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함침된 나노결정립 리본을 이용한 광대역 유도형 결합기 연구
A Study on Broadband Inductive Coupler using Impregnated Nanocrystalline Ribbon 원문보기

전기전자학회논문지 = Journal of IKEEE, v.23 no.2, 2019년, pp.599 - 605  

김현식 (Mattron Corp.) ,  주우진 (Mattron Corp.) ,  손경락 (Dept. of Electronics and Communications Engineering, Korea Maritime and Ocean University)

초록
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페라이트 코어는 연자성 재료로서 유도형 전력선 통신을 위한 결합기 제작에 사용되고 있다. 그러나 전력선 통신환경에 따라 크기를 자유롭게 조절하기 어려운 재료이다. 본 논문에서는 페라이트 보다 투자율이 높은 나노 결정립합금을 이용하여 광대역 전력선 통신용 유도형 결합기 재료로 적용할 수 있음을 보고한다. 나노결정립은 얇은 리본 형태로 제조되므로 토로이달 코어에 감긴 리본의 횟수로 결합기의 크기를 자유롭게 조절할 수 있다. 함침법으로 만든 코어를 이용하여 유도형 결합기를 제작하였고, 이를 비접촉식 전력선 통신용에 적용할 수 있음을 보여주었다. 실험결과 100 A 이하의 선로 전류변동 조건에서 통신거리 100 m 까지는 45 Mbps, 200 m 까지는 8 Mbps의 대역폭을 보였으며 수신율은 100 %이였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Ferrite cores are used as a soft magnetic material in the fabrication of couplers for inductive powerline communication (PLC). However, it is difficult to adjust the size freely according to the power-line and power-grid environment. In this paper, we report that a nano-crystalline alloy with higher...

주제어

#Inductive powerline communication   #nano-crystalline   #inductive coupler   #soft magnetic material   #   #Toroidal core  

표/그림 (11)

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 그러나 나노결정립 자심의 경우에도 페라이트와 유사한 전자기 특성을 보이지만 투자율이 높으므로 유도형 전력선 통신용 결합기로 적용할 수있다. 본 논문에서는 비접촉식 전력선 통신의 유도형 결합기로 응용하기 위한 나노 결정립 합금의 특성분석과 투자율 최적화를 위한 열처리 조건을 제시한다. 함침법으로 제작한 나노결정립 자심을 이용하여 유도형 결합기로 구현하였고 이를 전력선 통신에 적용하여 통신성능을 측정하였다.

가설 설정

  • 투자 율이 높은 자심의 삽입손실이 넓은 주파수 영역에서 더 작게 나타난다. 광대역 전력선 통신의 주파수 내역이 1-30 MHz이므로 금속계 자심인 나노 결정립 코어가 유도형 결합기에 더 효과적일 것이다.
  • 함침된 결합기의 삽입손실은 함침하지 않은 결합기에 비해 다소 감소한다. 함침 전 절단된 결합기의 단면은 매우 거칠지만 5분 이상 함침한 결합기는 절단면이 매끄럽다. 이는 절단면의 상태에 따라 결합 면의 밀착정도가 달라지므로 절단면의 거칠기가 결합기의 삽입손실에 영향을 준 것이다.
  • 현장에 적용 가능한 절단된 결합기의 삽입손실은 그림 6과 같다. 함침된 결합기의 삽입손실은 함침하지 않은 결합기에 비해 다소 감소한다. 함침 전 절단된 결합기의 단면은 매우 거칠지만 5분 이상 함침한 결합기는 절단면이 매끄럽다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
도넛형 나노 결정립 코어는 무엇인가? 본 논문에서 제안하는 도넛형 나노 결정립 코어는 비접촉 방식으로 통신 선로에 설치되는 결합기의 핵심 구성부품이다. 따라서 안정적인 전력선통 신에 필요한 광대역 결합기 개발이 필요하다.
재료 및 야금 분야에서 새로운 비평형 처리 방법을 개발하는 목적은 무엇인가? 재료 및 야금 분야에서는 기존 재료보다 강하고 단단하며 더 높은 온도에서 사용이 가능하면서도 가벼운 재료를 개발하거나 기존 재료의 성능을 향상시키기 위해 여러 가지 새로운 비평형 처리 방법을 개발하였다. 특히 금속을 액체 상태로부터 급속 응고시키게 되면 활성상태의 내부 원자들이 원자 고유의 규칙적인 결정 상태를 형성하는 결정질 금속이 된다는 것에 주목하였다[1].
결정질 금속의 방법으로 얻을 수 있었던 것은 무엇인가? 특히 금속을 액체 상태로부터 급속 응고시키게 되면 활성상태의 내부 원자들이 원자 고유의 규칙적인 결정 상태를 형성하는 결정질 금속이 된다는 것에 주목하였다[1]. 이는 물질을 준안정 상태로 변환시키는 방법으로 결정립계의 원자 비율이 원자 층 내부의 원자 비율보다 높거나 같을때 그 입자 크기를 수 나노미터의 아주 작은 값으로 줄일 수 있었으며, 이를 나노 결정 물질로 언급 하였다. 입자 크기가 10 마이크로미터 이상인 종래의 다결정 물질에 의해 나타나는 특성보다 상당히 우수한 특성을 갖는 것으로 나타나면서 나노결정 물질은 전력 전송에서부터 가전제품에 이르는 분야까지 낮은 코어 손실과 높은 포화 자속밀도를 가지는 자심 연구가 활발하다[2-4].
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참고문헌 (8)

  1. C. Surtanarayana, "Structure and properties of nanocrystalline materials," Bull. Mater. Sci., vol.17, no.4, pp.307-346, 1994. DOI: 10.1007/BF02745220 

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  2. H. S. Kim, S. Y. Nam, K. R. Sohn, "Characteristicsof legacy line communication using a high-current welding machine," Journal of the Korean Society of Marine Engineering, vol.41, no.6 pp.557-562, 2017. DOI: 10.5916/jkosme.2017.41.6.557 

    상세보기 crossref

  3. S. Tsuzuki and Y. Yamada, "Feasibility study of ubiquitous sensor networks by inductively coupled PLC over PV power systems," IEEE International Symposium on Power Line Communications and Its Applications (ISPLC), pp.274-279, 2015. DOI: 10.1109/ISPLC.2015.7147627 

  4. K. R. Sohn, K. H. Kim, S. U. Jeong, S. Y. Nam, and H. S. Kim, "Performance analysis of the powerline communication for condition monitoring system of an MW class offshore wind turbine's nacelle," J. Korean Navi. and Port Research, vol.40, no.3, pp.159-164, 2016. DOI: 10.5394/KINPR.2016.40.3.159 

    원문보기 상세보기 crossref

  5. J. Binkofski, "Influence of the properties of magnetic materials on the size and performance of PLC couplers," International Symposium on Power Line Communications and Its Applications, pp.281-284, 2005. 

  6. T. Filchev, F. Carastro, P. Wheeler, and J. Clare, "High voltage high frequency power transformer for pulsed power application," Proceedings of the 14th International Power Electronics and Motion Control Conference, pp.T6-165-T6-170, 2010. DOI: 10.1109/EPEPEMC.2010.5606517 

    crossref

  7. K. R. Sohn and S. G. Oh, "Characteristics of inductive coupling unit using toroidal core made of nano-crystalline soft magnetic material," J. Korean Soc. of Marine Engineering, vol.41, no.9 pp.872-877, 2017. DOI: 10.5916/jkosme.2017.41.9.872 

    상세보기 crossref

  8. S. Ito, "Basics of ferrite and noise countermeasures," http://product.tdk.com/en/products/emc/guidebook/eemc_basic_06.pdf 

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