지난 수십년동안 많은 자학자들에 의해 초고주파대에서 부성 임피던스를 갖는 반도체 소자들이 개발되어 왔으나 이 소자들은 진공관 소자에 비하여 매우 낮은 출력으로 동작되고 있다. 그러므로 본 논문에서는 절연된 반도체 위에 주기적인 복수 게이트를 가진 MOSFET를 제안하여 연구하였다. 채널에 인하여 게이트상에 전압분포를 유기하고 이와같이 게이트 사이에 야기된 전위차는 채널에서 캐리어의 속도 또는 전류밀도의 공간변조를 일으키게 됨을 입증하여 이 소자가 고출력의 초고주파용 소자로 동작할 수 있는 가능성을 연구한다.
본 논문에서는 시간영역 PMCHW 적분방정식을 이용하여 3차원 유전체로부터의 전자기 과도 응답을 해석하기 위한 새로운 해법을 제안한다. 이를 위하여 공간 및 시간 시험 과정으로 분리한 갤러킨 방법을 적용한다. 3차원 임의 형태의 유전체 표면을 삼각형으로 분할한 다음, 공간에 대한 등가전류의 전개 및 시험 함수로서 삼각형 벡터 함수를 사용한다. 시간영역의 미지 계수를 라게르 함수로부터 유도된 기저함수로 근사하며, 이 함수를 시간영역의 시험함수로도 사용한다. 제안된 방법에 의하여 계산된 유전체의 등가전류 및 원거리장의 수치 결과들을 보인다.
본 논문에서는 주택내 가전기기의 에너지 절약을 위해 재실 기반 스마트 플러그 시스템을 제안하였다. 스마트 플러그를 이용하여 가전기기별 실시간으로 소모되는 전류를 측정하고, 방문에 재실감지 센서를 부착하여 거주자의 공간 사용을 확인한다. 제안한 시스템은 사람이 없는 공간에서 불필요하게 동작되는 가전기기의 전원 공급을 차단하여 에너지를 절약한다. 실험을 통해 가전기기의 전류 사용량을 측정하고, 다수개의 재실 감지 센서를 통해 재실 유무를 확인하였다.
$Li_2B_4O_7$의 완화현상은 이온 깡총뛰기에 의한 것과, 공간전하에 의한 완화현상의 두 가지 종류가 나타나며 이들의 완화시간은 실온 이상에서 모두 $10^2sec$보다 짧은 것으로 보고되었다. 지금까지 논의되지 않은 매우 낮은 주파수 (mHz 혹은 Hz)에서 나타나는 완화현상을 관찰하기 위하여 $30{\sim}500^{\circ}C$ 온도영역에서 TSDC(Thermally Stimulated Depolarization Current) 특성에 관한 실험과 사각형 파의 바이어스 전압을 인가하였을 때의 유전특성 조사에 의하여 이온 및 전자 trap에 의한 완화특성을 논의하였다. TSDC 조사를 통하여 $Li_2B_4O_7$의 TSDC 전류곡선이 두 개의 anomaly를 갖고 있는 것으로 나타났다. TSDC 에서 나타난 anomaly는 공간전하보다 수천배나 더 긴 완화시간을 갖고 있는 것으로 밝혀졌으며 이 중 저온 쪽의 anomaly는 공간전하 층에 수입된 전자들이 양의 공간전하 층에 trap 되어 공간전하의 재 분포를 방해하는 역할을 하여 trap 되어 있던 전자와 이온이 서로 분리되면서 공간전하의 재 분포가 이루어지는 전도기구에 기인하는 것으로 여겨진다. 또한 고온쪽의 anomaly는 음의 전하운반자가 전극에 흡착되어 나타나는 완화 mechanism으로 생각된다.
고분자 절연재료에 전하주입시 발생하는 캐리어 트랩현상은 재료의 절연성을 저하시키는데 중요한 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 따라서 본 연구에서는 절연재료의 전기적 특성을 개선한다는 측면에서 캐리어의 거동을 파악하기 위해 내열성이 폴리프로필렌보다 우수한 이축 연신된 폴리프로필렌 필름(두께 $50\mu\textrm{m}$)을 선정하여 전계변화에 따른 열자격전류 스펙트라를 분석 검토하였다. 온도범위 303~413[K]와 전계범위 2~80[㎹/m]에서 열자격 전류의 변화를 살펴본 결과 전계 12[㎹/m]이하에서는 전하주입의 효과가 관찰되지 않았으나 전계가 점점 높아지면 트랩된 공간전하와 전극으로부터 주입된 공간전하가 형성되어 Hetero 및 Homo성 열자격전류 스펙트라가 나타나며 이는 결국 절연파괴를 야기시키는 것으로 예측되어진다. 또한 이축 연신된 시료가 미연신 재료보다 우수한 절연특성을 가지고 있음을 확인 할 수 있었다.
최근 들어 작은 면적에 고속으로 동작하는 여러 기능 블록이 집적됨에 따라, 고속 직접회로는 인접회로의 오동작을 유발하고, 무선 수신기의 감도를 떨어뜨리는 중요한 전자파 간섭원으로 부각되고 있다. 따라서 집적회로 내부에서 가장 주요한 전자파 방해원을 파악하기 위한 좀 더 정밀한 분석 도구가 필요하게 되었다. 이러한 필요성에 따라 본 논문에서는 직접회로의 표면에 흐르는 전류세기의 분포를 측정할 수 있는 고해상도 자기장 프로브를 반도체 공정을 이용하여 설계 및 제작하였다. 3층 금속 배선이 가능한 반도체 공정을 이용함으로써 프로브 두께를 기존 작업보다 약 10%정도로 감소시킬 수 있었다. 정자기 해석과 전자기 모의실험을 통해 프로브의 공간분해능 및 비자기장 성분에 의한 영향을 분석하였으며, 실제 직접회로의 표면 전류를 측정한 결과, $210{\mu}m$의 공간해 상도를 얻을 수 있음을 확인하였다.
Fowler-Nordheim의 전자 방출과 열전자 방출 메카니즘을 이용하여 절연유체 내 전계에 의한 도체의 음극에서 전자 방출현상과 열에 의한 열전자 방출현상을 고려하고 유한요소법(Finite Element Method)을 이용하여 해석하였다. 절연유체 내 공간전하에 대한 해석기법으로 푸아송 방정식, 양이온, 음이온, 전자에 대한 전하연속 방정식, 온도에 대한 열 확산 방정식으로 이루어진 5개의 지배방정식에 Fowler-Nordheim의 전계 방출과 Richardson-Dushman의 열전자 방출을 경계조건으로 부여하였다. 단자 전류는 유한요소법과 잘 부합하는 에너지법으로 계산되었다. 쌍 곡선형 PDE의 공간전하 전파에 대한 지배 방정식은 일반적으로 수치적인 불안정성을 가지므로 인공 확산 항을 고려하여 이를 해결하였다. 제안된 해석법은 세 개의 캐리어를 가진 x-y 좌표축의 2차원 평판 모델에 적용하여 그 유효성을 확인하였다.
3상 AC/AC 2단계 직접형 전력변환시스템(TSDPC)의 제어는 입력전류공간벡터와 출력전압공간벡터를 합성한 공간벡터 PWM 스위칭패턴을 통해 제어를 하며, 이를 기반으로 계산된 유효벡터인가시간에 따라 TSDPC를 구성하는 다수 스위칭소자가 절환 됨을 통해 많은 스위칭손실이 발생하는 문제점이 있다. 본 논문에서는 스위칭 시퀀스를 간략화하여 스위칭 절환횟수를 줄임과 동시에 부분 영전류 스위칭 제어기법을 도입하여, 스위칭손실 저감 제어기법을 제안한다.
국내의 전력계통은 급격한 산업화와 급속적인 경제발전으로 산업시설 및 대도시 인구 밀집지역의 전력수요가 지속적으로 증가하고 있는 추세이다. 전력 사용량의 증가는 각종 전력설비들의 증설을 필요로 하고 있지만 도심지의 경우는 제한된 공간에 설비 증설의 공간확보에도 큰 어려움을 겪고 있다. 또한, 국내 154[kV]나 345[kV]의 송전계통의 구조는 송전거리가 짧고, 전력공급 신뢰성과 안정도 향상을 위해 서로 네트워크화 되어있다. 이러한 구조는 전력계통 사고발생시 임피던스 감소를 야기시키고 단락사고에 의한 사고 전류의 크기를 점점 증가시키고 있다. 이와 같은 기존방식의 문제들을 효과적으로 해결하기 위한 방안으로 고안된 것이 초전도 한류기이다. 초전도 한류기는 사고 전류에 대한 빠른 동작 및 회복시간과 별도의 사고 감지장치를 불필요하며 신개념의 보호기기이며 환경 친화적인 장점 때문에 국 내외적으로 많은 연구가 활발하게 진행되고 있다 본 논문에서는 결선방법에 따라 초기사고전류특성, 전류제한특성, 사고각, 인덕턴스 변화에 따른 전류제한 특성을 다각적인 방법으로 분석하였다.
고전압 발/ 변전소의 근무자나 송전선 작업자 및 주변거주자가 전계 노출에 안전해야 함은 중요한 일이다.
본 논문에서는 복잡하고 계산시간이 많이 소요되는 인체의 3차원 유도전류를 계산하기 위해 전압원(송전선 로)의 효과적인 모델링 기법을 사용하여 전압원과 피유도체를 분리하지 않고 직접 3차원 정전용량을 구함으 로써 불평등 전계하의 임의의 3차원 공간상에서도 인체에 미치는 유도전류 해석이 가능한 장접을 갖도록 하 였다. 사례연구로 본 연구에서 제안한 알고리즘을 765 kV급 초고압 송전선로에 적용하여 인체 유도 안전 성을 평가한 결과 765 kV 송전선에서 인체의 단락전류는 인체의 위치에 따라 0.3 mA에서 6.8 mA로 분포 되었다. 특히, 송전선로에서 활선 작업시 단락전류 $I_{sc}$의 크기는 ANSI 허용기준인 5 mA를 념을 수 있어 활 선 작업시 작업자의 전계의 방호 대책을 위해서는 도전물질로 구성된 보호복이 필요함을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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