# 電壓容差對電磁閥性能的影響

> Source: https://rodlesspneumatic.com/zh-hant/blog/the-impact-of-voltage-tolerance-on-solenoid-valve-performance/
> Language: zh-Hant

## Summary

了解電磁閥容許電壓為何取決於確切線圈與閥門配置，並透過帶負載端子電壓、熱態吸合、壓差與驅動器檢查完成試運轉驗證。

## Page Content

# 電壓容差對電磁閥性能的影響

電磁閥電壓容差，是指在規定運轉條件下，於線圈端子量測的某一份有文件記錄之線圈與閥門配置可接受電壓範圍。 這不是通用的 ±10% 規則。24 VDC 電源在輸出關閉時可能讀到 24.0 V，但通電線圈實際收到的電壓可能因輸出電晶體、長電纜、接頭電阻、共用負載或限流驅動器而較低。安裝後的閥門必須證明什麼？它必須在文件公布範圍的上下限都能吸合、保持換向、釋放，並維持在熱限制內。請在電壓真正供給線圈的位置量測。

> 重點摘要 SMC 的一個系列允許 -15% 至 +10%，而其他有文件記錄的線圈採用 ±10%。 吸合所需電流可能高於保持電流。 請檢查通電線圈端子的電壓，不要只看電源端。 在實際壓差下驗證冷態與熱態運轉。

## 為什麼電磁閥電壓容差取決於確切型號？

SMC VS4 允許 -15% 至 +10%，而 Bürkert Type 5411 規定 ±10%（[SMC](https://www.smcworld.com/catalog/en/directional/VS-E/1-p2025-2030-vs410_en/data/1-p2025-2030-vs410_en.pdf); [Bürkert](https://www.burkert.com/en/Media/plm/DTS/DS/ds5411-standard-eu-en.pdf?id=DTS0000000000000001000011018ENH)，查閱日期：2026）。兩者都有 24 VDC 版本，證明僅靠額定電壓無法定義可接受範圍。請使用確切型號的文件。

在 24 VDC 下，SMC 的範圍下限為 20.4 V，而一個 ±10% 的 Festo VUVG 範例下限為 21.6 V（[Festo](https://www.festo.com/us/en/a/8042539/)，查閱日期：2026）。兩者的上限都是 26.4 V。ASCO Series 275/375 提供第三種界線：其列出的 12 或 24 VDC 版本為 +10%/-5%，指定的 AC 版本則為 +10%/-15%。因此，其 24 VDC 範例從 22.8 V 起算，比 SMC 的下限高 2.4 V（ASCO，查閱日期：2026）。這些算術換算只是比較文件，不能據此核准另一種閥門。

> Figure: 額定電壓只是參考點；不同有文件記錄的產品範例，其可接受下限可能不同。

根據我們審查替換件詢價單的經驗，單獨寫上一行「±10%」往往帶來的問題比答案更多。實用的紀錄應把這個百分比綁定到線圈與閥門代碼，並記錄電氣類型、頻率、接頭與抑制元件；額定通電方式、環境溫度範圍、壓差與先導要求也同樣要列明。文件修訂版次也要記錄。否則維護人員可能裝上一個實體相容、但電氣範圍不同的線圈。它的釋放行為或核准狀態可能與通過機台測試的零件不同，溫度能力也可能不足以符合安裝條件。

## 低電壓會在吸合期間改變什麼？

Festo 將吸合電流與保持電流分開。一份 2024 年資料表規定，額定吸合電流為 138 mA、最長持續 70 ms，之後降至 50 mA；低電壓在銜鐵就位並完成這段啟動時間之前影響最大（[Festo](https://media.festo.com/media/205201_documentation.pdf)，2024）。

吸合是一個要求較高的動作。在起始氣隙下，靜摩擦與彈簧負載會阻礙運動；直動元件也可能抵抗壓力作用力。先導操作還需要最低壓差與先導流量。銜鐵就位後，較小的磁隙可能允許較低的保持電流。通電不足可能造成嗡鳴或抖動。閥芯可能延遲動作，甚至在沒有建立指令氣路的情況下出現可聽見的喀聲。這個聲音只能證明某處發生了撞擊，不能確認閥芯已完整移動或先導轉換已完成。出口壓力與所需流量仍未獲證明。請依照[電磁閥故障排查流程](/zh-hant/blog/how-to-troubleshoot-a-failing-pneumatic-solenoid-valve/)，區分這些可能路徑。

可將熟知的電流平方磁力關係視為篩選模型。在冷態電阻固定時，90% 的電壓會得到 90% 的電流；理想的電流平方項因此會降至 81%。實際情況更複雜。工作氣隙與鋼材飽和會產生影響，漏磁通或磁極幾何形狀也可能改變曲線。彈簧負載、摩擦、壓力、溫度與驅動器波形會另外引入不確定性。若要進行完整的力－行程分析，請參考[電磁閥柱塞力指南](/zh-hant/blog/how-to-calculate-the-force-generated-by-a-valves-solenoid-plunger/)。

## 為什麼熱線圈的電壓餘量會縮小？

NIST 將 0.00393   ∘ C − 1 {0.00393}\,\mathrm{^\circ C^{-1}} 定義為 20°C 參考條件下退火銅的電阻－溫度係數（[NIST](https://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/Legacy/circ/nbscircular31e2.pdf)，查閱日期：2026）。這個影響可以量測。繞組溫升 60°C 依一階近似會增加約 23.6% 的電阻；當端子電壓不變時，直流電流與吸合餘量便會降低。

對於電壓驅動的直流線圈，先從安裝後的電氣狀態開始：

I D C ( T ) = V c o i l R ( T ) I_{\mathrm{DC}}(T) = \frac{V_{\mathrm{coil}}}{R(T)}

I D C ( T ) I_{\mathrm{DC}}(T) 表示繞組溫度為 T T 。量得的通電端子電壓為 V c o i l V_{\mathrm{coil}} ，而 R ( T ) R(T) 為熱態繞組電阻。此方程式不包含 AC 感抗與電流調節式 PWM 的行為。若端子電壓固定而電阻增加 23.6%，理想比值會變成 I h o t / I 20 = 1 / 1.236 ≈ 0.809 I_{\mathrm{hot}}/I_{20} = 1/1.236 \approx 0.809 。不要把這個結果重新標示成保證的 19.1% 力損失。電流轉換為作用力的關係取決於銜鐵位置與磁路幾何形狀，飽和與漏磁還可能進一步改變結果。

線圈表面溫度不等於繞組溫度。額定瓦數也不能揭示熱態吸合電流。請參考[介質溫度與電磁閥運轉](/zh-hant/blog/the-impact-of-media-temperature-on-solenoid-valve-operation/)，了解可重複執行、以電阻為基礎的診斷方法；這個方法不會假裝自己就是總成額定值。

在審查間歇性熱態故障時，冷態工作台結果只能作為基準。關鍵測試是在通電負載與環境條件使線圈穩定後，對線圈端子施加文件規定的下限電壓。設備可能冷態通過，逐漸升溫後卻失去電流餘量，即使電源電壓從未改變。請將線圈端子電壓與電流，和繞組溫度估算值、入口壓力、出口壓力、指令訊號及已確認的閥門狀態放在同一時間基準上記錄。這條對齊的曲線能區分電氣界線與壓力或機械問題。

## 找出線圈端子的電壓損失

SMC 指出，某個 SY 系列節能電路約有 0.5 V 的電晶體壓降，並要求使用者將其納入允許波動檢查（[SMC SY 注意事項](https://ca01.smcworld.com/catalog/BEST-5-1-en/es11-103-sy/spdfdata/es11-103-sy_254sp.htm)，查閱日期：2026）。在額定 24 V 的電路中，計入電纜或接頭損失之前，這個內部壓降就已消耗約 2.1%。

使用帶負載的電壓預算：

V c o i l = V s u p p l y − ( Δ V o u t p u t + Δ V c a b l e + Δ V c o n n e c t o r ) V_{\mathrm{coil}} = V_{\mathrm{supply}} - \left(\Delta V_{\mathrm{output}} + \Delta V_{\mathrm{cable}} + \Delta V_{\mathrm{connector}}\right)

V s u p p l y V_{\mathrm{supply}} 是指令期間的電源電壓。這些壓降項目涵蓋 PLC 或驅動器輸出、電纜的兩條導線，以及接點或接頭。任何已確認的串聯元件也要加入。直接跨接線圈端子量測，可以取得合併後的結果，不會被分散的假設掩蓋。

> Figure: 在證明指令氣動狀態之前，應按照從電源到負載的順序工作，因為單一量測不能取代整個流程。

診斷時，請在相關熱浸或冷浸條件完成後記錄第一個指令。循環運轉期間及鄰近負載切換時也要重複記錄。頻寬很重要；反應慢的顯示器可能把短暫的吸合電壓下陷平均掉，或看不出 PWM 峰值。斷電後的電阻或導通測試必須先完成隔離。通電電壓與電流量測需要合格人員，並遵守現場電氣安全程序。關斷狀態也應單獨記錄，因為漏電可能延遲釋放，或使低功率操作器保持部分通電。請在移除指令後或釋放變慢時檢查這條路徑。

## AC、DC 與電流控制線圈應如何處理？

電氣架構會改變測試方式。ASCO 在一個閥門系列中列出 DC 為 +10%/-5%、AC 為 +10%/-15%。TI 的 DRV110 則先施加峰值電流，再切換到較低的保持電流（ASCO；[Texas Instruments](https://www.ti.com/product/DRV110)，查閱日期：2026）。這是不同的電氣系統，因此一條電壓－作用力規則無法描述三者。

| 線圈或驅動器類型 | 必須檢查的項目 | 常見錯誤捷徑 |
| --- | --- | --- |
| 單純直流電阻線圈 | 帶負載端子電壓、熱態電阻、吸合電流、穩態電流、通電方式 | 在所有溫度都套用冷態銘牌瓦數 |
| AC 線圈 | 電壓、頻率、湧入電流、保持電流、銜鐵就位、遮蔽元件 | 把它當作直流電阻負載 |
| 峰值－保持驅動器 | 最低峰值電流、峰值持續時間、保持電流、PWM 行為、故障保護 | 只用反應慢的電表檢查平均電壓 |
| 先導式閥門 | 所有電氣檢查，加上最低先導壓差與排氣狀態 | 把每一次未換向都歸咎於電氣故障 |

抑制硬體也會改變電路：二極體或齊納二極體可能改變釋放時間，變阻器或電子箝位也可能改變控制器側電壓。請把閥門與輸出模組的說明視為一組配套文件。AC 與 DC 版本可能共用同一閥體，卻需要不同頻率、接頭、抑制元件與替換代碼。若時序是驗收項目，請使用[電磁閥反應時間指南](/zh-hant/blog/how-is-pneumatic-solenoid-valve-response-time-measured-a-complete-guide/)。關於電氣架構，請參考[AC 與 DC 線圈比較](/zh-hant/blog/which-solenoid-coil-type-offers-faster-response-time-dc-or-ac-pneumatic-valves/)。

## 電壓容差試運轉測試矩陣

Bürkert 列出的 Type 5411 開啟時間為 50 ms、關閉時間為 30 ms，測試條件是 20°C、入口壓力 6 bar、壓差 1 bar 與額定電壓（[Bürkert](https://www.burkert.com/en/Media/plm/DTS/DS/ds5411-standard-eu-en.pdf?id=DTS0000000000000001000011018ENH)，查閱日期：2026）。這些條件使型錄時序成為測試參考，而不是機台保證。

請保持在公布限制內。不要只是為了找出破壞閾值或製造人為故障，就讓元件在額定範圍外運轉。

| 測試狀態 | 電氣條件 | 氣動與熱條件 | 驗收證據 |
| --- | --- | --- | --- |
| 身分確認 | 確切線圈電壓、AC/DC 類型、頻率、接頭、驅動器 | 確切閥門代碼與功能 | 安裝零件與核准文件一致 |
| 冷啟動 | 公布的電壓下限 | 最低環境溫度、第一個指令、有效範圍內最不利壓力 | 完整換向並釋放，且無抖動 |
| 熱態吸合 | 線圈端子的公布電壓下限 | 通電狀態穩定後的最大有效環境溫度與壓差 | 電流與氣動狀態符合驗收限制 |
| 電壓上限 | 公布的上限 | 最大通電狀態與環境溫度 | 無異常電流、溫度、噪音、洩漏或釋放失敗 |
| 共用負載事件 | 觀察到的最低電源電壓 | 其他輸出與致動器正在運轉 | 端子電壓與換向均維持在限制內 |
| 關斷狀態測試 | 輸出被指令關閉 | 最不利漏電流路徑與熱態線圈 | 閥門在要求時間內釋放 |
| 重複測試 | 指定循環期間的界線電壓 | 實際負載、先導壓力、排氣與流量 | 無未換向或逐步漂移 |

請定義兩項驗收結果：電氣界線與氣動結果。當確切閥門採用另一個範圍，或未量測線圈端子時，「電源維持高於 21.6 V」這種紀錄並不完整。當出口壓力始終未確認指令氣路時，聽見喀聲同樣不完整。在開啟接頭或氣管之前，應依現場核准程序隔離危險電能與儲存的氣動壓力。OSHA 29 CFR 1910.147 涵蓋維修期間的意外能量；帶電診斷則需要合格人員與獨立受控的方法（[OSHA](https://www.osha.gov/laws-regs/regulations/standardnumber/1910/1910.147)，查閱日期：2026）。

## 電壓關鍵型電磁閥詢價單（RFQ）應包含什麼？

在引用的 24 VDC 範例中，下限從 20.4 V 到 22.8 V，跨度達 2.4 V。這說明詢價單必須識別完整總成與驅動器配置，並列出支持其允許範圍的文件修訂版次，而不能只要求「24 VDC 電磁閥」。

請把下列條件提供給供應商：

- 閥門功能與正常狀態；

- 完整的閥門、線圈與接頭代碼，以及要求的故障狀態；

- 在機台上量得的電源最小值與最大值，以及 AC/DC 類型與頻率；

- PLC 或驅動器料號、輸出拓撲、可用電流、內部壓降、通道分組、短路行為、保護方式、PWM 頻率、峰值電流、峰值持續時間、保持電流與診斷漏電；

- 導線尺寸與電路總長度；

- 接頭指示、抑制元件、接點額定值、端子材料與預期關斷漏電；

- 連續通電方式、指令頻率、通電時間、當地環境溫度極值、外殼通風與鄰近熱源；

- 介質、已驗證壓力範圍、最低先導壓差、所需流量、排氣限制、污染控制與安裝方向；

- 可量測的吸合、釋放、出口壓力與反應時間標準；

- 適用核准與替換追溯性。

要求供應商回覆確切訂購代碼與適用的文件修訂版次。實體安裝相容不等於電氣等效。替代品可能改變電壓範圍或電流波形，釋放時間也可能不同。接頭極性、頻率相容性、熱限制、抑制行為與核准狀態同樣可能改變。其餘功能、壓力、流量、介面與故障狀態檢查，請使用[OEM 電磁閥相容性指南](/zh-hant/blog/how-to-ensure-solenoid-valve-compatibility-as-an-oem-replacement/)。

## 電磁閥電壓容差常見問題

在引用的四個製造商範例中，額定 24 VDC 的下限從 20.4 V 到 22.8 V。以下回答會把型號限制、安裝後電壓損失與線圈溫度分開，再將電氣結果連結到氣動負載與指令閥門狀態的驗證。

### 電磁閥應規定什麼電壓容差？

請規定確切線圈與閥門代碼公布的範圍，然後確認相配的驅動器與接頭。所有相關條件都要保留；通電方式與環境溫度，以及壓差與核准要求，都是該額定值的一部分。不要套用通用的 ±10% 規則。專案限制必須落在文件範圍內，並配合可量測的試運轉標準。

### 應在哪裡量測電磁閥電壓？

在吸合與穩態運轉期間，直接跨接通電線圈端子量測。再於最不利共用負載下重複量測。相關熱浸或冷浸完成後，也要重新記錄相同位置，因為電源讀值無法揭示輸出電晶體、兩條電纜導線、端子、接頭與串聯保護元件造成的損失。

### 24 VDC 電磁閥可以在 20 V 下運轉嗎？

只有在確切製造商文件允許該數值且符合安裝條件時才可以；引用的 SMC 範圍下限為 20.4 V，而 ASCO 直流範例從 22.8 V 起算。20 V 低於兩個範例的下限。額定電壓或另一個閥門系列的限制，都不能用來核准已安裝的零件。

### 為什麼電磁閥會喀一聲，卻無法通氣？

聽見喀聲不代表流量已建立。請檢查帶負載線圈電壓與電流，再確認先導壓差並量測入口與出口壓力。手動覆寫行為、閥芯或提升閥行程、排氣限制與污染狀態可以區分其餘可能路徑。有些故障會把電氣損失與氣動負載結合在一起，只在生產期間出現。

### 過電壓一定會燒毀電磁閥線圈嗎？

不一定會立即燒毀，但高於公布上限運轉就是未經核准的操作，且依線圈與驅動器而定，可能提高電氣輸入或熱應力。請確認實際端子電壓、電流、通電方式、環境溫度、散熱與保護行為。只有在記錄故障原因與完整安裝條件後，才更換受損線圈。

### 來源與技術參考資料

- [SMC，VS4 系列直動式電磁閥型錄](https://www.smcworld.com/catalog/en/directional/VS-E/1-p2025-2030-vs410_en/data/1-p2025-2030-vs410_en.pdf)，額定電壓與 -15% 至 +10% 的允許波動。查閱日期：2026-07-22。

- [SMC，SY 系列特定產品注意事項](https://ca01.smcworld.com/catalog/BEST-5-1-en/es11-103-sy/spdfdata/es11-103-sy_254sp.htm)，節能電路時序、電晶體壓降與抑制元件說明。查閱日期：2026-07-22。

- [Festo，VACF-B-R4 電磁線圈資料表](https://media.festo.com/media/205201_documentation.pdf)，2024 年 12 月，±10% 波動，以及額定吸合電流與降低後的保持電流。查閱日期：2026-07-22。

- [Festo，VUVG-LK10 電磁閥技術資料](https://www.festo.com/us/en/a/8042539/)，24 VDC 線圈與 ±10% 允許波動。查閱日期：2026-07-22。

- [Bürkert，Type 5411 資料表](https://www.burkert.com/en/Media/plm/DTS/DS/ds5411-standard-eu-en.pdf?id=DTS0000000000000001000011018ENH)，電壓容差與所列換向時間測試條件。查閱日期：2026-07-22。

- Emerson ASCO，275/375 系列型錄，型號系列的 AC 與 DC 電壓範圍。查閱日期：2026-07-22。

- [Texas Instruments，DRV110](https://www.ti.com/product/DRV110)，峰值－保持控制器。查閱日期：2026-07-22。

- [NIST，《銅線表》，Circular 31](https://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/Legacy/circ/nbscircular31e2.pdf)，標準退火銅的電阻－溫度係數。查閱日期：2026-07-22。

- [OSHA，29 CFR 1910.147《危險能量控制》](https://www.osha.gov/laws-regs/regulations/standardnumber/1910/1910.147)，維修作業的能量控制要求。查閱日期：2026-07-22。