<p>In this Master thesis, microwave connections between circuit boards are constructed. The primary frequency band is the X-band (8-12 GHz). The purpose of the connections is to enable a more simple and cheaper way of mounting the circuit boards inside a container. </p><p>The connections have been designed and evaluated, using different computer programs. A few prototypes have been built and measured. </p><p>The main goal of this Master thesis was to design a connection, that would be useful in practice. The connections should be easy to manufacture and have a good performance. They should also have a high tolerance for manufacturing errors. </p><p>The main part of this report contains descriptions of different designs. The designs are presented together with simulated and measured results. </p><p>The report contains designs based upon coplanar waveguides and a phase shifting technique. The result shows that designs that are using coplanar waveguides are good. The phase shifting technique has some limitations and need to be developed further.</p>

In this Master thesis, microwave connections between circuit boards are constructed. The primary frequency band is the X-band (8-12 GHz). The purpose of the connections is to enable a more simple and cheaper way of mounting the circuit boards inside a container. The connections have been designed and evaluated, using different computer programs. A few prototypes have been built and measured. The main goal of this Master thesis was to design a connection, that would be useful in practice. The connections should be easy to manufacture and have a good performance. They should also have a high tolerance for manufacturing errors. The main part of this report contains descriptions of different designs. The designs are presented together with simulated and measured results. The report contains designs based upon coplanar waveguides and a phase shifting technique. The result shows that designs that are using coplanar waveguides are good. The phase shifting technique has some limitations and need to be developed further.

Geomagnetic disturbances that result from solar activities can affect technological systems such as power networks. They may cause DC currents in power networks and saturation of the core in power transformers that leads to destruction in the transformer performance. This phenomena result in unwanted influences on power transformers and the power system. Very asymmetric magnetization current, increasing losses and creation of hot spots in the core, in the windings, and the metallic structural parts are adverse effects that occur in transformers. Also, increasing demand of reactive power and malfunction of protective relays menaces the power network stability. Damages in large power transformers and blackouts in networks have occurred due to this phenomenon. Hence, studies regarding this subject have taken the attention of researchers during the last decades. However, a gap of a comprehensive analysis still remains. Thus, the main aim of this project is to reach to a deep understanding of the phenomena and to come up with a solution for a decrease of the undesired effects of GIC. Achieving this goal requires an improvement of the electromagnetic models of transformers which include a hysteresis model, numerical techniques, and transient analysis. In this project, a new algorithm for digital measurement of the magnetic materials is developed and implemented. It enhances the abilities of accurate measurements and an improved hysteresis model has been worked out. Also, a novel differential scalar hysteresis model is suggested that easily can be implemented in numerical methods. Two and three dimensional finite element models of various core types of power transformers are created to study the effect of DC magnetization on transformers. In order to enhance the numerical tools for analysis of low frequency transients related to power transformers and the network, a novel topological based time step transformer model has been outlined. The model can employ a detailed magnetic circuit and consider nonlinearity, hysteresis and eddy current effects of power transformers. Furthermore, the proposed model can be used in the design process of transformers and even extend other application such as analysis of electrical machines. The numerical and experimental studies in this project lead to understanding the mechanism that a geomantic disturbance affects power transformers and networks. The revealed results conclude with proposals for mitigation strategies against these phenomena. / <p>QC 20150210</p>

Transportsektorn domineras idag av fossila drivmedel som påverkar miljön negativt. Alternativen till fossila drivmedel är el och gas i form av bio- och vätgas. För att kunna ha en fordonsfriflotta helt oberoende av fossila drivmedel 2030 som är ett av Sveriges miljömål kommer elnätet bära ett mycket stort ansvar. Syftet med detta arbete var att ge Eskilstuna Energi och Miljö (EEM) information om hur det befintliga elnätet skulle klara högre ställda krav vid effektuttag i form av laddkontakter hos privatpersoner. Arbetet grundar sig i en ordentlig analys av data i det befintliga elnätet och med hjälp av programmet Trimble NIS simulerades flera tänkbara scenarier med högre effektuttag, simuleringarna gjordes med trefaseffekter, 4,1 kW, 7 kW, 11 kW och en sammanlagringseffekt på 80 % vid 7 kW. Totalt tre olika nätstationer simulerades och studerades. Efter simuleringarna erhölls data för strömstyrka i fördelningskablarna och hushållsströmmarna. En känslighetsanalys gjordes för att få ett så nära genomsnittligt värde hur körsträckorna för medelpersonen förändras, analysen gjordes för 30 % ökning och 30 % minskning av den genomsnittliga körsträckan. I resultaten sammanställdes de tre nätstationerna tillsammans i grafer, för att få ett genomsnittligt och tydligt resultat. Resultaten visade att vid ett ökat effektuttag på 4,1 kW skulle 17 av 111 personer överstigit sin dåvarande huvudsäkring i strömstyrka, vid de högre simulerade effektuttagen ökade antalet hushåll som överskred huvudsäkringen. I fördelningsnätet med ett effektuttag på 4,1 kW påverkades 2 av 34 förlagda kablar negativt, dvs. de översteg maxgränsen av vad de hade klarat av. Vid effektuttag på 7 kW och sammanlagring på 80 % vid samma effekt påverkades 6 stycken och vid 11 kW påverkades 14 stycken av de totalt 34 stycken negativt. Samtliga transformatorer skulle klarat av strömstyrkan som skulle uppkommit vid effektuttag på 4,1 kW. Två av transformatorerna hade även klarat av effektuttag på 7 kW samt sammanlagringen på 80 % vid samma effekt, enbart en av de tre transformatorerna skulle klarat av samtliga effektuttag utan någon negativ påverkning. För att det befintliga nätet inte ska överbelastas vid installation av kontakter för elbilar får den uttagna trefaseffekten i varje hushåll inte överskrida 4,1 kW. Eftersom effektuttaget i hushållen inte är konstanta över ett dygn skulle en typ av effektreglering kunna möjliggöra högre effekter till laddningen. På nätter är oftast förbrukningen mindre och därför finns det mer utrymme till att ladda en bil på högre effekt än 4,1 kW. Tiden för att ladda sin bil för dagliga körsträckor varierar mellan drygt en timme till sex timmar. Sker laddningen under natten med en effekt som nätet klarar av är en omställning från fossil- till eldrivna fordon ett möjligt framtidsscenario.

This assignment is based on the tolerance problems that occur with the radial dimensions or RR-dimensions for the windings. The purpose is to identify the various parameters that affect said RR-dimensions and where these parameters originate from to be able to assure quality of the winding process. The RR-dimension has a tolerance of + 2,2 and - 1,1 mm, but it is only the positive tolerance that cause problems. The case study is based on a mixture of quantitative and qualitative methods. Quantitative data collections of dimensions for leaders and how the RR-measurement are affected by them, analysis of tolerances and how well they are adapted for their purpose. Qualitative observations, experiments and semi-structured interviews have also been conducted to gain a deeper understanding of the problem. The results show that tolerance problems originate from several different factors. The first factor is the debatable tolerance setting on some conductors, mainly the thin CTC conductors that do not have a high radial dimension. These conductors have tolerances that do not fill a purpose because it does not ensure the quality for the winding. The conductors need a tighter tolerance spectrum for the positive direction to be fully functional. The air gap that can occur between the conductors is also a cause of error. This stems from the fact that it is not possible to achieve a sufficiently high force when tensioning the disc. This can also occur from the uneven surface of the CTC-conductor that can create gaps. Another cause of error that affects the dimension is the number of turns for a disc. When a disc is wound with a high number of turns it will lead tothat the influencing factors have a higher amount of turns to effect on. This means that a small increase of the conductor's nominal dimension or small air gaps has a large impact on the overall RR-dimension. / För att kvalitetssäkra transformator- och reaktorlindningarna hos företaget Hitachi ABB skade utsatta toleranserna för varje lindning uppfyllas för att kunna fortsätta vidare i produktionslinan. Arbetet är grundat utifrån de förekommande variationerna hos lindningarnas mått i radiell riktning (RR-mått. Arbetets syfte är att undersöka Hitachi ABB:s lindningsproduktion för att finna de faktorer som ger upphov till måttvariationer hos RRmåttet. De identifierade faktorerna ska användas för att kvalitetssäkra företagets lindningsprocess. Färdigställt arbete ska användas som grund för företagets fortsatta arbetekring kvalitetssäkring. RR-måttet har en tolerans på + 2,2 och – 1,1 mm, däremot är detendast de variationer i positivt led där problem uppstår. Vid ett för högt mått genomförs enutredning för att se över om lindningen kan brukas ändå eller utifall de för höga måttet i radiell riktning påverkar prestandan samt montering. Arbetet är en fallstudie utfört med en blandning av kvantitativa och kvalitativa metoder. Denkvantitativa datainsamlingens syfte är att undersöka ledares mått i lindningar för att se hur RR-måttet påverkas måttsättning och varvantal. Den kvantitativa datainsamlingen genomför också analyser av toleranser och hur väl anpassade de är för sitt syfte. Kvalitativa observationer, experiment och halvstrukturerade interjuver har genomförts för att skapa en djupare förståelse kring problemet.Resultatet visar att de variationer som uppstår hos RR-måttet påverkas av flera olika faktorer.Variationer hos RR-måttet uppstår främst för lindningar där en CTC-ledare används. En påverkande faktor är toleransvidden för ledarna, främst för de tunna CTC-ledarna. Ledarna lindas runt varandra där ledarens mått staplas på varandra för att bilda ett RR-mått. För de tunna CTC-ledarna bör en mindre toleransvidd användas, mer specifikt en lägre positiv tolerans likt de platta ledarna för att kunna kvalitetssäkra lindningen. En annan påverkandefaktor är de luftspalter som uppstår mellan ledarna. Luftspalter härstammar ifrån att det integår att uppnå tillräckligt hög kraft vid spänning av en skiva alternativt från CTC-ledarens knöliga yta. Utöver dessa två faktorer har antalet lindade varv för en skiva en påverkan förtoleransstapling. Fler varv resulterar i att små måttavvikelser för ledare påverkar det totala måttet, vilket innebär att de luftspalter som kan uppstå blir fler när antalet varv ökar.

This master’s thesis is an introduction to the measurement of changes in tissue impedance of blood flow by impedance plethysmography. Other chapters deal with the kinds of plethysmographs and their principles. The aim is to draft four-electrode impedance plethysmograph to measure changes in tissue impedance depending on blood flow. First, describe the individual blocks of the medical instrument. The practical part of the master’s thesis involves circuit design four-electrode plethysmograph. Given that a very important role in its function plays a constant current source operating at a frequency of 60kHz, this subset was implemented and verified its correct function. To draw component schemes used program EAGLE version 5.10.0.

<p>U ovoj doktorskoj disertaciji prikazana je koncepcija, realizacija i potvrda nove metode<br />jednovremenog etaloniranja strujnih mernih transformatora sa dve različite merne<br />aparature. Pregledom stručne literature ne postoji podatak da je ova metoda ranije<br />primenjivana. U disertaciji su prikazane različite merne metode za ispitivanje i<br />etaloniranje mernih transformatora koje imaju primenu u savremenoj praksi i koje<br />podrazumevaju i različite merne mogućnosti. Takođe je i ekperimentalno potvrđeno<br />jednovremeno ispitivanje i etaloniranje strujnih mernih transformatora sa nekoliko<br />mernih aparatura koje su zasnovane na različitim metodama. Sprovedna istraživanja i<br />eksperimentalni rezultati pokazuju i potvrđuju niz prednosti ovakvog načina<br />etaloniranja. Detaljna analiza komponenti merne nesigurnosti pokazala je da se<br />primenom ove metode postiže poboljšanje merne nesigurnost etaloniranja za skoro red<br />veličine u odnosu na klasično pojedinačno etaloniranje sa dve različite merne<br />aparature. Analiza uticajnih veličina na mernu nesigurnost pokazuje da se po ovoj novoj<br />metodi etaloniranja eliminiše niz komponenti od kojih su najznačajnije: uticaj<br />nejednakosti referentnih struja i ispitnog opterećenja. Istraživanja su takođe pokazala<br />da jednovremena metoda osim što doprinosi podizanju tačnosti etaloniranja strujnih<br />transformatora, ima primenu i u etaloniranju mernih aparatura za ispitivanje tačnosti<br />mernih transformatora i interkonparaciji strujnih etalon transformatora. Kroz<br />konkretne primere realizovane u praksi, razmotreni su i prikazani načini etaloniranja<br />mernih aparatura za ispitivanje tačnosti ovom novom metodom. Interkomparacijom dva<br />merna sistema visoke klase tačnosti Nacionalnog merološkog instituta Kanade<br />(National Research Council Canada), od kojih je jedna razvijena u Elektrotehničkom<br />Institutu &quot;Nikola Tesla&quot;, pokazana je i prednost primene jednovremene metode u oblasti<br />primarne metrologije strujnih mernih transformatora.</p> / <p>The dissertation presents the concept, its realisation and verification of the new method<br />of simultaneous comparison of the current transformers by two different measuring<br />apparatus. It is shown by searching the literature, that this method has not been used<br />before. In this dissertation different measuring methods for testing and calibration of<br />current transformers, with their different measuring capabilities are presented. Most of<br />them have been used in recent practice. Furthermore, the experimental verification of<br />new simultaneous calibration method is presented. For this reason some measuring<br />apparatus based on different measuring methods were used. Conducted research and<br />experimental results confirmed a number of advantages of this calibration method.<br />Detailed analysis of the components of the uncertainty of measurements shown that<br />using simultaneous method uncertainty of measurements have been improved<br />comparing to method with two individual calibration by different apparatus. In that case<br />some of the measuring uncertainty components can be neglected. The most significant<br />is component caused by variation of referent current and component caused by variation<br />of burden. The research has also showed that simultaneous method can be used for<br />calibration of measuring apparatus for current transformer accuracy testing and their<br />inter-comparisons. The ways of calibration of apparatus for current transformer accuracy<br />testing are considered and presented, through concrete examples realized in practice.<br />A high-accuracy comparison of two NRC (National Research Council Canada)<br />calibration systems were carried out by new simultaneous method. One measuring<br />system is developed at Electrical Engineering institute Nicola Tesla, Belgrade.<br />Accordingly the advantage of simultaneous method applied at the primary metrology of<br />current transformer is verified.</p>

Exponering av det lågfrekventa ELF (Extremely low frequency) magnetfältet som genereras vid dagens elnät är något som är relativt nytt för människokroppen och den ökar ständigt i och med den tekniska utvecklingen. Eftersom det inte finns ett klart svar på hur fältet påverkar kroppen så tillämpas försiktighet för att hålla exponeringsnivåerna nere och försäkra sig om att ingen skada sker. Med hjälp av tidigare forskning inom området och uppmätta värden från olika anläggningar samt överslagsberäkningar har ett verktyg i Excel tagits fram för att kunna uppskatta magnituden av magnetfältet. Verktyget innehåller information om styrkan på magnetfältet från transformatorer, ställverk, elcentraler, kraftledningar och kanalskenor. Användaren skriver in ett antal parametrar för att få utdata om hur starkt magnetfältet är på olika avstånd ifrån källan. Detta presenteras i form av en tabell och en graf för respektive utrustning. Eftersom magnetfält alstras beroende på strömmens riktning, påverkar själva geometrin i olika elanläggningar magnetfältets styrka. För att beräkna exakta värden krävs då avancerade simuleringsprogram. Med detta verktyg kan projektörer redan vid ett tidigt skede uppskatta magnetfältet. / The exposure of ELF (Extremely low frequency) magnetic field generated by today’s electrical power system, is something that is relatively new to the human body and it is constantly increasing as more technology is developed. As there is no clear answer on how the field actually affects the body, a measure of caution is applied to ensure that the exposure levels are kept down to make sure no harm is done. With the help of previous research in the field, measured values from different locations and approximate calculations, a tool was developed in Excel to estimate the magnitude of the magnetic fields. The tool provides information about the magnitude of magnetic fields from transformers, switchgears, switchboards, powerlines and busbars. The user enters a number of parameters and the tool provides output data with the magnitude of the magnetic field at different distances from the source. This is presented in the form of a table and a graph for each equipment. Since the magnetic field is generated depending on the currents direction, the actual geometry of the electrical system needs to be taken in consideration when calculating the exact magnetic field. This requires an advanced simulation software to be accurate. With this tool, designers have the opportunity to estimate the magnetic fields at an early stage of development.

Exponering av det lågfrekventa ELF (Extremely low frequency) magnetfältet som genereras vid dagens elnät är något som är relativt nytt för människokroppen och den ökar ständigt i och med den tekniska utvecklingen. Eftersom det inte finns ett klart svar på hur fältet påverkar kroppen så tillämpas försiktighet för att hålla exponeringsnivåerna nere och försäkra sig om att ingen skada sker. Med hjälp av tidigare forskning inom området och uppmätta värden från olika anläggningar samt överslagsberäkningar har ett verktyg i Excel tagits fram för att kunna uppskatta magnituden av magnetfältet. Verktyget innehåller information om styrkan på magnetfältet från transformatorer, ställverk, elcentraler, kraftledningar och kanalskenor. Användaren skriver in ett antal parametrar för att få utdata om hur starkt magnetfältet är på olika avstånd ifrån källan. Detta presenteras i form av en tabell och en graf för respektive utrustning. Eftersom magnetfält alstras beroende på strömmens riktning, påverkar själva geometrin i olika elanläggningar magnetfältets styrka. För att beräkna exakta värden krävs då avancerade simuleringsprogram. Med detta verktyg kan projektörer redan vid ett tidigt skede uppskatta magnetfältet. / The exposure of ELF (Extremely low frequency) magnetic field generated by today’s electrical power system, is something that is relatively new to the human body and it is constantly increasing as more technology is developed. As there is no clear answer on how the field actually affects the body, a measure of caution is applied to ensure that the exposure levels are kept down to make sure no harm is done. With the help of previous research in the field, measured values from different locations and approximate calculations, a tool was developed in Excel to estimate the magnitude of the magnetic fields. The tool provides information about the magnitude of magnetic fields from transformers, switchgears, switchboards, powerlines and busbars. The user enters a number of parameters and the tool provides output data with the magnitude of the magnetic field at different distances from the source. This is presented in the form of a table and a graph for each equipment. Since the magnetic field is generated depending on the currents direction, the actual geometry of the electrical system needs to be taken in consideration when calculating the exact magnetic field. This requires an advanced simulation software to be accurate. With this tool, designers have the opportunity to estimate the magnetic fields at an early stage of development.

Examensarbetet har utforts pa uppdrag av enheten for Data- och Elektroteknik pa skolan for Teknik och Halsa, KTH. Denna studie om transformatorer omfattar deras funktioner och anvandningsomraden, hur de ar uppbyggda, hur karnan och lindningarna som ar transformatorns viktigaste delar ar uppbyggda, vilka materiel som anvands vid konstruktion av dessa samt vilka typer det finns av dem beskrivs i rapporten. Vidare beskrivs flera olika transformatortypers funktioner och anvandningsomraden. Eftersom en viktig del av studien varit pa vilka satt transformatorer kan utvecklas for okad miljovanlighet och livslangd gar rapporten igenom olika vegetabiliska oljor, vilka fordelar de har gentemot mineraloljor och vilka egenskaper de har samt pa vilket satt de ar skonsammare mot miljon. HVDC-enheter transformerar hoga spanningar fran vaxelspanning till likspanning for mindre resistiva forluster och darmed lagre energiforluster vilket i sin tur leder till en renare miljo. Teorigenomgangen av transformatorn ligger till grund for utformningen av en laboration for undervisningsbruk, bl.a. i en kurs om elkraftteknik som ges i hogskoleingenjorsprogrammet Elektroteknik pa KTH. / This degree project was carried out on behalf of the unit for Computer and Electrical engineering at the School of Technology and Health, KTH. This study about transformers, their function and uses, the way they’re built, how the core and windings, which are the most important parts of a transformer, are made and what kind of materials are used to make them. Several types of transformers and their functions are described. A crucial part of the study has been to search for different ways to develop transformers to make them environmentally safer and to increase their life-span. As such this work describes different transformer oils, what advantages and disadvantages they have compared to mineral oils, what properties they have and in what way they’re less harmful for the environment. HVDC units transform high voltages from Alternating Current to Direct Current to lessen the resistive losses and energy losses which lead to a cleaner environment. The theory examination of the transformer is the basis for the formation of a lab for educational use, among others in a course about electrical power that’s included in Bachelor of Science in Electrical Engineering at KTH.