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[기술기고] 기본적인 솔레노이드 밸브 작동법

직동식 솔레노이드 밸브는 상시 닫힘 상태에서 열림이나 작동 상태로 변경하기 위해 상당한 양의 전력을 필요로 한다. 밸브가 완전히 작동 중인 상태를 유지하는 데 필요한 전기 에너지의 양은 작동을 시작하기 위해 필요한 초기 에너지보다 훨씬 적다.

따라서, 배터리 수명 및 열 발생이 우려되는 직동식 솔레노이드 밸브 애플리케이션에서 '히트 앤 홀드' 전기 신호를 사용하면, 필요한 공압 기능을 유지하면서도 전력을 상당수 절감할 수 있을 뿐만 아니라 열 감소를 가져올 수 있다.

기본적인 직동식 솔레노이드 밸브 이론과 작동 및 드롭 아웃 전류 매개 변수를 특성화 하는 테스트 방법, PWM 홀드 제어 방법론, 권장 사항 및 일반적인 예를 설명해 최종 사용자가 애플리케이션에서 전력 소비와 열 발생을 줄일 수 있도록 지원한다.

기본적인 솔레노이드 밸브 작동법
[기술기고] 기본적인 솔레노이드 밸브 작동법 - 산업종합저널 전기
히트 앤 홀드 전기 제어의 이론과 이점을 이해하려면, 먼저 직동식 솔레노이드 밸브 설계 와 작동에 대한 기본적인 이해가 있어야 한다. 일반적인 직동식 솔레노이드 밸브는 ▲절연 처리된 구리 코일 ▲ 폴, 플럭스 브래킷, 플럭스 부싱, 전기자 ▲플런저 씰, 스템, O- 링, 본체 ▲리턴 스프링 등과 같은 하위 요소로 구성됐다.

[기술기고] 기본적인 솔레노이드 밸브 작동법 - 산업종합저널 전기
그림2_철심 구성 요소를 통해 포착 및 전달되는 자기장

전기 전위가 코일에 적용되고 전류가 구리 도체를 통해 흐르면, 코일 구성 요소가 자석 또는 솔레노이드로 변환한다. 솔레노이드에서 생성된 자기장은 그림 2와 같이 밸브의 철심 구성 요소를 통해 포착되고 전달된다.

자기장이 확립되면 그림 3과 같이 전기자와 극 하위 구성 요소 사이에 반대 자극을 형성한다. (그림에 표시된 부분은 초록색과 파란색으로 극을 연결하는 자력선 또는 자속 밀도다.)
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그림3_자극 위치

이러한 구성 요소 사이에서 생성된 자기력은 그림 -4에 표시된 대로 두 구성 요소 사이의 거리 제곱에 반비례한다. 이 거리를 자기 갭이라고 한다.
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그림 4_전기자의 자기력

전기자에 가해지는 자기력이 리턴 스프링의 설치된 부하(모든 추가 공압 차동 힘 등)를 초과하면 전기자가 작동 혹은 이동해 그림 5와 같이 극과 접촉합니다. 그림 5에 나와있는 2-way/2-position 솔레노이드 밸브와 관련해 작동이 발생하면 밸브 포트 사이에서 유체 경로가 열린다.
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그림5_밸브 작동 상태(유체 경로 개방)

유체 경로를 닫고 밸브를 상시 닫힘 상태로 되돌리려면 전압원을 코일에서 제거 혹은 분리한다. 전원이 제거되면 자기장이 붕괴되고 스프링이 전기자를 정상적으로 닫힘 위치로 되돌린다.

솔레노이드 밸브는 먼저 솔레노이드의 자기장 강도가 코일을 통과하는 전류의 양과 비례하는 전류 구동 장치라는 것을 이해하는 것이 중요하다. 따라서 위에서 설명한 두 가지 밸브 상태 (작동 및 드롭 아웃)는 궁극적으로 코일을 통과하는 유효 전류에 의해 정의한다.

[기고=파카코리아(Parker Korea Team)/자료정리=김지성 기자]


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