[유압공학]솔레노이드 액추에이터

비례제어밸브

 솔레노이드 액추에이터의 대표적 예인 솔레노이드 밸브의 작동원리에 대해 설명해 보겠습니다. 솔레노이드 밸브는 자기(磁氣) 코어가 있는 솔레노이드(전자석)와 한 개 또는 그 이상의 오리피스(Orifice)를 포함한 밸브 몸체를 구성하고 있는 두 개의 기본부품 조합입니다. 오리피스를 통한 유체의 흐름은 솔레노이드에 전류를 통할 때 또는, 전류가 통하지 않을 때 코어의 움직임에 의해 닫히거나 열리면서 제어됩니다.

 직동 밸브(Direct Acting Valve)에서는 솔레노이드에 전기가 통했을 때 코어가 직접 평상시 닫혀 있는(Normally Closed) 밸브의 오리피스를 열거나, 또는 평상시 열려 있는(Normally Open) 밸브의 오리피스를 닫습니다. 이러한 밸브는 압력이 '0’일 때 최고 정격압력 사이에서 정상적으로 작동하게 됩니다. 또한, 밸브를 열기 위한 힘은 오리피스 크기 및 유체압력에 비례합니다. 즉, 오리피스 크기가 증가하면 밸브를 열기 위한 힘도 증가하며, 솔레노이드 크기를 작게 하면서 큰 오리피스를 열기 위해서는 파이럿이 내부에 사용됩니다.

 내부 파이럿 작동 밸브(Internal Pilot Operated Valve)는 내부에 파이럿과 블리드 오리피스(bleed orifice)가 있으며, 이것들이 밸브 작동을 위한 보조압력을 사용할 수 있도록 해줍니다. 솔레노이드에 전기가 통하지 않을 때 파이럿 오리피스는 닫혀 있게 되고 유체압력은 피스톤과 다이어프램(diaphragm) 위에서 가하고 있어 확실한 닫힘상태를 유지하게 됩니다. 그리고 솔레노이드에 전기가 통할 때, 밸브의 출구쪽을 거쳐 피스톤 또는 다이어프램 위에서부터 압력이 이완되면서 코어가 파이럿 오리피스를 열게 합니다. 또, 유체압력 그 자신은 다이어프램과 피스톤을 주 오리피스로부터 들어 올려 밸브를 열게 합니다.

 이러한 내부 파이럿 작동 밸브에는 열린 상태를 유지하기 위하여 최소한의 밸브 입·출구 압력차를 요구하는 부동(浮動) 다이어프램과 피스톤 그리고 솔레노이드 코어에 의해 기계적으로 고정시켜 열린 상태인 헝 형(Hung-Type) 다이어프램이나 피스톤으로 '0’의 압력차에서 열린 상태를 유지합니다.

 솔레노이드 밸브(액추에이터)는 비례제어 밸브라고도 하며, 비례 방향제어 밸브는 상위 제어기(PLC 또는 전용 제어기)의 신호를 amplifier card가 받아서 상응하는 양에 비례한 전류로 증폭시켜 밸브 코일로 흘려주면 비례 방향제어 밸브의 스풀의 개도량을 비례하게 개방하여 방향과 유량(속도)를 제어합니다. 주로 유압 앱추에이터의 기동과 정지 시의 유압적, 기계적 충격을 감쇄시키거나 액추에이터의 이동 시 속도를 제어하기 위해 사용됩니다.