications for such a device in the mobile environment of working vehicles.Usage of hydraulic fluid, typically used in working actuators, enables direct-immersion oil cooling of designed electrical machine, and further increases the torque- and power- densities of the whole device.

Aktiivisen verkkosillan tuottaman yhteismuotoisen jännitteen vaimentaminen kaksitasoisessa, jännitevälipiirillisessä, taajuusmuuttajatopologiassa

Pulssinleveysmoduloidun vaihtosuuntaajan hyötysuhteen parantaminen ja kytkentätaajuuden suurentaminen ovat johtaneet lähtöjännitteen suuritaajuiseen taajuussisältöön kaksitasoisessa, jännitevälipiirillisessä taajuusmuuttajatopologiassa. Kasvava tarve siirtää tehoa myös verkkoon päin on lisännyt aktiivisen verkkosillan käyttöä. Kaksitasoisen aktiivisen verkkosillan vaikutuksesta DC-välipiirin keskipisteen ja kolmivaiheisen kuorman tähtipisteen välinen jännite on nollasta poikkeava aiheuttaen suurentuneen yhteismuotoisen jännitteen taajuusmuuttajan lähtöön ja verkon puolelle. Lisäksi yhteismuotoisten jännitteiden aiheuttamat kytkentätaajuiset häiriövirrat voivat aiheuttaa vikavirtasuojien tahatonta laukeamista, vaikeuttaa EMC-standardien vaatimusten täyttämistä, lisätä moottorin käämieristyksien rasitusta ja mahdollisuutta moottorin laakerivaurioille. Diplomityössä tutkitaan aktiivisen ja passiivisen verkkosillan tuottamaa yhteismuotoista jännitettä simuloinneilla. Esitellään aikaisempaa tutkimustietoa yhteismuotoisen jännitteen ja virran vaimennusratkaisuista aktiivista verkkosiltaa käytettäessä. Tutkimustiedon pohjalta suunnitellaan koelaitteistolle soveltuva suodin. Suotimen toiminta testataan simuloinnein sekä kokeellisin mittauksin. Tehdyt mittaukset osoittavat, että suunniteltu suodin vaimentaa yhteismuotoista jännitettä noin 20 dB verkkosillan kytkentätaajuudella ja tämän jälkeen yli 20 dB/dekadi taajuuteen 100 kHz asti. Lisäksi yhteismuotoisen virran suuruus syöttökaapelin kautta pieneni ehdotetun suotimen vaikutuksesta.