AC 솔레노이드란?
AC 솔레노이드는 AC 전압, 즉 교류전압을 인가하면 동작하는 솔레노이드를 일컫는 명칭입니다. 참고로 솔레노이드는 구리를 비롯한 전기를 흐르게 하기 위한 도선을 나선형으로 감은 것으로, 일반적으로 코일을 말합니다.
코일은 평면상의 것, 입체적인 것 등 권선 전반을 부르는 반면, 그 중에서도 특히 나선형으로 감은 코일을 솔레노이드 코일, 또는 줄여서 솔레노이드라고 부르고 있습니다.
AC 솔레노이드의 사용 용도
AC 솔레노이드의 사용 용도로 가장 많이 사용되는 것은 솔레노이드 밸브입니다. 솔레노이드 밸브는 그 구조상 반드시 솔레노이드 코일을 사용하기 때문에 솔레노이드 밸브 대신 솔레노이드 밸브(밸브)라고도 합니다.
솔레노이드 밸브는 주로 물이나 기름 등의 유체를 멈추거나 흐르게 하는 밸브에 사용되거나, 2방향 밸브, 3방향 밸브라고도 불리는 유체의 흐르는 방향을 전환하는 밸브에 이용되고 있으며, 가장 가까운 곳에서는 차량용 각종 액추에이터, 가정용으로는 냉장고, 에어컨, 히트펌프 온수기 등 유체의 냉열 사이클을 이용하는 기기에 많이 사용됩니다.
AC 솔레노이드의 원리
AC 솔레노이드의 원리는 전류와 자기장에 의해 발생하는 힘을 이용합니다. 이 전류와 자기장과 힘의 관계는 전자석이나 전자기 유도 현상에 의해 발생하는 기전력으로도 설명할 수 있습니다.
대부분의 사람들이 한 번쯤은 들어봤을 것이고, 물리학에서 가장 먼저 배우는 가장 유명한 전기와 자기장과 힘, 즉 전자기력에 관한 법칙인 ‘플레밍 왼손의 법칙’에서 유래한 것입니다.
자세히 설명하자면, 나선형으로 감긴 코일 안에 왼손 중지와 검지, 엄지손가락을 각각 직각 방향으로 가리켰을 때, 중지 방향으로 전류(코일)를 흐르게 하고 검지 방향으로 자속(철심이나 자석)을 만들면 엄지손가락 방향으로 힘이 발생한다는 원리입니다.
이 전류의 방향을 바꾸고 전원을 켜고 끔으로써 철심이 움직이는 물리 현상을 각종 솔레노이드 밸브 등의 액추에이터에 활용하고 있습니다. 플레밍 왼손의 법칙은 사실 솔레노이드뿐만 아니라 모터를 비롯한 모든 전기로 움직이는 액추에이터에 공통적으로 적용되는 원리입니다.
참고로 이 반대의 플레밍 오른손의 법칙은 외부에서 얻은 힘을 전기로 바꾸는 발전기의 법칙이 됩니다. 어느 쪽이든 전기와 자기장에 의해 힘이 발생한다는 전자기 유도를 이용한 것임에는 변함이 없습니다.
솔레노이드의 종류
솔레노이드가 나선형으로 감긴 코일로 전자기 유도의 법칙에 의해 인가된 전력을 철심부의 기계식 액추에이터의 구동력으로 변환한다는 점은 설명한 바와 같지만, 솔레노이드에는 AC 외에도 DC 솔레노이드가 있는데, 두 가지의 차이점에 대해 설명합니다.
1. AC 솔레노이드
AC로 인한 돌입전류가 발생하기 쉽고, 발생 소음이 비교적 크다.
돌입 전류 시 가동 철심(플런저)을 강하게 흡입하기 때문에 안정성에 문제가 있다.
작동 속도, 흡입력 등 솔레노이드 자체의 특성은 우수하다.
2. DC 솔레노이드
전류값이 일정하여 안정된 동작이 가능하다.
AC 솔레노이드와 달리 돌입전류가 없어 소음이 비교적 적다.
동작 속도가 느리고 전류와 플런저의 흡입력이 작아 솔레노이드 자체의 특성이 AC에 비해 떨어진다.
따라서 특성으로 선택할 경우 AC 솔레노이드를 선택하게 되지만, 과도한 부하가 걸리면 솔레노이드 자체가 타버릴 위험이 있으므로 온도 퓨즈나 과전류 보호 회로 등 안전 동작 대책에 대한 고려가 필요하다.
또한, 가동 철심(플런저)의 동작 형태에 따라 푸시형(코일에서 철심을 밀어내는 방식)과 풀형(코일로 철심을 끌어당기는 방식)으로 나뉩니다. 두 가지 동작을 모두 겸비한 푸시-풀 타입도 존재합니다.
특징적인 솔레노이드는 자기유지형이라는 종류도 있는데, 영구자석을 이용하여 플런저의 위치를 고정할 수 있는 솔레노이드입니다. 이 타입은 플런저를 동작시키는 순간에만 전류를 흘려주면 되고, 고정하는 동안에는 통전할 필요가 없기 때문에 전력 소비를 최대한 억제하고 싶은 용도(축전지 사용 기기 등)에 적합합니다.
한 마디로 솔레노이드라고 해도 다양한 제품 사양이 있으므로 용도에 맞는 사양을 잘 확인한 후 선택하는 것이 중요합니다.