電磁弁のおはなし

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第4話:電磁弁が発生する逆起電圧とサージキラー(サージアブソーバ)について

 標準的な電磁弁(ダイオード等の半導体を内蔵した特殊なコイル等を搭載した製品を除く)は名前の通り、磁性体にコイルを巻いた電磁石と同じです。図-1に示しますインダクタンスと抵抗からなります誘導負荷を持っているために供給電源をOFFにした際に逆起電圧が発生します。

 逆起電圧は交流用で供給電圧の5 倍程度、直流用で供給電圧の15倍程度の電圧が発生します。
 電磁部の大きさ、磁気部品の形状、消費電力などによって異なりますが、定格電圧が100Vの交流用でインダクタンスは0.3~1H、直流抵抗値は30Ω~100Ω程度、定格電圧が120Vの直流用でインダクタンスは吸引時が5~10H、釈放時が10~20H程度、直流抵抗値は400Ω~1500Ω程度です。吸引時は可動コアの動きに伴ってインダクタンスが変化します。本題から外れますが、直流用電磁弁の場合、電流波形から吸引時の可動コアの動きを推測することができます。図-2にその例を示します。

 制御回路の接点保護(アーク放電、グロー放電対策)や逆起電圧によるノイズの低減を目的に、バリスタ、CR 素子、ダイオードなどのサージキラー(サージアブソーバ)を用いた代表的な組み合わせ例を表-1に、それらの波形を図-3から図-9に示します。バリスタまたはCR素子を用いた場合は、釈放作動(OFF作動)の時間遅れは数msec.程度のため問題となることはないと考えます。しかし、直流用電磁弁にダイオードを用いた場合は20~40msec.の遅れが生じるため、アプリケーションによっては考慮が必要な場合もあります。ダイオードを使用した場合の遅れ現象は、コイルの逆起電力エネルギーをジュール熱として消費するため、逆起電圧を完全に消去することができる反面、コイル電流の減衰時間がながいため可動コアの釈放作動が遅れます。

 市場性、有効性や取り扱いの優位性を考えた場合、バリスタはメーカーも種類も多く低価格であり最も適していると考えます。社内におきましても、電磁弁の性能評価試験等で圧力波形等をチャートに記録することが多々ありますが、バリスタの有効性は高くほとんどの場合、波形のノイズを完全になくしてくれます。また、損傷等のトラブルを経験したこともありません。
 バリスタの選定に際しては、バリスタ電圧は直流、交流共に、供給電源電圧の2倍程度、エネルギー耐量(2ms)は20J程度の容量を持ったものが適しています。

日本アスコでは、サージキラー(サージアブソーバ)を製品に添付して納品することが可能です。
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電 源
サージキラー(サージアブソーバ)
波 形
最高逆起電圧
直流用
120VDC
なし
図-3
1500V
バリスタ(公称バリスタ電圧200V)
図-4
240V
CR素子(0.2μF+120Ω)
図-5
500V
ダイオード(300V 0 .5A)
図-6
0V
交流用
 100V/60Hz
なし
図-7
400V
バリスタ(公称バリスタ電圧200V)
図-8
240V
CR素子(0.2μF+120Ω)
図-9
300V
表-1 逆起電圧例
電磁部等価回路   直流用電流波形例

直流用逆起電圧例(サージキラーなし)   直流用逆起電圧例(バリスター)

直流用逆起電圧例(CR素子)   直流用逆起電圧例(ダイオード)

交流用逆起電圧例(サージキラーなし)   交流用逆起電圧例(バリスター)

交流用逆起電圧例(CR素子)    
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