一線式によるデータと電力同時伝送システムとSmart EMCへの適用研究

采用单线系统的同步数据和电力传输系统及其在智能 EMC 中的应用

基本信息

批准号：
21K04043
负责人：
都築伸二
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Ehime University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

研究の目的：これまでできなかった稠密な電磁環境のモニタリングが，IoT(Internet of Things)によって可能となることに着目した研究である。従来のEMC技術は単に電気機器単体で，かつ出荷時の性能を担保するに留まっていた。しかし，IoTを利活用すれば自身の経年劣化や故障に伴う障害発生を抑えたり，EMC規格は満たしていても所要SNRを満足していない状況を改善できるはずである。対象としている車載クレーンのワイヤーロープを用いた情報と電力の同時伝送システムでは，滑車（シーブと呼ぶ）を介してワイヤーロープが電気的にループ回路を形成することに着目し，筆者らが考案した一線式PLC(Power-Line Communication)システムを適用している。これは，通常のPLCとは異なる電流駆動型であり，かつワイヤとはトランスを利用した非接触であるため，ワイヤーロープ通信にも適しているためである。今年度は，筆者らのシナリオにおいて，最大可能受電電力を推定するためのシミュレータを作成し，実測値と一致するか検討した。またこの時に発生する伝導雑音を測定し，シミュレーションできるかを検討した。研究実施方法と結果：送電側に理想パワーアンプを挿入し，また受電側に力率改善コンデンサを挿入したとき，ワイヤー長30m において最大78W受電できるはず（理論限界値）であることをシミュレーションで求めた。実際に使用できるパワーアンプにシミュレーン条件を合わせたときは73Wであり，実測値と一致した．また，実用時に用いる予定の矩形波による電力伝送の際に磁気飽和によって発生する伝導雑音の各高調波振幅の増大傾向を数値で近似できることを明らかにした．ただし，その高調波がPLC（G3-PLC規格準拠）装置に及ぼす影響については，トランスの磁気飽和を許容する場合でもEMC的な問題は生じなかった。

研究目的：本研究重点关注物联网 (IoT) 使得以过去不可能的方式监控电磁环境成为可能。传统的 EMC 技术仅限于简单地确保单个电气设备在发货时的性能。然而，通过利用物联网，应该可以抑制由于老化或设备本身故障而导致的故障的发生，并改善即使满足EMC标准但仍无法满足所需SNR的情况。在使用车载起重机钢丝绳的目标同步信息和电力传输系统中，作者着眼于钢丝绳通过滑轮（称为滑轮）形成电气回路的事实，设计了一种系统作者设计了一种单线PLC（电力线通信）系统。这是因为它是电流驱动型，与普通PLC不同，而且它也适合钢丝绳通信，因为它使用变压器并且与钢丝非接触。今年，我们创建了一个模拟器来估计我们场景中可能的最大接收功率，并检查它是否与实际值相符。我们还测量了此时产生的传导噪声，并检验是否可以对其进行模拟。研究实现方法及结果：当在送电侧插入理想功率放大器，在受电侧插入功率因数校正电容时，通过仿真确定，用导线最多应接收78W的功率长度为30m（理论极限值）。当模拟条件与实际可以使用的功率放大器相匹配时，输出为73W，与实际测量值相符。此外，我们还证明了可以使用矩形波对电力传输过程中磁饱和产生的传导噪声的各谐波振幅的增加趋势进行数值近似，并计划在实际应用中使用。然而，就谐波对PLC设备的影响（符合G3-PLC标准）而言，即使允许变压器磁饱和，也不会出现EMC问题。