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그린홈 100만호 사업

오늘날 화석 연료와 원자력 발젂이 없다면 현대인들은 사회 생활은 물론 기본적인 삶의 질조차도 보장 받을 수 없을 것이다. 그맊큼 화석 연료와 원자력 발젂이 맊들어내는 젂기는 압도적이다. 하지맊 후쿠시마 원젂 사고와 같이 원자력 발젂이 주는 불안함과 폐기물의 처리 문제 그리고 화석 연료의 고갈은 더 이상 막연핚 미래의 문제가 아닌 현실이 되어가고 있다.위에 표에서 알 수 있듯이 원자력 발젂량을 화석 연료로 대체했을 시에 환경에 미치는 영향은 실로 막대하다. 그에 따른 환경 비용 또핚 엄청난 액수이다. 그렇기에 학계는 물론 정부와 산업체에서도 대체 에너지의 열을 옧리고 있다. 그 중 가장 각광받는 대체 에너지로는 태양광과 풍력을 들 수 있다. 무핚핚 에너지원, 친환경적이라는 점에서 앞으로 미래의 에너지를 책임지게 될 것이 분명하다.<중 략>젂력예비율이400맊KW 가 정상 경우를 생각하면, 100맊호 그린 홈 사업의 3Kw 급의 태양광발젂을 하면 300맊kW의 여유가 생기고, 젂력예비율이 유지되어 ,젂력난을 극복하는 방안이 될 것입니다. 결국 가장 중요핚 것은 우리가 효율이 좋은 가젂제품과 적당핚 실내옦도를 유지하고, 불필요핚 젂력소모를 줄이는 것이 가장 귺본 적인 해결책이지맊, 저는 이런 젂력난을 극복하기 위핚 방안으로 수요도 줄이면서, 공급을 늘려 젂력난을 극복하는 방안을 제시해봅니다.

공학/기술| 2013.01.01| 3페이지| 3,000원| 조회(105)

태양광, 그린홈, 100만호

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반도체물성이론

*결정학 HYPERLINK "http://clapton73.hihome.com/hpage/전기공학/반도체/결정의종류.html" 1. 결정의 종류2. 결정의 구조 HYPERLINK "http://clapton73.hihome.com/hpage/전기공학/반도체/밀러index.html" 3. 밀러 Index*양자역학의 기초 HYPERLINK "http://clapton73.hihome.com/hpage/전기공학/반도체/양자역할.html" 4. 양자역학이란? HYPERLINK "http://clapton73.hihome.com/hpage/전기공학/반도체/페르미온.html" 5. 페르미온과 파울기우배타율 HYPERLINK "http://clapton73.hihome.com/hpage/전기공학/반도체/수소모델.html" 6. 수소모델과 최외각 전자 HYPERLINK "http://clapton73.hihome.com/hpage/전기공학/반도체/k-space.html" 7. K-Space*에너지 밴드 HYPERLINK "http://clapton73.hihome.com/hpage/전기공학/반도체/공유결합.html" 8. 공유결합과 에너지 밴드 HYPERLINK "http://clapton73.hihome.com/hpage/전기공학/반도체/에너지갭.html" 9. 에너지 갭이 생기는 이유 HYPERLINK "http://clapton73.hihome.com/hpage/전기공학/반도체/direct반도체.html" 10. Direct 반도체와 Indirect 반도체 HYPERLINK "http://clapton73.hihome.com/hpage/전기공학/반도체/density.html" 11. Density of state HYPERLINK "http://clapton73.hihome.com/hpage/전기공학/반도체/페르미에너지.html" 12. 페르미 에너지와 분포함수 HYPERLINK "http://clapton73.hihome.com/hpage/전기공학/반도체/페르미레벨.nique을 사용하여 풀면 전자가 존재할 수 있는 (즉, 파동함수가 0 이 되지 않는) 조건을 얻을 수 있는 데 r,θ,ψ 의 방향으로 전자가 가질 수 있는 값을 각각 n, m, l 이라고 하면 위의 equation에서 n, m, l의 상관관계를 얻을 수 있으며 그 관계는n : 1,2,3 ... (양의 정수),l : 0, 1, 2, ... n-1,m : 0, ±1, ... ±l이다.r 방향에 대해 전자가 가질 수 있는 값을 주 양자수 (n, principal quantum number)라 하고,θ 방향에 대해 전자가 가질 수 있는 값을 부 양자수 (l, orbital quantum number)라 하고.ψ 방향에 대해 전자가 가질 수 있는 값을 자기 양자수 (m, magnetic quantum number)라 한다.▶ 부양자수가 0인 경우를 (l=0) 특별히 s궤도라 부르고 1인 경우를 p궤도 2인 경우를 d궤도 3인 경우를 f궤도라 부른다. 위의 관계에 의하면 원자핵과 가장 가까운 궤도에는 (n=1) s궤도만 존재하고 그 s궤도에는 자기양자수가 0인 state 1개만 존재한다. 그 다음으로 가까운 궤도는 (n=2) s궤도와 p궤도가 존재하며 s궤도에 자기양자수가 0인 state 1개와 p궤도에 자기 양자수 -1,0,1인 3개의 state가 존재한다. 그 다음 궤도 (n=3)에는 s궤도에 1개 p궤도에 3개 d궤도에 5개인 state가 있다.그림 2-4는 s궤도와 p궤도의 파동함수 모양을 보여준다.필자 주 ----------------------------------------------------필자는 고등학교때 화학책에 있는 그림 2-4의 그림을 보고 전자의 궤도가 원자핵을 지나간다는 것에 무척 신기하다고 생각했었다. 그리고 화학 선생님도 p궤도는 그림 2-4b 처럼 생겼다고 가르쳐 줬었다. 혹 지금도 그림 2-4가 전자 실제 움직이는 궤도 그림이라고 잘못 생각하는 독자가 없는지?그림 2-4는 전자가 실제 움직이는 궤도 그림이 아니라 전자의 '파동함수' 그경우에 에너지 최소값이 존재함을 이 그림으로 알 수 있는 것이다. 이 그림에는 [110] 방향을 표시되어 있지 않다.▶ 이러한 E-K relation은 반도체의 성질을 이해하기는 좋으나 위치에 대한 정보를 담을수 없다. 결정내에 전압을 인가하거나 하였을 때 위치에 따른 에너지 밴드의 상태를 표현할 수 없는 것이다. 이럴 경우의 표현 방법은 그림 3.2.4(b)로써 이것은 x축을 K값 대신에 거리로 표현한 것이다. 특정한 에너지에 대해 가질 수 있는 K값을 모두 합해서 그냥 E값으로 표현한 것이다. 대신 x축이 거리 이므로 위치에 따라 전압이 인가되어 있거나 도핑을 하였을 때 표현하는 표현 방법으로 알맞다. 그러나 이 그림으로는 에너지당 state 갯수가 얼마나 있는지. direct 반도체 인지 indirect 반도체인지 표현할 수는 없다. 그러나 우리는 어차피 실리콘 반도체나 GaAs 그밖의 한두가지의 반도체만 알면 되므로 실리콘이나 GaAs의 물질을 이해할 때는 그림 3.2.4(a)로 이해하고 그 다음은 그림 3.2.4(b)로 이해하면 충분하다.▶ 그러면 우리가 흔히 사용하는 반도체의 에너지 갭은 얼마인지 기억하자 몇 종류만 알면 되므로 될수 있으면 암기하는 것이 좋겠다.실리콘 (Si) 은 1.12eV게르마늄 (Ge) 은 0.67eV갈륨비소 (GaAs) 는 1.43eV알루미늄비소 (AlAs) 는 2.16eV책에 따라 자료에 따라 그 값이 약간씩 차이가 나기도 한다.▶ 특정한 물질의 에너지 갭은 항상 변하지 않는 값일까?에너지 갭은 물질과 그 결정구조가 정해지면 일정한 값이 된다. 그러나 상수는 아니고 온도의 함수가 된다. 또한 불순물 도핑을 많이 하면 바뀌기도 한다. 온도가 상승함에 따라 원자간의 거리가 커지게 되고 이때 에너지 갭도 달라지는데 대체로 온도가 올라갈수록 에너지 갭은 작아진다.다음절에는 Direct 반도체와 Indirect 반도체를 설명해 보자. 지금까지 설명한 에너지 밴드의 설명 연장선에 있는 성질이다.10. Direct 반도체와 Indire하여 돌의 무게가 가벼워진 것처럼 느껴지기 때문이다. 만약에 물속에 있는 돌에 대한 자연 현상, 특히 돌의 무게와 관련이 있는 현상을 기술하고자 하면 계산할 때 마다 돌의 진짜 무게와 물의 부력을 매번 환산해서 계산하여야 할 것이다. 이렇게 할려면 얼마나 귀찮을까? 그냥 돌의 무게와 부력을 합쳐 돌의 무게가 100 kg에서 (예를 들어) 50 kg으로 줄었다고 하면 간단하게 계산되고 표현될 것 아닌가? 물론 돌의 무게와 모양, 부피가 항상 일정하다고 하면 말이다.유효질량 (effective mass)도 마찬가지 이다. 인간이 알고 싶은 것은 반도체 내부에 있는 전자가 반도체 외부에서 전압을 걸 때 어떻게 반응하는가? 이다. 그런데 반도체 내부에 있는 전자는 외부에서 의도적으로 걸어준 전압 (Vext) 과 결정 내부에서 원자핵에 의해서 발생되는 전계 (Vlattice)가 함께 작용된다. 이것을 앞서 양자역학에서 배운 Schrödinger equation으로 써 보면(식 3.8.1)로 표현된다. 그런데 계산할 때 마다 Vlattice 를 함께 계산하려면 짜증나겠지... 어차피 우리는 특정한 결정, 거의 대부분은 실리콘 내에서만 계산을 할 것이므로 Vlattice 는 항상 정해진 일정한 값일 것이기 때문이다. 따라서 위 식을(식 3.8.2)로 표현하면 아주 편리할 것 아닌가? 위의 부력의 예처럼 말이다.그런데 식 (3.8.1) 을 식 (3.8.2) 로 바꿀려면 Vlattice 에 의한 영향을 식 (3.8.2) 의 어딘가에 전가를 시켜야 할 텐데 어디에 전가를 시킬 것인가? 여러분이 이것을 결정할 권한이 있다고 가정하고 생각해 보라.식 (3.8.2) 에서 질량 m 밖에는 마땅히 Vlattice 의 영향을 전가시킬 데가 없음을 알 수 있을 것이다.바로 이것이다. 유효질량이라는 개념이 도입된 것은 바로 이러한 이유에서이며 유효 질량을 사용함으로써 결정 내부의 전계에 의한 전자의 영향을 무시할 수 있는 것이다.그런데 위의 식을 보면서 뭔가 의문이 들지 않는가? 아무런 의문하는 것은 뒤에 SRH recombination을 이해 하는데 매우 중요하다. energy band의 state는 공간적으로 한정되지 않았다. 즉 energy band의 특정한 energy state의 k값은 얼마인지를 정확하게 말할 수 있지만 공간적으로 어디에 있다고 말할 수 없다는 것이다. 그것은 그 결정에서 전자가 그러한 에너지를 가지고 있을 수 있다는 사실만 이야기 하는 것이며 그 이상의 정보 (위치의 정보)는 인간이 얻을 수 없다. 반면에 불순물이나 결정의 결함에 의한 state는 어떤 특정한 위치에 국한되어 있다. 즉 위치는 정확히 알고 있으나 그것의 k 값은 정확히 알 수 없다.이러한 성질을 양자역학의 불확정성 원리 (uncertainty principle)와 연관지어 설명해 보자. 불확정성 원리란 "입자의 위치와 그 운동량은 동시에 특정한 정확도 이상으로 정의 될 수 없다."이다. 이것은 "입자의 위치를 정확하게 기술하면 운동량이 부정확해지고 운동량을 정확하게 알 수 있으면 위치를 정확하게 알 수 없다"는 의미이다.정확하게 알 수 없다는 부분에서 그 정확도가 어느정도인가하면(식 3.11.5) 가 된다는 것이다. 여기서 운동량과 k 값사이에는(식 3.11.6) 의 관계가 있음을 생각해 보면 이러한 성질이 불확정성 원리와 관련이 있음을 알 수 있다. 결정에서 생긴 energy state는 k 값이 정확히 정의 되면 위치는 말할 수 없고 불순물에 의한 state는 어디에 있는지 정확히 알 수 있으므로 k 값은 알 수 없는 것이 된다.GaP에서 질소가 만들어 놓은 state에 전자가 포획되면 이것은 위치가 정확하게 정의 되지만 k space에서는 넓게 퍼진 것이 되어서 어떤 k 값을 가진 홀과도 반응할 수 있게 되는 것이다.19. 캐리어 농도와 Effective Density of State반도체에서 우리가 궁극적으로 알아야 하는 것은 전압을 걸었을 때 반도체에서 어떤일이 벌어지는가 이다. 그 어떤일 이라는 것은 결국 전류가 어떻게 되는 냐는 것이며 결

공학/기술| 2012.11.05| 66페이지| 3,500원| 조회(404)

반도체, 재료공학, 유효질량, 에너지밴드, 반도체물성, 페르미준위

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수위센서

수위센서 종류 및 측정원리수위센서란?탱크나 용기 속의 유체의 수위를 측정하기 위한 센서로 물탱크, 보일러,냉각수 등 다양한 용도로 널리 사용되고 있다. 부력에 의한 볼을 사용하기 때문에 플로트 레벨 스위치 혹은 플로트 스위치로 명명되고 있다.초음파, 적외선 등의 방식에 의한 레벨 측정 시스템에 비하여 저렴한 가격에 우수한 내구도와 소형의 사이로 제작이 가능하여 범용성이 높은 제품이라 할 수 있다.제품 활용 예배수탱크일정량 이상의 유체를 탱크에 유지시키기 위한 시스템레벨 센서의 의해 목적 수위에 도달 했을 경우 접점신호를 받아 펌프를 동작시켜 유체를 배수시킨다.탱크 경고 시스템일정 수위 이상의 유체가 탱크에 유입될 경우 경고 혹은 펌프 작동이 가능하도록 시스템을 구성할 수 있다.목적수위에 레벨센서를 위치시키고 레벨히터보호용 가열 탱크히터 보호 등의 목적으로 일정 수위 이하로 물이 떨어질 경우 경고 혹은 펌프 작동으로 자동으로 물을 공급하는 시스템을 구성 가능하다.물 부족의 최하 수위에 레벨 수위치를 위치시켜 그 이하로 수위가 내려갈 경우 접점 신호에 의해 경고 혹은 펌프 작동으로 자동으로 물 공급이 공급되도록 시스템을 구성하게 된다.작동원리주전극과 탱크의 벽 또는 주전극과 접지전극 사이의 정전용량 변화를 측정합니다.레벨이 상승하면 정전용량 값도 상승하게 되고,설정 레벨값에 이르게 되면 접점이 출력됩니다.전기 전도식(전극 봉 타입) 수위 검지기전도성 액체가 담긴 금속 개방탱크내의 금속 전극 봉과 금속 탱크몸체(접지) 사이에 교류전류를 흘려 보내면 전극 봉에 전도성 액체가 닿을 경우 전류가 흐르게 되며, 전도성 액체가 닿지 않을 경우에는 전류가 흐르지 않게 된다.이와 같은 방식은 전류의 흐름여부를 이용하여 일정한 지점에서의 수위의 높고 낮음을 판단할 수 있을 뿐 연속적으로 수위를 측정할 수는 없다.밀폐탱크의 경우는 전극 봉과 금속 탱크몸체를 절연시켜야 하므로 그림에서 보는 것처럼 절연체를 설치하여 전극 봉과 탱크몸체의 전도성 액체의 접촉여부에 의해서만 전류가 흐를 수 있도록 하여야 하며, 이때 사용되는 절연체는 스케일이 누적되어 전류가 흐르는 경우가 발생되지 않도록 표면이 매끄럽고 고온에 견딜 수 있는 재질(PTFE)로 만들어 가능하면 스케일에 의한 오 동작을 최소화 하는 것이 필요하다.(스케일은 다 공성 기포로 되어 있어 내부에 액체를 내포하고 있어 전극 봉과 접지 사이에 전류를 흐르게 할수 있다.PTFE [ Polytetrafluoroethylene ]폴리테트라 플루오로에틸렌,불소수지로 테프론(듀퐁사),플로온(ICI사)등의 상품명이 있다.내약품성이 뛰어나며,넓은 온도(325℃에서 안정)에서 특성이 변화하지 않는다.도금용 투입 히터의 케이스나 열교환기 등에 이용된다. 전기특성도 양호하며, 불연성으로 내후성도 좋고,비점착성으로 마모계수도 작으며,무독성이다.내약품성을 이용한 벨트,롤,이형성을 이용한 금형의 내면 라이닝,주방용품에서는 프라이판,제빙기의 내면 라이닝 등에 이용된다.각 전극봉은 하나의 스위치로 동작하며 물속에 있는 경우 접지와의 저항이 낮음을 지시하고,물 밖으로 노출된 경우 저항이 높음을 지시한다. 예를 들면 저수위 경보로 세팅 한 경우 컨트롤러는 수위가 검지기 팁 아래로 떨어짐에 따라 저항이 작은 상태에서 큰 상태로 변하는 것을 감지한다. 저항 변화가 있을 때 컨트롤러의 릴레이를 떨어뜨려 경보나 램프를 동작함정전 용량 식 수위 검지기(Capacitance Probe type)정전 용량 식 수위 검지기의 측정원리는 콘덴서의 원리와 동일하다.아래 그림과 같이 두 개의 금속판 사이에 유전체를 두고 일정한 전압을 걸면 두 금속판 사이의 거리,마주 보는 금속판의 면적 그리고 유전체의 유전율에 의해 금속평판에 모여드는 전하량의 크기가 변하게 되는데,정전 용량식 수위검지기의 경우 수위에 따라 면적이 변하며 따라서 수위의 증감에 따라 정전 용량이 선형적으로 비례하게 된다.검지기는 PTFE절연재질로 완벽하게 싸인 전극봉으로 구성되어 있다. 이러한 이유로 정전 용량 식은 검지기는 자를 수가 없으며, 여러 가지 고수위 경보나 저수위 경보 지점 또한 선택할 수 있다.정전 용량 식 수위 센서 모듈로 아래 그림과 같은 것도 있다.물통 외부 벽에 설치되어 물의 수위를 정전식으로 검출해 컨트롤러에 전달해준다.물뿐만 아니라 손에 닿여도 감지가 된다.사양:1채널 정전용량방식 수위센서(캠트로닉스 CTN01)모듈MCU(MG87E04)부착하여 활용 가능저전력 구동Open-Drain 디지털 출력별도 브래킷 없이 사용가능감도 기본 세팅(감도 튜닝 불가)수위감지인체 감지장난감 및 게임의 휴먼 인터페이스조명 제어 스위치스위치 내장형 패널 및 키패드 대체가전 기기 스위치이런 수위 레벨 방식은 잉크젯 프린트의 토너 통에도 사용된다.차압 전송기(Differential pressure transmitter)탱크 내 어느 한점에 작용하는 유체의 수두압은 유체의 비중량(kg/m^3)과 높이(m)의 곱으로 계산된다.따라서 탱크의 상부측과 하부측의 수두압의 차이는 그 유체의 높이로 환산할 수 있다. 이러한 원리에 의해 보일러 드럼의 고수위측과 저수위측의 차압을 측정하여 수위로 환산한다. 탱크의 상부측에 연결된 압력 전달관에 액체가 차지 않도록 하여 차압을 측정하는 방식을 dry leg방식이라 하며 탱크의 상부측에 연결된 압력전달관에 액체를 채워 차압을 측정하는 방식을 wet leg 방식이라 한다.Float level switch맥도널식(Mcdonnell)수위에 따라 후로트 볼이 상하로 운동하면 상부 스위치 박스에 설치된 스위치의 탈착에 의해 전기 회로를 형성함으로써 수위를 검출한다.주로 ON/OFF 수위조절기나 경보용 차단 스위치로 사용된다.-액체 저항에 관계없이 동작되는 레벨 제어에 적합동작원리액면이 증가함에 따라 탱크 내부의 후로트[FLOAT]가 부력에 의해 상승하게 됩니다. 이때 후로트와 연결된 Magnet이 자력 반발에 의해 상승시킵니다.기기 내부의 Magnet은 스위치 매커니즘에 변화를 주어 접점 변화를 일으키게 합니다. 그림에서와 같이 탱크 내부와 스위치 구동부위가 완전 격리되어 있어 압력이나 온도 등에 큰 영향 없이 정확히 동작합니다.오뚜기센서(후르트 센서)모브레이 타입 자석식자석원리는 맥도널식과 동일하며 후로트가 상하로 운동하면 후로트 축의 상단부위에 부착된 자석과 스위치 헤드에 설치된 스위치 단자가 탈착하여 전기회로를 형성함으로써 수위를 검출한다.자기진단식 2팁 저수위 경보 검지기저수위 검지기는 보일러의 가장 중요한 안전 장치 중의 하나이다.대개 보일러에서 발생되는 안전사고는 저수위로 발생되며 이는 대개 저수위 경보센서의 오동작으로 인한 것이다. 이러한 문제점을 보완하기 위해서는 어떠한 조건하에서도 정확하게 저수위를 감지할 수 있어야 하고 항상 기능상의 문제가 없는지를 자체 진단할 수 있는 검지기의 출현은 보일러 안전장치의 신뢰도를 한 단계 올려놓게 되었다.수위센서별 특징비교구분정전용량식차압식후로트식최고사용압력32 bar g140 bar g17 bar g설치위치수주통 내부수주통의 압력전달관수주통 외부특징-보일러 수위변화에 따른 정전용량의 변화를 측정하여 수위로 환산한다.-압력보상 불필요-움직이는 부위가 없다.-설치가 간단하다.-보일러 수위변화에 따른 차압을 측정하여 수위로 환산한다.-드럼 압력보상 필요-도압관의 규칙적인 블로우다운 필요-설치가 번거롭다.-보일러 수위변화에 따라 챔버 내 후로트 상하운동에 따라 수위측정-도압관의 규칙적인 블로우 다운 필요출력신호1~6 Vdc4~20mA접점신호수위검지기에 대한 스케일 영향(오동작 원인)전기 전도도식 검지기전기 전도도식 검지기를 보일러 수주통에 설치하여 오랫동안 사용하게 되면 금속팁 부분에 스케일이 낄 수 있다. 이러한 스케일은 항상 다 공성 막으로 되어있으며 젖어 있는 부분은 수분을 머금고 있어 전도체가 되므로 전기 전도도식 수위검지기 운전상에는 영향을 미치지 않는다. 때때로 스케일이 수면 윗부분의 검지기 절연체에 낄 수 있어 한쪽 팁으로부터 다른 쪽 팁으로, 또한 한쪽 팁으로부터 접지와 전기회로가 형성 될 수 있는 문제가 있다.이경우 검지기는 수위와 관계없이 오동작을 할 수가 있다.정전 용량식 검지기(LP20/PA20)의 경우오랜 시간 사용하다 보면 다공성 스케일막이 검지기의 PTFE 절연체 위에 누적될 수 있다. 얇은 스케일 막은 거의 영향을 미치지 않으나 수처리 상태가 양호하지 못한 경우는 그 스케일 막이 점차 두꺼워 진다. 두꺼운 스케일 막은 상당히 많은 양의 물을 머금을 수 있어 검지기가 실제보다 더 많이 잠겨있는 것으로 오판하게 할 수 있다. 그 결과 실제보다 수위가 낮게 운전될 수 있다.그러한 이러한 영향은 매우 미미하며 실제로 검지기 하단에서 상단까지 매우 심하게 스케일이 끼어 있는 경우라도 단지 2cm 정도의 오차가 발생된다. 이것은 셋포인트를 조정함으로써 쉽게 보정할 수 있으며 매년 보일러 세관 작업시 주기적으로 검지기를 청소해 줌으로써 해결할 수 있다.예1:단순 저수위 및 고수위 경보장치와 On/Off 수위제어 시스템소형 보일러,증기부하에 있어 큰 변화가 없는 보일러에 적합검지기 팁은 필요한 수위에 맞게 설치 시 길이를 맞추어 절단함예2:자기 진단식 경보장치,모듈레이팅 수위제어 시스템증기부하의 변화가 심한 무인운전 보일러에 적합참조: Hyperlink "http://www.bestsensor.co.kr/" http://www.bestsensor.co.kr/(남강일레트로닉스) Hyperlink "http://www.icbanq.com/main.aspx" http://www.icbanq.com/main.aspx(전자부품 쇼핑몰)씨디아이테크㈜한국스파이렉스사코네이버 백과사전

공학/기술| 2012.11.04| 14페이지| 5,000원| 조회(3,520)

수위센서, 수위센서 종류, 수위센서 측정원리

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경제 급전 matlab (발전기,그래픽적용(gui))

목 차1. 프로젝트의 목적2. Source Code3. 결과 및 느낀점1. 프로젝트의 목적※ 각 발전기의 부하 용량 한도 내에서 요구되는 부하에 상응하는 가장 경제적인 발전기의 부하량을 어떻게 결정할것인가?☞ 화력 발전기의 실제 입출력 특성은 'valve point' 효과에 기인하여 높은 비선형성과 불연속성을 포함하여 이차함수 근사로는 경제급전에서의 실제적인 최적값은 찾기어렵다. 따라서 PSO알고리즘과 GUI을 이용하여 문제해결을 시도하였다.1. PSO알고리즘의 소개PSO(Particle Swarm Optimization) 알고리즘은 인공지능 최적화 기법중 하나로1995년 Kennedy와 Eberhart에 의해 최초 제안 되었으며 새, 물고기 등의 생존전략 및 이동 경로 등을 관찰하여 그 특징을 일반화한 형태이다. 즉, 집단의 생존을 위해서는 각 개인의 경험과 집단의 경험을 공유한다는 과학적 사실에 기반을 둔 이론이다. 즉, 개체(Particle)는 자신이 과거에 경험한 최적생존상황과 개체가 속한 그룹이 지금까지 경험한 최적생존상황에 기초하여 미래의 상황에 대처하는 전략을 인공지능기법으로 모의한 것이다.★ PSO알고리즘의 특징★ Graphic User Interface윈도, 메뉴, 아이콘, 라디오 단추, 체크 상자와 같은그래픽 요소들을 어떠한 기능과 용도를 나타내기 위해고안된 사용자를 위한 컴퓨터 인터페이스2. PSO알고리즘을 이용한 Source Code☆ 초기화☆ Pbest 및 Gbest 결정(제약 조건)☆ 속도벡터 결정☆ 업데이트(제약조건)☆ 최적해 구하기3-1. 결과☆ SIMULATION 그래프3-2. 느낀점matlab이라는 tool이 정말 좋은 프로그램이라는 것을 알았고,여기저기 물어보고 다니면서 설계를 해보니 잘 될때는 흥미로웠지만, 문제가 발생하면 몇 시간 동안 아무 진전이 없었습니다. 스스로 디버깅하고 어디에서 문제가 생겨서 문제를 풀어가는 과정이 많은 도움이 된 것 같습니다.

공학/기술| 2011.09.01| 8페이지| 20,000원| 조회(726)

MatLab, 발전기, GUI, PSO, 경제급전

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무선전력전달

무선 전력 전송1. 서 론무선전력전송이란 전력에너지를 마이크로파 에너지로 변환시키고 이 에너지를 자유공간에 전달하며, 다시 자유공간의 수신안테나에 의하여 마이크로파 신호를 DC로 변환시키는 방법을 전력에너지를 무선으로 전송하는 방식이다. 무선전력전송(WPT：Wireless Power Transmission)은 19세기말 Nicola Tesla의 방전유도실험에 의해 처음 시도된후 1959 William C. Brown의 무인헬기용 구동전원으로 마이크로파를 이용한 송전 방식의 제안과 이에 대한 실험으로 기본개념이 정립되었다. 이러한 연구들은 1979년 미국 항공우주국(NASA)과 에너지부의 ‘우주 태양광 발전소(Solar Power Satellite)' 프로젝트로 연결되기도 했다. 최근 전 세계적으로 21세기 에너지 위기에 대한 경각심이 높아지고 있다는 가운데 국가적인 차원에서 차세대 정정 에너지 개발에 주력하고 있다. 현재 전기 에너지를 얻기 위해서 많은 수의 화력 발전소, 수력 발전소, 원자력 발전호등을 건설하고 있으나 대부분 화석 연료에 의한 화력발전 등에 의존하고 있는 실정이며, 전 세계적으로 석유에 대한 에너지 의존도는 약 63%이고, 석탄이 27%에 달해 전체 적으로 화석 연료에 대한 의존도는 90%에 이른다. 그러나 화석 연료는 연소 시 이산화탄소를 발생시켜 대기오염을 일으킬 뿐만 아니라 자원 전 세계적으로 석유에 대한 에너지 의존도는 한정되어 있어 여러 가지 대체에너지 중 하나인 우주태양광발전 시스템이 부상되고 있다. 우주태양광발전 시스템은 우주 공간에 설치된 태양 전지판에 의해 생성된 DC전압을 지구로 송전하기 위해 RF전력으로 변환하고, 지구에서는 다시 RF전력을 DC전압으로 변환하여 이용하는 것으로, 1968년 미국의 Peter Glaser박사가 제안한 이래 세계 각국에서 꾸준히 연구되고 있고, 현재 일부 기술은 실용화 단계에 이르고 있으며, 응용분야는 저궤도 위성체 전력공급(위성수명연장), 정지비행체 전력공급(도시감시, 무선중계 등), 우주태지무선 전력전송(낙도, 무인등대)등 응용분야는 무한하다고 하겠다. 따라서 무선전력전송 원리와 구성기술 및 외국의 동향을 소개함으로써 이 분야에 대한 관심과 기술발전이 지속적으로 이루어지기를 바란다.2. 무선전력전송의 개념무선전력전송은 전력 에너지를 무선 전송에 유리한 마이크로파로 변환시켜 에너지를 무선 전송에 유리한 마이크로파로 변환시켜 에너지를 전달하는 새로운 개념의 전력전송 방식으로 낙도 전원공급, 저궤도 워성체 전력공급, 우주 태양광 발전 등의 중요 핵심 기술이다.무선전력전송에 대한 기본 개념은 우주공간의 위성에 탑재되어있는 태양 전지판에 의해 얻어진 전력을 지구로 전송하기 위한 우주 태양광 발전 개념에서부터 시작되었다. SPS의 특징은 지상의 태양광 발전에 비해 효율이 높고 기후에 영향을 받지 않아 무한한 에너지를 획득할 수 있다는 장점을 가지고 있으며, SPS를 실현하기 위해 우주 공간에 태양광을 이용한 전력 발생 부문과 지상에서의 모의 실험동에 초점을 두고 개발하고 있다. 현재 이러한 무선전력전송에 관심을 가지고 여하고 있는 국가로는 미국, 일본, 캐나다, 러시아 등이고, 이미 기초연구에 대한 Demonstration을 하였거나 준비 중이다. 미국의 경우 2010년 이내에 지상 약 20Km의 성층권에 무선 중계 시스템을 운영할 계획이며, 일본으니 경우 통신종합연구소와 여러 대학교 및 산업체간의 공동 연구로 1995년 40m 고도에 50KW의 전력을 송전하는 ETHER 계획의 시험을 마쳤고, 차후 성층권 통신방송중계용 비행선을 개발할 계획을 가지고 있다. 국내에서도 미래 우주 개발과 에너지 개발의 차원에서 무선전력전송에 대한 이론적 기술적 연구가 필요하리라 생각된다.무선전력전송 시스템의 설계시 가장 먼저 고려되어야 하는 것은 사용 주파수의 선정인데, 일반적으로 지구 반사에 의한 대기중 잡음이 가장 심한 주파수대는 10∼300MHz와 20∼60GHz 주위이므로 무선전력전송에 사용되는 RF주파수는 1∼10GHz의 저잡음 주파수대를 사용하고 있다. 고주파를를 사용함으로써 회로의 크기를 줄일 수 있고, 직진성이 우수하므로 RF에너지 전달이 우수하다는 것이다. 그러나 고주파를 사용하면 대기중의 보다 많은 감쇄와 잡음레벨을 감수해야만 한다.3. 무선전력전송원리와 구성 기술무선전력전송음 전력 에너지를 무선 전송에 유리한 마이크로파로 변환 시켜 에너지를 전달하는 새로운 개념의 전력전송 방식으로 전선 없이 전기에너지를 공간을 통해 보낼수 있는 전파전송의 원리로서 라디오나 무선 전화등과 같이 무선 통신방식에서 이용하는 신호의 개념이 아닌, 전기 에너지를 보내는 것으로 보통의 통신이 반송파 신호에 신호를 실어 보낸 것이라면 무선전력전송은 반송파만을 보내는 것이다. 전기적 에너지는 진폭과 주파수를 가지고 있는데 주파수가 높을수록 자유공간 사이에 무선으로 전송 할 수 있는 전파의 성질을 갖는다. 주파수가 높으면 파장이 짧기 때문에 빛과 같이 직진성을 가지게 되어 한곳으로 전기적 에너지를 모아 보낼수가 있다. 이러한 원리를 이용하는 것이 무선전력전송 이라 하며 본고에서는 사용주파수와 시스템 구성등에 대하여 살펴보고자 한다.1) 사용주파수무선전력전송 시스템에서 가장 먼저 고려되어야 하는 것은 사용주파수의 선정이다. 일반적으로 전자파의 공간전송특성은 주파수에 비례하여 손실이 커지며 또한 지구 반사에 의한 대기 잡음 손실도 존재하므로 가장안정적인 주파수대의 선정이 우선적으로 고려될 사항이다. 대기상태에서 전자파의 공간 전송특성중 가장 손실이 심한 주파수대는 10∼300MHz와 20∼60GHz 대역이므로 무선전력전송에 사용되는 RF주파수는 1∼10GHz의 저잡음 주파수대를 사용하고 있다. 일정한 지점간의 공간에너지 전송을 위해 마이크로파를 사용하는 이유는 마이크로파를 사용함으로써 송수전 회로 구성소자의 크기를 줄일 수 있고 직진성이 우수하므로 RF에너지 전달이 우수하지만 높은 주파수 특성에 의한 많은 감쇠와 잡음레벨을 감수해야만 한다. 2.45GHz는 ISM대역으로 대기중의 잡음과 손실이 비교적 적으며 분포소자를 이용해 회로를 구성하기가리 무선전력전송기술에 일차적으로 선정되고 있는 추세이다.2) 무선전력전송 시스템무선전력전송을 위한 구성성분은 크게 세가지로 구분하며, 먼저 송전단은 마이크로파를 발생시키는 마이크로파 발진장치, 전원장치 및 송전용 안테나로 구성이 이루어진다. 송전용 시스템의 주요 구성원은 AC/DC 인버터, 마그네트론, DC/RF 변환장치, 송정용 고이득 안테나등이다. 무선전력전송 시스템의 송전 안테나 수전안테나 사이의 전송효율은 송전 마이크로파 전력에 대한 수전 마이크로파 전력의 비를 나타낸다. 송수전 전력의 전송효율을 높이기 위해서는 송전단에는 지향성과 이득이 좋은 안테나를 사용해야 하고 수전단에는 고 이득의 안테나를 사용해야 한다. 마이크로파 전력에서 DC 전력으로 변환하는 부분으로 고효율 정류안테나, 집전장치 및 부하로 구성이 이루어진다. 설계 파라미터로서는 RF/DC의 변환효율로서 입사된 마이크로파 전력과 DC출력 전압의 비를 나타낸다.송신측에서는 DC Power를 마이크로 웨이브로 conversion해서 channel을 통해 전송하고 수신측에서는 반대로 이러한 마이크로 웨이브를 다시 DC POWER로 되돌리는 내용이 핵심이다. 에너지의 손실을 줄이기 위해서는 beam forming이 필요하다.3) 마이크로파 무선전력전송을 위한 모듈무선전력전송을 위한 모듈에는 크게 송신부와 수신부로 구성되어진다. 먼저 송신부는 큰 마이크로파 출력을 얻기 위해 마이크로웨이브 오븐용 마그네트론을 사용하고, 기타 부가적으로 아이솔레이터, 방향성 결합기 등이 필요하다.4) 무선전력전송 시스템 구성소자무선전력전송을 위한 기본소자들은 송전부와 수전부 소자들로 크게 분류 할 수 있다. 송전부에는 발진회로와 송전 안테나로 구성되고, 수전부는 수전 안테나와 정류회로로 크게 나누어진다.가) 마이크로파 발진부마이크로파 발진회로는 크게 진공관형과 반도체형으로 구분되어진다. 진공관형은 1KW을 취할 수 있고, 사용가능 온도가 높으며, 기술이 보편화되어 있어 사용하기가 쉽다는 장점이 있으나 크기나 무게 그리고있다. 반면에 반도체를 이용한 발진회로는 진공관형에 비해 제작에 많은 어려움이 있으나 반도체소자를 사용한 발진회로는 출력이 상대적으로 적기 때문에 저전력의 반도체 발진부 뒷단에 큰 출력을 내는 진공관 형태의 전력증폭기를 연결하여 큰 발진출력을 얻는다.나) 빔 방사용 송전 안테나무선전력전송에 사용되는 비 방사용 송전 안테나는 안테나의 빔 패턴을 집속하여야 하며, 가급적이면 빔 패턴의 조절이 가능해야 한다. 이러한 안테나는 크게 서브 어레이 구성은 능동적 방식과 수동적 방식이 적용될 수 있다. 이러한 위상제어 방법도 Retro Directive안테나 방식이 유효하다 위상제어를 위해 이상기를 설치함으로써 서브어레이간의 위상 보정 및 능동적인 빔 주사가 가능해지고 보다 유연한 빔 제어가 가능해진다. 그러나 좌표계에서 겈토된 레트로 디렉티브 안테나 방식은 송전용 마이크로파 주파수와 파일럿 신호의 주파수가 일치한 후 비로소 성립된다. 그러나 좌표계에서 겈토된 레트로 디렉티브 안테나 방식은 송전용 마이크로파 주파수와 파일럿 신호의 주파수가 일치한 후 비로소 성립된다. 그런데 양자의 주파수가 같은 면 파일럿 신호를 불러낼 수 없다. 그래서 좌표계에서는 송전 주파수에서 상하가 동일한 만큼 이동한 2주파의 파일럿 신호를 사용하는 방식이 되기도 한다. 무선전력전송 시스템의 수전부에서 RF/DC변환을 하는 가장 중요한 부분인 정류회로의 정류효율은 교류입력전력에 대한 직류출력전력으로 정류안테나에 적용되는 정류회로는 대부분 반파정류회로이며 이는 환경기준에 따라 전자파의 세기를 조절했을 때 전파정류회로에 비해 가격대 성능이 우수하기 때문이다. 정류회로에 사용되는 통신용 다이오드는 신호의 감도를 좋게 하기 위하여 역방향 바이어스 값이 작도록 설계되어 있다. 하지만 무선전력전송에 사용되는 정류용 다이오드는 큰 역방향 전아과 스위칭 속도가 빠른 것을 사용해야 한다. 최근에는 반도체 기술의 발달로 GHz대역에서 동작되는 정류용 다이오드가 많이 출시되고 있으며, 스위칭 속도를 고려할 때 쇼트키 .

공학/기술| 2010.12.24| 3페이지| 2,000원| 조회(398)

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