# 節能電磁線圈的正確瓦數該如何選擇？

> Source: https://rodlesspneumatic.com/zh-hant/blog/choosing-the-proper-wattage-for-energy-saving-solenoid-coils/
> Language: zh-Hant

## Summary

依據經驗證的 1 W 至 0.35 W 資料、正確壓降計算、峰值電流檢查、熱限制與實機測試，選擇電磁線圈瓦數。

## Page Content

# 節能電磁線圈的正確瓦數該如何選擇？

節能電磁線圈的正確瓦數，是指經核准的閥與線圈配置在實際安裝端電壓下，能可靠吸合、保持到位、準時釋放，並且不超出電氣與熱限制的額定功率。不能只看連接口徑、標稱電壓或單純比較瓦數就安全地完成選型。

先確認確切的閥零件編號與工作範圍。接著核對線圈的吸合或峰值電流、保持電流、容許電壓範圍、通電率、溫度限制、接頭電子元件、抑制電路與響應資料。最後確認 PLC 輸出與配線能在壓降不過大的情況下提供峰值電流，並在最不利條件下驗證整套組裝迴路。

> 重點摘要 Festo 的 VUVG 文件記載一種可將 24 VDC 功率從 1 W 降至 0.35 W 的選項，但該數值只適用於特定配置。 對被動式 DC 線圈而言，較低的端電壓會降低電流與功率，不會使電流增加。 峰值保持驅動器必須分別設定峰值電流、維持時間、保持電流與 PWM。 PLC 的單點、群組、模組與突入電流限制都必須檢查。 最終決策取決於實際安裝後的低電壓、高溫、低溫、壓力、時序與釋放測試。

線圈額定瓦數 是製造商在指定條件下標示的電氣輸入，不是閥切換力的直接量測值。

峰值保持控制 會先施加足以移動銜鐵的較高電流，吸合後再降低電流，以限制保持功率與發熱。峰值、轉換時間與保持電流必須與閥和線圈相符。

[Video: 節能電磁線圈的正確瓦數該如何選擇？](https://i.ytimg.com/vi_webp/F2NIMsYhrsc/hqdefault.webp)

## 為什麼只看瓦數不足以選擇電磁線圈？

Festo 2026 年 5 月的 VUVG 技術資料列出一種 24 VDC、1 W 的配置，以及採保持電流降低功能的 0.35 W 配置。這些數值證明確實存在節能選項，但不能據此為每一種閥尺寸或迴路訂出通用瓦數（[Festo VUVG 技術資料](https://www.festo.com.cn/media/catalog/205295_documentation.pdf)，2026）。

線圈的電氣輸入只是機電系統的一部分。閥製造商已協調繞組、磁極幾何、氣隙、銜鐵質量、復位彈簧、摩擦、先導配置、壓力作用力、密封與容許溫升。電壓與瓦數相同的兩個線圈，不一定具有相同的電流波形、磁力、行程或釋放行為。

同理，「磁力隨電流平方增加、隨氣隙平方減少」的理想化敘述也不是選型方程式。真實電磁鐵具有漏磁通、邊緣磁通、磁飽和、不均勻氣隙、渦電流效應與幾何形狀特定的力曲線。有製造商的力—電流或響應資料時應優先採用；若無，則使用經核准的閥與線圈組合並進行測試。

阻礙吸合的負載可能包括：

- 復位彈簧力與銜鐵慣性

- 密封與軸承的啟動摩擦

- 取決於閥架構的壓力與流動作用力

- 先導操作閥的先導壓力需求

- 污染、潤滑狀態、振動與低溫效應

- 影響釋放的殘磁與機械公差

因此，連接口徑不是查找瓦數的索引。小型先導操作閥的線圈功率可能低於更小的直動式閥，因為電磁鐵移動的是先導元件，而不是主流路的密封元件。比較不同閥結構前，請先閱讀[滑閥芯與提升閥芯流路指南](/zh-hant/blog/spool-vs-poppet-a-deeper-dive-into-sealing-and-flow-path-dynamics/)。

正確的規格對象不是「一個 24 VDC、2 W 線圈」，而是「這個線圈安裝在這個閥操作器上，搭配這個接頭或驅動器，由這個輸出迴路供電，並在這段電壓與溫度範圍內工作」。瓦數可以用來初篩候選項，但只有完整配置才能獲得核准。

## 固定功率與峰值保持線圈的行為有何不同？

Texas Instruments 的 DRV110 提供四個彼此獨立的控制量：峰值電流、維持時間、保持電流與 PWM 頻率。這項區分說明了為什麼單一穩態瓦數無法準確表示峰值保持線圈（[Texas Instruments DRV110](https://www.ti.com/product/DRV110)；[DRV110 資料表](https://www.ti.com/lit/ds/symlink/drv110.pdf)）。

被動式 DC 線圈直接接到電壓輸出時，電流由其電阻與電感決定。通電後，電流逐漸上升到穩態值。電功率接著在繞組中轉為熱，並經由操作器、閥體、接頭、周圍空氣與安裝結構傳散。

峰值保持控制器則會調節電流波形。它先提供指定峰值以移動銜鐵，維持一段指定時間，再把電流降到保持值。較低的保持值可以減少穩態發熱，但前提是已成功吸合。峰值電流太低或維持時間太短時，銜鐵可能停滯；保持電流太低時，振動、壓力、溫度或污染可能造成掉落。

> Figure: 依 DRV110 控制架構繪製的概念性峰值保持電流曲線。圖中刻意不提供通用電流與時間值，因為正確設定取決於所選的線圈與閥。

有些節能線圈把電子元件整合在接頭或操作器內，另一些則需要外部驅動器。不要只因為平均功率似乎可以降低，就替一般線圈加上外部 PWM。繞組、反激網路、輸出電晶體、接頭 LED、診斷電路、電磁相容行為與釋放時間需求，都必須支援這種控制方式。[PWM 控制指南](/zh-hant/blog/pulse-width-modulation-pwm-control-for-digital-pneumatic-valves-and-cylinders/)會更深入說明控制原理。

## 選型時應納入哪些電氣計算？

ABB 在繞組電阻計算中使用約每開爾文 0.0039 的銅電阻溫度係數。這一點很重要，因為熱銅繞組的電阻高於冷繞組，所以被動式電壓驅動 DC 線圈升溫時，穩態電流會下降（[ABB 應用說明](https://library.e.abb.com/public/194811e319ce2bb7c2256f9e00324a2f/applicationCT_accuracylimitfactorENa.pdf)）。

對穩態下的被動式 DC 線圈：

I = V c o i l R T I = \frac{V_{\mathrm{coil}}}{R_T}

P = V c o i l I = V c o i l 2 R T P = V_{\mathrm{coil}} I = \frac{V_{\mathrm{coil}}^2}{R_T}

其中， I I 是線圈電流； V c o i l V_{\mathrm{coil}} 是在線圈通電時量得的端電壓； R T R_T 是溫度 T T 下的繞組電阻； P P 是繞組輸入功率。這些關係式適用於電感暫態之後的被動式 DC 繞組，不能描述電流調節型峰值保持驅動器。

依有文件記錄的參考量測值估算熱繞組電阻：

R T = R r e f [ 1 + α ( T − T r e f ) ] R_T = R_{\mathrm{ref}}\left[1 + \alpha\left(T - T_{\mathrm{ref}}\right)\right]

其中， R r e f R_{\mathrm{ref}} 是參考溫度 T r e f T_{\mathrm{ref}} 下的電阻； R T R_T 是溫度 T T 下的電阻； α \alpha 是適用於導體與參考慣例的溫度係數。有線圈製造商資料時，應優先採用。

真正重要的不是電源供應器銘牌，而是線圈端電壓：

V c o i l = V s u p p l y − Δ V o u t p u t − I R l o o p V_{\mathrm{coil}} = V_{\mathrm{supply}} - \Delta V_{\mathrm{output}} - I R_{\mathrm{loop}}

其中， V s u p p l y V_{\mathrm{supply}} 是帶載供電電壓； Δ V o u t p u t \Delta V_{\mathrm{output}} 是 PLC 或驅動器的導通壓降； R l o o p R_{\mathrm{loop}} 包含去程與回程導線、端子、接頭及接點。這些數值要在峰值電流區間內量測，不能只在閥未接上時量測。

### 修正常見的低電壓計算錯誤

假設有一個被動式 24 VDC 線圈，在 20°C 參考條件下額定功率為 11 W。其參考電阻計算如下：

R r e f = V r a t e d 2 P r a t e d = ( 24   V ) 2 11   W ≈ 52.36   Ω R_{\mathrm{ref}} = \frac{V_{\mathrm{rated}}^2}{P_{\mathrm{rated}}} = \frac{(24\ \mathrm{V})^2}{11\ \mathrm{W}} \approx 52.36\ \Omega

若估計繞組溫度為 80°C，且 α \alpha 為每開爾文 0.00393，估算的熱電阻約為 64.7 Ω。當線圈端電壓為 19.5 V 時：

I = 19.5   V 64.7   Ω ≈ 0.301   A I = \frac{19.5\ \mathrm{V}}{64.7\ \Omega} \approx 0.301\ \mathrm{A}

P = ( 19.5   V ) 2 64.7   Ω ≈ 5.88   W P = \frac{(19.5\ \mathrm{V})^2}{64.7\ \Omega} \approx 5.88\ \mathrm{W}

較低的端電壓不會使電流增加到 0.524 A。錯誤答案是把 11 W 額定值視為固定功率，再除以 21 V 或 19.5 V 得出的。被動式電阻不會維持定功率。此外，19.5 V 只有 24 V 的 81.25%，因此必須與這個閥線圈的確切電壓容差比較，不能直接說一定可以接受。

這項計算仍不能證明閥一定會切換，它只估算電氣條件。磁性性能、壓力能力、響應與溫升，仍屬於特定配置的測試或型錄問題。請用另一篇[電磁閥電壓容差指南](/zh-hant/blog/the-impact-of-voltage-tolerance-on-solenoid-valve-performance/)建立供電範圍，並參閱[線圈電感如何影響電磁鐵響應](/zh-hant/blog/how-does-coil-inductance-affect-solenoid-response-time-in-pneumatic-systems/)，了解相關暫態行為。

## 如何檢查 PLC 輸出容量與同時突入電流？

Siemens ET 200SP 的一款數位輸出模組規格為八個 24 VDC、0.5 A 輸出，但其手冊也另外定義模組、短路、負載與診斷條件。這說明只知道「24 VDC 輸出」不足以核准線圈（[Siemens ET 200SP 手冊](https://support.industry.siemens.com/cs/attachments/109955771/et200sp_di_dq_8x24vdc_0.5a_st_manual_en-US_en-US.pdf)）。

檢查所有適用限制：

- 每個輸出點的連續電流

- 每個輸出點的峰值或突入電流及容許持續時間

- 每個群組、共用端、接頭與模組的總電流

- 環境溫度降額與安裝方向限制

- 所需電流下的輸出導通壓降

- 關閉狀態漏電流與殘餘電壓

- 短路、過載、負載開路與斷線診斷

- 切換頻率、感性負載額定值與外部抑制規則

若一組閥會同時接到命令，應計算合理最不利的峰值：

I g r o u p , p e a k = ∑ k = 1 n I p e a k , k I_{\mathrm{group,peak}} = \sum_{k=1}^{n} I_{\mathrm{peak},k}

其中， I g r o u p , p e a k I_{\mathrm{group,peak}} 是同時發生的群組電流； I p e a k , k I_{\mathrm{peak},k} 是閥 k k 的峰值電流； n n 是可能重疊通電的線圈數量。再加入同一供電分支上的其他負載，評估電源、保險絲、輸出模組、接頭與共用回路。

不要假設軟體錯開時序就能消除電氣峰值。緊急復歸、啟動初始化、配方變更、通訊恢復或同時連鎖，可能會一起命令多個輸出。若錯開時序是控制要求，請記錄保證延遲時間，並測試異常重新啟動狀態。

在合理最不利的群組通電時，同時量測模組與最遠端線圈的帶載供電電壓。只用一條短電纜做台架測試，可能看不出會影響整個閥島的共用回路壓降。涉及短暫峰值或驅動器轉換時，示波器或高速資料記錄器的波形更具參考價值。

最能揭示問題的電壓量測方式使用兩個同步通道：一個量測輸出模組電源，另一個量測線圈端電壓。兩者差值可以把電源下陷，與輸出、接頭及電纜損失分開。機櫃內的單一萬用電表讀值可能顯示「24 V」，但遠端線圈在吸合期間實際收到的電壓可能明顯較低。

## 溫度、通電率、壓力與響應時間如何改變選型？

ISO 12238:2023 規定電控或氣控二位與三位方向控制閥的切換時間測試程序。它提供的是量測框架，不是通用響應時間或瓦數裕量（[ISO 12238:2023](https://www.iso.org/standard/77084.html)）。

溫度會同時改變繞組與閥。熱銅電阻上升，會使固定電壓下的被動式線圈電流下降；另一方面，高溫或低溫下的密封、潤滑劑黏度、尺寸變化、先導流量與電子元件也可能改變機械行為。因此，環境溫度、介質溫度、外殼溫度、相鄰閥發熱、安裝方式、氣流與通電率都應取自確切資料表，並在實際可行時於驗證中重現。

壓力也會透過真實的閥架構產生作用。直動式操作器必須克服適用的壓力作用力來移動密封元件；先導操作閥必須先驅動先導級，而且仍需足夠的先導壓力與流量來切換主級。選擇更高瓦數不能補償超出規定壓力範圍的操作。

通電率不應只記一個「連續」標籤。應記錄：

- 最長連續通電時間

- 切換頻率與最短斷電時間

- 相鄰通電線圈數量

- 啟動與異常狀態命令模式

- 機櫃、閥島與介質溫度

- 各測試條件所需的吸合與釋放時間

響應時間要從明確定義的電氣事件量到明確定義的氣動事件。線圈電流上升、銜鐵移動、閥芯切換、連接口壓力變化、管路充氣與致動器動作，都是不同的延遲。[閥響應時間量測指南](/zh-hant/blog/how-is-pneumatic-solenoid-valve-response-time-measured-a-complete-guide/)說明如何分開這些邊界。

## 抑制電路與極性應如何配對？

SMC 現行 S070 說明依電壓與接頭配置列出二極體或壓敏電阻保護，並標示適用 DC 版本的極性。這再次說明選型必須依完整零件編號，不能只看電壓與瓦數（[SMC S070 說明](https://www.smc.com.cn/upfiles/etc/international/imm/S070-TF2Z543EN.pdf)）。

感性線圈的電流中斷時會產生電壓暫態。抑制電路可以保護開關元件，但箝位方式會改變電流衰減速度。相較於較高電壓的 TVS 或其他核准網路，簡單的反激二極體通常會產生較低箝位電壓與較慢的電流衰減。電流衰減較慢可能延遲銜鐵與閥芯釋放。

以下介面要一起檢查：

- 線圈極性、接頭腳位、LED、整流器與抑制電路

- PLC 電晶體類型與容許感性負載

- 內建與外部箝位的位置

- 最大輸出電壓與暫態能量額定值

- 所需釋放時間與安全斷電狀態

- 殘餘漏電流與診斷相容性

不要把通用電容並在線圈兩端，當成壓降的補救方法。這可能增加輸出突波電流、延緩釋放、掩蓋診斷，或超過輸出的容性負載限制。若接頭內已含抑制元件，除非兩家製造商都核准該組合，否則不要再並聯第二個抑制元件。

安全是系統屬性。ISO 13849-1:2023 說明控制系統安全相關部件的設計方法；線圈不會只因瓦數低或接頭具有抑制功能就成為安全額定元件（[ISO 13849-1:2023](https://www.iso.org/standard/73481.html)）。迴路架構、診斷、故障反應、閥行為與驗證，都必須支援所需安全功能。

## 實用的電磁線圈瓦數選型流程

SMC 現行 S070 說明對文件所列產品系列規定 ±10% 額定電壓容差，而 0.1 W 保持選項只限特定的 24 VDC 插頭引線配置。這些界線顯示選型流程最終必須落在確切訂購代碼，而不是籠統的低功率類別（[SMC S070 說明](https://www.smc.com.cn/upfiles/etc/international/imm/S070-TF2Z543EN.pdf)）。

- 定義閥的工作條件。 記錄功能、常態位置、連接口、流量需求、壓力範圍、先導條件、介質、切換頻率、通電時間，以及所需吸合與釋放時序。

- 先選擇閥架構。 確認確切的閥或閥島站能滿足氣動與環境要求。

- 列出核准的線圈選項。 針對每個確切線圈與接頭，收集標稱電壓、容許電壓範圍、峰值或突入電流、維持時間、保持電流或功率、通電率、溫度限制、絕緣、保護、極性與響應資料。

- 計算實際安裝的電氣範圍。 納入帶載供電容差、輸出壓降、冷熱配線電阻、端子、接頭與共用回路。被動式線圈計算要與調節型驅動器行為分開。

- 檢查控制硬體。 確認單點、群組、模組、接頭、共用端、保險絲與電源供應器對連續電流及同時峰值電流的限制。

- 配對抑制與診斷。 確認箝位類型、極性、對釋放時間的影響、殘餘電流，以及負載開路或斷線診斷的行為。

- 驗證組裝後的迴路。 發行前測試確切的閥、線圈、接頭、電纜、輸出、電源、壓力、溫度、通電率與軟體命令模式。

> Figure: 這套流程把閥的氣動任務放在瓦數最佳化之前。型錄選型與實際安裝驗證缺一不可。

這套流程也能避免與另外兩種決策混淆。若目標是設計電磁致動器，而不是選擇型錄閥，請使用[電磁柱塞磁力計算指南](/zh-hant/blog/how-to-calculate-the-force-generated-by-a-valves-solenoid-plunger/)。如果已知確切相容配置，剩下的問題是工廠層級的能源或回收期，請參閱[低功率電磁閥商務指南](/zh-hant/blog/low-power-solenoid-valves-a-guide-for-energy-conscious-plant-managers/)。

## 所選線圈應如何驗證？

SMC S070 說明要求在規定的電壓、壓力、溫度、振動與衝擊條件內操作，而 ISO 12238:2023 定義可重複的切換時間測試邊界。兩者都支持驗證實際安裝配置，而不是只憑室溫台架上聽到一次作動聲就接受（[SMC S070 說明](https://www.smc.com.cn/upfiles/etc/international/imm/S070-TF2Z543EN.pdf)；[ISO 12238:2023](https://www.iso.org/standard/77084.html)）。

使用與量產相當的硬體，並記錄韌體或邏輯版本。至少要測試：

| 測試條件 | 施加條件 | 記錄項目 |
| --- | --- | --- |
| 最低端電壓 | 合理最低的帶載供電、最大電纜壓降、熱繞組 | 線圈電壓與電流波形、吸合成功與否、切換時間 |
| 冷啟動 | 規定的最低環境與介質條件 | 第一循環吸合、先導行為、時序、重複性 |
| 高溫穩態 | 最大通電率、相鄰線圈通電、最高環境與介質溫度 | 線圈或操作器溫度、保持穩定性、電流、時序 |
| 壓力極限 | 適用的最低先導壓力與最高工作壓力 | 閥芯完整切換、連接口壓力曲線、洩漏、時序 |
| 同時命令 | 合理最不利的輸出重疊與重新啟動順序 | 供電與共用回路下陷、模組狀態、診斷 |
| 斷電 | 核准的抑制方式與最不利高溫條件 | 電流衰減、銜鐵或壓力釋放時間、安全狀態 |
| 耐久樣本 | 具代表性的切換與通電率 | 電流、溫度、時序、洩漏與故障歷程的漂移 |

在線圈端電壓與電流波形、命令及閥狀態指標之間使用同一時間基準，例如連接口壓力或經驗證的閥芯位置訊號。聽到聲音或看到 LED 亮起，不能證明閥芯已到達要求位置。

測試前先設定驗收標準。採用製造商額定值、機台時序預算、所需安全狀態與控制硬體限制。不要自行設定通用的 1.5 或 2.0 安全係數，再假設它能同時涵蓋溫度、污染、電纜損失與壓力。每一種不確定性的物理影響都不同。

記錄完整的核准配置：

- 閥、閥島、線圈、接頭、密封與電壓訂購代碼

- 電源供應器、輸出模組、通道、保險絲與配線細節

- 抑制方式與極性

- 適用時的峰值電流、維持時間、保持電流與 PWM 設定

- 軟體錯開時序或重新啟動規則

- 測試條件、儀器、原始波形、結果與核准版次

若其中任何項目變更，都要進行影響審查。即使標示瓦數不變，更換接頭也可能改變抑制、極性、診斷與釋放時間。

## 選型原則

Festo 的 1 W 至 0.35 W 選項，以及 SMC 的 0.35 W 至 0.1 W 峰值保持範例，證明特定產品配置確實能大幅降低保持功率。兩個數值都不是其他閥系列的通用目標（[Festo VUVG 技術資料](https://www.festo.com.cn/media/catalog/205295_documentation.pdf)；[SMC S070 說明](https://www.smc.com.cn/upfiles/etc/international/imm/S070-TF2Z543EN.pdf)）。

選擇能通過實際氣動工作條件、端電壓、電流容量、溫度、時序、抑制、診斷與釋放檢查的最低功率核准線圈配置。不要先挑表格中瓦數最低的線圈，再設法讓閥勉強配合。

針對新機台，請向閥供應商索取確切電流波形、電壓容差、響應測試條件、熱限制、抑制電路與相容輸出要求。訂購樣品前，倍拓氣動可協助根據閥與閥島配置交叉核對這些項目。

## 常見問題

Texas Instruments 把峰值保持驅動器分為四項設定，而 ISO 13849-1:2023 則把安全視為控制系統設計問題。以下五個問題會把這些界線套用到常見的規格陷阱（[Texas Instruments DRV110](https://www.ti.com/product/DRV110)；[ISO 13849-1:2023](https://www.iso.org/standard/73481.html)）。

### 只看線圈瓦數，能判斷電磁閥是否相容嗎？

不能。瓦數無法反映閥操作器幾何、壓力作用力、先導配置、繞組溫度、電流波形、接頭電子元件、抑制電路或響應。應為確切的閥與電壓選擇核准線圈，再驗證實際安裝後的電氣與氣動工作範圍。

### 為什麼被動式 DC 線圈的電壓降低時，電流不會增加？

在穩態下，被動式 DC 線圈遵循 I = V / R I = V/R 。電阻不變時，降低端電壓會使電流與功率下降。熱銅繞組的電阻更高，電流還會進一步降低。定電流或峰值保持電子電路的行為不同，必須依控制設定與資料表分析。

### 可以在標準電磁線圈上加 PWM 來降低保持功率嗎？

只有在線圈、閥、驅動器、輸出硬體、抑制、診斷與電磁相容要求全都允許時才可以。峰值電流、維持時間、保持電流與 PWM 頻率都必須驗證。未經核准的 PWM 可能造成吸合不完全、掉落、驅動器應力過高、雜訊、發熱或釋放延遲。

### 保持瓦數低，就代表閥適合安全功能嗎？

不是。低瓦數是能源與熱特性，不是安全類別或性能等級。安全功能取決於控制架構、閥行為、診斷、故障反應、共因控制，以及機台風險評估與適用標準所要求的驗證。

### 核准線圈前應測試哪些條件？

至少要以確切的安裝配置測試最低負載端電壓、冷啟動、最大通電率與溫度、適用壓力極限、最大同時輸出負載、異常重新啟動及斷電。依預先訂定的驗收標準，記錄電流、線圈電壓、溫度、閥狀態時序、診斷、洩漏與安全狀態行為。

### 資料來源

- [Festo VUVG 技術資料](https://www.festo.com.cn/media/catalog/205295_documentation.pdf)，2026-05 版。

- [SMC S070 安全與維護說明](https://www.smc.com.cn/upfiles/etc/international/imm/S070-TF2Z543EN.pdf)，檢索日期：2026-07-26。

- [Texas Instruments DRV110 產品頁面](https://www.ti.com/product/DRV110)與[資料表](https://www.ti.com/lit/ds/symlink/drv110.pdf)。

- [ISO 12238:2023](https://www.iso.org/standard/77084.html)，氣動方向控制閥切換時間測試。

- [ISO 13849-1:2023](https://www.iso.org/standard/73481.html)，控制系統的安全相關部件。

- [Siemens ET 200SP 數位輸出模組手冊](https://support.industry.siemens.com/cs/attachments/109955771/et200sp_di_dq_8x24vdc_0.5a_st_manual_en-US_en-US.pdf)。

- [ABB 繞組電阻溫度修正說明](https://library.e.abb.com/public/194811e319ce2bb7c2256f9e00324a2f/applicationCT_accuracylimitfactorENa.pdf)。