목차
1. 설계
1.1 일정표
1.2 관련이론
2.2 개념설계
2.2.1 아이디어 창출
2.2.2 최종 해결안 제시
2.3 상세설계
2.3.1 SW를 이용한 설계/해석
3. 제작
3.2 수식 계산과정
3.3 시뮬레이션 과정
4.2 최종스펙
5. 결론
[참고문헌]
[부록]
[부록 1] 재료
1.1 일정표
1.2 관련이론
2.2 개념설계
2.2.1 아이디어 창출
2.2.2 최종 해결안 제시
2.3 상세설계
2.3.1 SW를 이용한 설계/해석
3. 제작
3.2 수식 계산과정
3.3 시뮬레이션 과정
4.2 최종스펙
5. 결론
[참고문헌]
[부록]
[부록 1] 재료
본문내용
1. 설계
1.1 일정표
구분
5주
6주
7주
8주
9주
10주
11주
12주
13주
14주
15주
예비제안서 작성
재료구입
설계 및 중간보고
제작 및 Test
발표 및
결과 보고
1.2 관련이론
변압기
변압기란 유도성 전기 전도체를 통해 전기 에너지를 한 회로에서 다른 회로로 전달하는 장치를 말한다. 주 연구 목표는 신호발생기에서 교류(AC, 60Hz-20V)로 인가되는 전압을 직류(DC, 3V)의 전압으로 전환하는 방법에 대해 연구한다. 교류 전압을 직류 전압으로 변환하기 위하여 capacitor와 inductor를 사용한 평활회로를 설계한다. 그리고 고주파 변압기의 권선비의 개념을 기반으로 코일을 감고 이론적 오차를 줄이기 위한 장치를 설계한다.
평활 회로
평활 회로란 직류 에 포함된 교류성분인 맥류를 없애주는 장치이다. 아래회로(a)는 커패시터를 이용해서 만든 평활 회로이다. 또한 아래 그래프(b)는 평활 회로로 인해 맥류가 없어지는 모습을 나타낸 그래프이다.
(a)
(b)
변압기 내의 에너지 손실
- Copper losses
변압기, 발전기, 전동기 등 전기기계에서, 코일에 전류가 흐름으로써 도체 내에 발생하는 저항 손실.
- Hysteresis
가해진 자기장에 대해 비선형적으로 자화가 이루어지는 현상이다. 일반적으로 자화는 자기장에 비례하지만 강자성체 등의 물질에서는 자기장을 가해 준 후 제거해도 자화가 사라지지 않고 남아 있게 되는데 이를 잔류자화라 하고 이러한 비선형효과를 자기이력이라 한다.
- Eddy currents
맴돌이 전류가 도체의 저항으로 인해서 열이 발생하여 생기는 전력 손실을 말하는 것으로, 와전류 손실이라고도 한다.
변압기의 철심에는 사인파 모양으로 변하는 교류 자기장이 통하므로, 철심은 도체이기 때문에 내부에 맴돌이 전류가 생겨 맴돌이 손실이 발생한다.
- Iron losses(core losses)
인덕터에 생기는 손실로 변동이 있는 자기장에 의해 생기는 손실이다.
변압기 만들 시 고려사항
- 변압비:
E1=입력 전원의 전압
E2=출력 전원의 전압
N1=입력 전원의 권선수
N2=출력 전원의 권선수
- 권선수:
E=입력 전원의 전압
B=최대 자속 밀도
S=코어의 단면적
2.2 개념설계
2.2.1 아이디어 창출
- EI 코어, 보빈, 다이오드 브릿지(정류기), 평활회로
2.2.2 최종 해결안 제시
- 멀티심을 이용한 설계도 작성 후 멀티심으로 시뮬레이션 결과 확인
- 시뮬레이션 결과 만족 시 부품 주문 및 제작
2.3 상세설계
2.3.1 SW를 이용한 설계/해석
- 멀티심을 이용한 설계
- 멀티심을 이용한 시뮬레이션
①INPUT = 20[V] (Peak to Peak)
②DIODE = 1N4001
③Capacitor = 1000[㎌]
④Resister = 70 [㏀]
⑤Primary-to-Secondary Turns Ratio: 0.219
⑥Primary Coil Inductance = 2000 [nH]
⑦Secondary Coil Inductance = 91 [nH]
⑧Coefficient of Coupling = 1
-시뮬레이션의 결과
→ Peak 값 20[V]가 전압 강하되어 4[V]정도로 떨어지고,
다시 다이오드에 의한 전압강하로 인하여 DC 3[V]로 나오는 것을 알 수 있었다.
-회로의 장점: 매우 큰 Capacitor를 사용하였기 때문에 높은 Resistor를 사용했을
경우와 출력은 비슷하지만 손실이 작다. 가변저항을 사용하여 회로에서
Voltage을 바꿀 수 있게 해주었다.
-회로의 단점: 매우 큰 Capacitor를 사용하였기 때문에 반응시간이 느리다.
-결론: 이 회로는 제어 회로가 아니기 때문에 반응시간이 오래 걸려도 큰이상이
없으므로 매우 큰 Capacitor를 사용하는 것이 더 좋다.
3. 제작
3.2 수식 계산과정
( 1 ) B 값을 데이터 시트에서 구한다.
( 2 ) 넓이 S와 주파수 값을 대입하고 V=10v를 넣어 권선수를 구한다.
( 3 ) 넓이 S와 주파수 값을 대입하고 V=5v를 넣어 권선수를 구한다.
( 4 ) 권선수의 비는 2 : 1 로서 AC10v를 AC5v로 변환 하게 된다.
3.3 시뮬레이션 과정
( 1 ) 입력 전압 AC 10v
( 2 ) 1차 변압전압 AC 5v
( 3 )391k 저항을 출력단에 연결시 회로도
( 4 ) 출력 전압 (391k)
( 5 ) 500k 저항을 출력단에 연결시 회로도
( 6 ) 출력 전압 (500k)
4.2 최종스펙
최종스펙
구 분
사 양
주 파 수
60Hz
1 차 변 압
AC 10V
출력 전압
DC 3V
5. 결론
1. 최종적으로 20v(p-p)의 전압을 변압기의 가변저항을 통해 0.2v~3.5v의 직류를 얻는데
성공하였다.
2. 변압으로 인한 손실0.4v 정도로 미미 하였으나 평활회로에서의 다이오드 손실이 1.4v정도
발생하여 실제 변압시킨 전압은 평활회로 입력 시 다소 높게 전달할 필요성이 있었다.
[참고문헌]
- Electrical transformers and power equipment / Anthony J. Pansini
- http://en.wikipedia.org 위키피디아
- http://doum.soge.net ICT 활용 교육 / 전기기기 실습 관련 자료
- Elements of Electromagnetic / Matthew N. O. Sadiku
[부록]
[부록 1] 재료
변압기 소요부품 (개수 미정)
보 닌
EA(1) 1200\
코어
EA(1) 2500\
에나멜선
EA(1) 2500\
정류회로 소요부품 (개수 미정)
가변저항
EA(1) 400\
다이오드
EA(1) 15\
커페시터
EA(1) 600\
pcb 기판
EA(1) 1500\
1.1 일정표
구분
5주
6주
7주
8주
9주
10주
11주
12주
13주
14주
15주
예비제안서 작성
재료구입
설계 및 중간보고
제작 및 Test
발표 및
결과 보고
1.2 관련이론
변압기
변압기란 유도성 전기 전도체를 통해 전기 에너지를 한 회로에서 다른 회로로 전달하는 장치를 말한다. 주 연구 목표는 신호발생기에서 교류(AC, 60Hz-20V)로 인가되는 전압을 직류(DC, 3V)의 전압으로 전환하는 방법에 대해 연구한다. 교류 전압을 직류 전압으로 변환하기 위하여 capacitor와 inductor를 사용한 평활회로를 설계한다. 그리고 고주파 변압기의 권선비의 개념을 기반으로 코일을 감고 이론적 오차를 줄이기 위한 장치를 설계한다.
평활 회로
평활 회로란 직류 에 포함된 교류성분인 맥류를 없애주는 장치이다. 아래회로(a)는 커패시터를 이용해서 만든 평활 회로이다. 또한 아래 그래프(b)는 평활 회로로 인해 맥류가 없어지는 모습을 나타낸 그래프이다.
(a)
(b)
변압기 내의 에너지 손실
- Copper losses
변압기, 발전기, 전동기 등 전기기계에서, 코일에 전류가 흐름으로써 도체 내에 발생하는 저항 손실.
- Hysteresis
가해진 자기장에 대해 비선형적으로 자화가 이루어지는 현상이다. 일반적으로 자화는 자기장에 비례하지만 강자성체 등의 물질에서는 자기장을 가해 준 후 제거해도 자화가 사라지지 않고 남아 있게 되는데 이를 잔류자화라 하고 이러한 비선형효과를 자기이력이라 한다.
- Eddy currents
맴돌이 전류가 도체의 저항으로 인해서 열이 발생하여 생기는 전력 손실을 말하는 것으로, 와전류 손실이라고도 한다.
변압기의 철심에는 사인파 모양으로 변하는 교류 자기장이 통하므로, 철심은 도체이기 때문에 내부에 맴돌이 전류가 생겨 맴돌이 손실이 발생한다.
- Iron losses(core losses)
인덕터에 생기는 손실로 변동이 있는 자기장에 의해 생기는 손실이다.
변압기 만들 시 고려사항
- 변압비:
E1=입력 전원의 전압
E2=출력 전원의 전압
N1=입력 전원의 권선수
N2=출력 전원의 권선수
- 권선수:
E=입력 전원의 전압
B=최대 자속 밀도
S=코어의 단면적
2.2 개념설계
2.2.1 아이디어 창출
- EI 코어, 보빈, 다이오드 브릿지(정류기), 평활회로
2.2.2 최종 해결안 제시
- 멀티심을 이용한 설계도 작성 후 멀티심으로 시뮬레이션 결과 확인
- 시뮬레이션 결과 만족 시 부품 주문 및 제작
2.3 상세설계
2.3.1 SW를 이용한 설계/해석
- 멀티심을 이용한 설계
- 멀티심을 이용한 시뮬레이션
①INPUT = 20[V] (Peak to Peak)
②DIODE = 1N4001
③Capacitor = 1000[㎌]
④Resister = 70 [㏀]
⑤Primary-to-Secondary Turns Ratio: 0.219
⑥Primary Coil Inductance = 2000 [nH]
⑦Secondary Coil Inductance = 91 [nH]
⑧Coefficient of Coupling = 1
-시뮬레이션의 결과
→ Peak 값 20[V]가 전압 강하되어 4[V]정도로 떨어지고,
다시 다이오드에 의한 전압강하로 인하여 DC 3[V]로 나오는 것을 알 수 있었다.
-회로의 장점: 매우 큰 Capacitor를 사용하였기 때문에 높은 Resistor를 사용했을
경우와 출력은 비슷하지만 손실이 작다. 가변저항을 사용하여 회로에서
Voltage을 바꿀 수 있게 해주었다.
-회로의 단점: 매우 큰 Capacitor를 사용하였기 때문에 반응시간이 느리다.
-결론: 이 회로는 제어 회로가 아니기 때문에 반응시간이 오래 걸려도 큰이상이
없으므로 매우 큰 Capacitor를 사용하는 것이 더 좋다.
3. 제작
3.2 수식 계산과정
( 1 ) B 값을 데이터 시트에서 구한다.
( 2 ) 넓이 S와 주파수 값을 대입하고 V=10v를 넣어 권선수를 구한다.
( 3 ) 넓이 S와 주파수 값을 대입하고 V=5v를 넣어 권선수를 구한다.
( 4 ) 권선수의 비는 2 : 1 로서 AC10v를 AC5v로 변환 하게 된다.
3.3 시뮬레이션 과정
( 1 ) 입력 전압 AC 10v
( 2 ) 1차 변압전압 AC 5v
( 3 )391k 저항을 출력단에 연결시 회로도
( 4 ) 출력 전압 (391k)
( 5 ) 500k 저항을 출력단에 연결시 회로도
( 6 ) 출력 전압 (500k)
4.2 최종스펙
최종스펙
구 분
사 양
주 파 수
60Hz
1 차 변 압
AC 10V
출력 전압
DC 3V
5. 결론
1. 최종적으로 20v(p-p)의 전압을 변압기의 가변저항을 통해 0.2v~3.5v의 직류를 얻는데
성공하였다.
2. 변압으로 인한 손실0.4v 정도로 미미 하였으나 평활회로에서의 다이오드 손실이 1.4v정도
발생하여 실제 변압시킨 전압은 평활회로 입력 시 다소 높게 전달할 필요성이 있었다.
[참고문헌]
- Electrical transformers and power equipment / Anthony J. Pansini
- http://en.wikipedia.org 위키피디아
- http://doum.soge.net ICT 활용 교육 / 전기기기 실습 관련 자료
- Elements of Electromagnetic / Matthew N. O. Sadiku
[부록]
[부록 1] 재료
변압기 소요부품 (개수 미정)
보 닌
EA(1) 1200\
코어
EA(1) 2500\
에나멜선
EA(1) 2500\
정류회로 소요부품 (개수 미정)
가변저항
EA(1) 400\
다이오드
EA(1) 15\
커페시터
EA(1) 600\
pcb 기판
EA(1) 1500\