본 논문에서는 전력선 통신 시스템의 전송신호가 비수용가로 전송되는 현상을 차단하기 위한 비접촉식 Blocking Filter를 유한요소법을 이용하여 해석하였다. 새로운 통신망 시스템이 연구되면서 기존의 전력케이블 망을 이용한 전력선 통신방식에 대한 연구가 이루어 졌으나, 전력선 통신이 서비스 지역 이외에 다른 지역으로 통신신호들이 전송될 수 있는 문제점이 제기되었으며, 또한 지정된 지역 내에서 최적화된 통신환경의 구성이 요구되었다. 따라서 본 논문은 타 지역으로의 신호 간섭을 차단하기 위한 비접촉식 Blocking Filter의 기본 모델을 제시하였으며, 이러한 비접촉식 Blocking Filter를 유한요소법을 기초로 한 전자장 수치해석 기법과 전송선 이론을 도입하여 신호 전송 특성을 해석하였다.
본 논문에서는 1층 주거지역에 미치는 지하 분전반 모선으로부터 발생하는 극저주파 자기장을 억제하기 위한 연구의 일환으로 지하 분전반을 연구모델로 선정한 후 3차원 전자장 유한요소 해석을 이용하여 누설 자속을 분석하였다. 1층 침실에 미치는 자기장을 억제하기 위해 알루미늄 재질의 차폐판을 도입하여 차폐효과를 확인하였다.
전자탐사 수치모델링 및 역산은 복잡한 지하구조에 대한 전자기장의 정확한 거동양상 규명을 위한 기본적인 해석방법이다. 본 연구에서는 2.5차원 전자탐사 수치모델링 알고리즘을 유한요소법을 이용하여 구하였다. 이때 전기장과 자기장이 결합되어 표현되는 2.5차원 미분방정식을 정식화할 때 선형적 물성변화를 고려하는 유한요소 방정식을 도출, 제의하였다. 송신원의 영향이 큰 근거리장과 균질 반무한공간의 반응이 지배적인 원거리장 각각에 대하여 모델변수를 검토하고 이를 토대로 균질 반무한공간에서의 해석적인 해와 비교하여 봄으로써 알고리즘의 타당성을 검증하였다. 본 연구에서 제시한 수치 모형반응 알고리즘에 부합하는 수정된 블록역산모형을 고안하였으며 고립형 이상체에 대한 분해능을 살펴봄으로써 분산방정식으로 표현되는 전자탐사자료의 역해 가능성 및 한계를 고찰하였다.
등방성 상반 매질과 수직 단축성 하반 매질의 경계면에서 $VV{\cdot}HV{\cdot}VH$ 문제에 대해, 임펄스 점전류원에 의해 발생하는 전자장을 이론적으로 고찰한다. 이들 문제에서의 전기장은 Fourier-Laplace 영역의 이상파 성분과만 관련이 있다. 각각의 문제에 대해서 Cagniard-de Hoop 해석법을 응용하여 시간 영역의 전자장 해를 얻는다. VV 문제의 전자장은 적분이 포함되지 않은 명시적인 형태로 구할 수 있다. $HV{\cdot}VH$ 문제의 해에서는 적분을 없앨 수 없지만, 적분해에 내재 된 주요 특이 성분들은 해석적으로 추출된다. 주파수 영역의 계면 원방 전자장은 시간영역의 특이 성분에 의해 결정된다.
본 연구에서는 스테이터 구조에 의한 마그네틱 베어링의 전자장해석을 수행하였으며 AMB 시스템의 설계 기준을 얻기 위하여 3가지 방식의 구조에서 전기적 특성을 구하였다. FEM 기법을 이용하여 AMB의 3가지 방식을 시뮬레이션한 결과, 1, 2, 그리고 3번 방식은 N극에서 S극으로 많은 자속선 벡터가 이동하는 것으로 나타났으며, 이 자속선들은 로타로 전달되고 있다. 이 선들은 로타가 회전하는 것을 도와주고 있다. 따라서, 이러한 전기적 특성 자료는 마그네틱 베어링 설계자료로 이용되고, 설계 기준을 만드는데 도움이 될 것이다.
평상시 전자기 현상들을 접하고 있는 우리들은 이러한 현상들의 단편적인 면은 느낄 수 있으나 시각적으로 파악하기 어려운 현상이며 더욱이 물리 및 정량적으로 이해하기란 쉬운 일이 아니다. 이들 정전기장, 정자기장 또한 전자장이 결합되어있는 교류자장은 실험식과 이론적으로 James Clerk Maxwell에 의해 1873년도에 완성되었다. 따라서 전자장은 Maxwell방정식에 근거를 둔 수식의 전개로 전기 자기 현상을 다룬다. 이러한 수식전개가 바탕이 되는 학문이기에 처음으로 전자기를 배우는 중 고등학교 학생, 대학 기본과목인 대학 물리를 배우는 대학생, 이와 관련된 전공 학생에게 조차 이해하기에 어려움이 따른다. 따라서 이러한 난점들을 해결하고자 전자기 제반현상들을 시각적으로 파악하고 더 나아가 수식적으로 해를 구하기 어려운 문제들을 수치해석방법을 이용해 해의 거동을 추정할 수 있도록 하는 학부 수준의 가상 교육용 전자장 프로그램을 개발하고자 하였다.
본 연구에서는 초소형 화의 욕구와 고밀도의 내실을 동시에 충족시킬 수 있으며 전자 장해를 발생하지 않는 일체형 인덕터 코어를 개발하기 위한 방법의 하나로 고전류인가에 따른 인덕터의 전자장 특성을 분석하고자하였다. 분석 결과, 인덕터 내부에서는 전자장이 크게 발생하였지만 인덕터 표면에 나타나는 자장분포 값은 매우 미약하여 주위의 다른 전자 부품에 영향을 미칠 정도는 아니었으며, 표면을 벗어나면 그 값은 순식간에 거의 0[T]로 작아지고 있기 때문에 일체형 인덕터를 이용하여 회로를 구성하였을 때 다른 전자 부품들에 대한 전자 장해는 발생하지 않을 것으로 생각된다. 이 결론은 일체형 인덕터 개발에 많은 영향을 미칠 것이며, 특히 인덕터 코어의 특성 분석 및 신뢰도 향상에 많은 도움이 될 것으로 예상된다.
자성나노유체(ferrofluid)는 계면활성제로 코팅된 직경 10 nm인 자성나노입자(magnetic nanoparticle)가 바탕액체(물 또는 오일 등)에 분산하고 있는 액체이다. 최근 연구에 의하면 자성나노 유체가 변압기 절연유로 사용될 경우 열전달 및 절연 특성이 향상된다고 보고되고 있다. 또한 자성나노유체에 포함된 자성나노입자는 영구자석 및 전자석 등에 의한 외부 자기장뿐만 아니라, 두 전극 사이에 인가된 전기장에 의한 유도자기장에 영향을 받는다고 한다. 본 연구에서는 두 전극 사이 전압을 1 kV로 인가한 경우에서 광학현미경을 이용한 자성나노입자의 마이크로 채널(microchannel) 내부 이동특성 관측 및 Maxwell 방정식을 이용한 전자기장 수치해석을 수행하였다. 실험 및 해석 결과를 통하여 자성나노유체에 포함된 자성나노입자가 인가된 전기장에 의하여 발생되는 이동특성을 분석하고, 선행연구에서 보고된 절연특성 변화에 관한 상관관계에 대해 고찰하였다. 광학현미경 관측 결과로부터 전기장이 인가되지 않은 경우에 균일하게 분산되어 있는 자성나노입자는 전기장 인가에 따라 발생되는 유도자기장에 의하여 입자 간의 뭉침(agglomeration) 현상과 전극 주위로 이동하려는 성질을 확인하였다. 또한 수치해석 결과로부터 자성나노입자의 존재로 인하여 전극 사이의 전기장 강도와 자속밀도가 증가함을 확인하였으며, 자성나노입자의 이동을 유발하는 유도자기장이 전극 주위에서 큰 것을 파악할 수 있었다. 이와 같은 결과는 자성나노입자가 변압기 절연유에 첨가된 경우우 절연파괴전압이 변화되는 이유를 설명할 수 있는 근거가 된다.
도전체에 적절한 열을 가하기 위하여 상당히 높은 수준의 자기장을 이용한다. 이러한 높은 자기장을 만들기 위하여 유도가열 코일은 상당히 높은 고주파 전류를 이용하게 되는데, 이로 인하여 코일 자체에도 상당히 높은 발열이 발생하게 된다. 따라서 실제적으로 코팅물질의 발열을 위하여 전달되는 에너지 이외에 소모적으로 사용되는 코일에서 사용되는 에너지가 어쩔수 없이 존재하게 된다. 이는 전자기코일의 효율을 낮추는 역할 뿐만 아니라 안정적인 운전을 저해하는 역할을 하게 된다. 본 논문에서는 전자기 및 온도 해석을 통하여 유도가열 코일의 구조에 따른 효율 및 코일에서의 온도 분포등을 도출하여 전자기 유도가열코일의 설계에 이용하고자 한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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