Qu'est-ce qu'une électrovanne et comment fonctionne-t-elle ?

Une électrovanne est une vanne à commande électrique utilisée pour permettre ou empêcher le passage d'un fluide. Le principe de base du fonctionnement est un plongeur qui monte et descend en fonction du champ magnétique généré par le solénoïde électrique. Ce piston ouvre ou ferme un orifice par lequel le fluide s'écoule. Il existe différentes fonctions, conceptions et matériaux de construction des circuits, ce qui permet de les sélectionner et de les concevoir pour des applications spécifiques. Ils peuvent être contrôlés à distance et automatiquement, ce qui les rend idéaux pour une grande variété d'industries, du traitement de l'eau à l'automobile, en passant par les applications agroalimentaires.

L'électrovanne en bref

• Liquides/gaz propres uniquement : Les électrovannes sont conçues pour être utilisées avec des liquides et des gaz propres.
• Contrôle précis du débit : Régulation précise des fluides/gaz, idéale pour les processus sensibles dans les appareils médicaux et la fabrication.
• Temps de réponse rapide : Des actions d'ouverture/fermeture rapides, essentielles pour les applications de sécurité et une réaction rapide aux dangers.
• Longue durée de vie : Les performances durables et fiables réduisent les besoins de maintenance et résistent aux utilisations exigeantes.
• Large éventail d'applications : Polyvalent pour diverses industries, y compris le traitement de l'eau, l'automobile et la transformation des aliments.

Table des matières

• Comment fonctionne une électrovanne ?
• Types d'électrovannes
• Fonctions des circuits des électrovannes
• Électrovannes à action directe, indirecte et semi-directe
• Homologations des électrovannes
• Caractéristiques spéciales de l'électrovanne
• Critères de sélection
• Électrovannes pour la pneumatique et l'hydraulique
• Autres applications d'électrovannes
• FAQ

Comment fonctionne une électrovanne ?

Une électrovanne se compose de deux éléments principaux : un solénoïde et un corps de vanne (G). Un solénoïde comporte une bobine électromagnétiquement inductive (A) autour d'un noyau de fer dont le centre est appelé le plongeur (E). Les bobines de courant alternatif sont dotées d'un anneau d'ombrage (C) qui empêche les vibrations et les ronflements.

Au repos, la vanne peut être normalement ouverte ou normalement fermée. À l'état hors tension, une vanne normalement fermée est fermée. Lorsque le courant traverse le solénoïde, la bobine est alimentée et crée un champ magnétique. Cela crée une attraction magnétique avec le plongeur, le déplaçant et surmontant la force du ressort (D). Le plongeur se soulève pour que le joint (F) ouvre l'orifice et permette l'écoulement du fluide à travers la vanne. Une électrovanne normalement ouverte fonctionne à l'inverse.

Les électrovannes sont utilisées dans une large gamme d'applications, avec des pressions faibles ou élevées et des débits faibles ou importants. Ces électrovannes utilisent différents principes de fonctionnement qui sont optimaux pour l'application. Les trois plus importantes sont expliquées dans cet article : l'action directe, l'action indirecte et l'action semi-directe.

Types d'électrovannes

Électrovanne normalement fermée

Dans le cas d'une électrovanne normalement fermée (NF), la vanne est fermée lorsqu'elle n'est pas alimentée, ce qui empêche le fluide de la traverser. Lorsque le courant est envoyé à la bobine, il crée un champ électromagnétique qui pousse le plongeur vers le haut en surmontant la force du ressort. Le joint est alors désolidarisé et l'orifice s'ouvre, permettant au fluide de s'écouler à travers la valve. La figure 3 montre le principe de fonctionnement d'une électrovanne normalement fermée à l'état hors tension et à l'état sous tension. Une électrovanne normalement fermée est idéale pour les applications qui nécessitent que la vanne soit fermée pendant de longues périodes, car elle est alors plus économe en énergie. Ils peuvent également être utilisés pour des raisons de sécurité, si l'application exige que la vanne soit fermée sans alimentation électrique pour des raisons de sécurité (par exemple, les appareils à gaz).

Électrovanne normalement ouverte

Dans le cas d'une électrovanne normalement ouverte (NO), la vanne est ouverte lorsqu'elle est hors tension, ce qui permet au fluide de la traverser. Lorsque le courant est envoyé à la bobine, il crée un champ électromagnétique qui pousse le plongeur vers le bas en surmontant la force du ressort. Le joint s'insère dans l'orifice et le ferme, ce qui empêche le fluide de s'écouler à travers la vanne. La figure 4 montre le principe de fonctionnement d'une électrovanne normalement ouverte à l'état hors tension et à l'état sous tension. Une électrovanne normalement ouverte est idéale pour les applications qui nécessitent que la vanne reste ouverte pendant de longues périodes, car elle est alors plus économe en énergie. Ils peuvent également être utilisés pour des raisons de sécurité, si l'application exige que la vanne soit ouverte sans alimentation électrique pour des raisons de sécurité (par exemple, pour éviter une surpression).

Electrovanne bi-stable

Une électrovanne bi-stable ou à verrouillage peut être commutée par une alimentation momentanée. Lorsqu'elle est hors tension, la vanne reste dans la position dans laquelle elle a basculé. Par conséquent, il n'est ni normalement ouvert ni normalement fermé puisqu'il reste dans la position actuelle lorsqu'il n'y a pas d'alimentation. Pour ce faire, ils utilisent des aimants permanents plutôt qu'un ressort. Cela permet de réduire la consommation d'énergie.

Fonctions des circuits des électrovannes

Les électrovannes sont utilisées pour fermer, ouvrir, doser, distribuer ou mélanger le flux de gaz ou de liquide dans une conduite. La fonction spécifique d'une électrovanne est exprimée par la fonction de son circuit. Pour une compréhension approfondie des symboles et des schémas de fonctionnement des circuits, consultez notre page sur les symboles de vannes.

Électrovanne à 2 voies

Les électrovannes à deux voies ont deux orifices, une entrée et une sortie. La direction du flux à travers la vanne est essentielle pour assurer un fonctionnement correct. Le corps de la vanne comporte généralement une flèche indiquant le sens du débit.

• Les électrovannes à deux voies sont utilisées pour autoriser ou bloquer le débit.

Électrovanne à 3 voies

Une électrovanne à trois voies comporte généralement trois orifices, chacun étant destiné à une fonction spécifique. Voici les désignations courantes de ces ports :

• Orifice P (pression) ou orifice d'entrée : C'est là que le fluide ou le gaz sous pression pénètre dans la soupape.
• Port A (actionneur) ou port de sortie : Il s'agit de l'orifice de travail connecté au dispositif ou à l'actionneur que la vanne est censée contrôler, comme un cylindre pneumatique à simple effet ou une ligne de processus.
• E (échappement) ou R (retour) : Cet orifice est utilisé pour évacuer le fluide ou le gaz de l'actionneur ou du dispositif vers l'atmosphère ou un réservoir lorsque la vanne est en position d'échappement. Dans certains systèmes, cet orifice peut également servir d'entrée ou de sortie alternative, en fonction de la configuration et de l'application de la vanne.

La fonction spécifique des orifices dépend de l'état de l'électrovanne (excitée ou désexcitée) et de sa conception (normalement fermée ou normalement ouverte).

• Normalement fermé (NC) : Lorsque la vanne est hors tension, l'orifice P est fermé et aucun débit n'est autorisé entre l'entrée et la sortie. L'orifice A est généralement connecté à l'orifice E ou R, ce qui permet à l'actionneur de s'échapper. Lorsqu'elle est sous tension, la vanne ouvre le débit de l'orifice P vers l'orifice A et ferme l'orifice E ou R.
• Normalement ouvert (NO) : Lorsque la vanne est hors tension, l'orifice P est ouvert à l'orifice A, ce qui permet l'écoulement de l'entrée vers la sortie. Le port E ou R est fermé. Lorsqu'elle est alimentée, la vanne ferme l'écoulement de P vers A et ouvre la connexion entre A et E ou R, ce qui permet à l'actionneur de s'échapper.

Électrovannes à action directe, indirecte et semi-directe

Action directe

Une électrovanne à action directe utilise le solénoïde pour ouvrir ou fermer, sans pression différentielle. Ces vannes sont souvent utilisées pour contrôler le débit d'un gaz ou d'un liquide dans un système. Les électrovannes à action directe sont les plus rapides, les plus fiables et les plus compactes.

Action indirecte

Les électrovannes à action indirecte, également connues sous le nom d'électrovannes à servocommande ou à pilote, utilisent les différences de pression pour fonctionner. Ils nécessitent une pression différentielle minimale d'environ 0,5 bar. Ces vannes comprennent un diaphragme avec un petit trou qui permet l'écoulement de l'entrée vers la sortie lorsque le solénoïde est alimenté et que la pression chute. Ce système amplifie la pression, ce qui permet à un petit solénoïde de contrôler un débit important. Les électrovannes indirectes sont utilisées dans les applications où la pression différentielle est suffisante et où les débits souhaités sont élevés, et elles ne permettent l'écoulement du fluide que dans un seul sens.

Comédien semi-direct

Les électrovannes à action semi-directe combinent les caractéristiques des électrovannes directes et indirectes, permettant un fonctionnement à partir de zéro bar tout en gérant des débits élevés. Ces vannes ressemblent à des vannes indirectes avec une membrane mobile, un petit orifice et des chambres de pression des deux côtés, mais le plongeur du solénoïde est directement relié à la membrane. Lorsque le piston se soulève, il ouvre directement la valve et un second orifice, ce qui fait chuter la pression et soulève la membrane. Il en résulte une vanne qui peut fonctionner à partir de zéro bar et gérer des débits importants. Ces vannes à fonctionnement semi-direct, également connues sous le nom d'électrovannes à levage assisté, ont souvent des bobines plus puissantes que les vannes à fonctionnement indirect.

Matériaux

Les matériaux utilisés pour construire les électrovannes garantissent leur bon fonctionnement dans l'application sans provoquer de contamination. Le fluide qui traverse la soupape entre en contact avec le boîtier et le matériau d'étanchéité. En cas d'utilisation d'un fluide agressif ou contaminé, une électrovanne à séparation de fluide peut être une bonne solution.

Matériau du boîtier

Le boîtier et le corps de l'électrovanne doivent être compatibles avec le fluide. Les options courantes sont le laiton, l'acier inoxydable, le PVC, l'aluminium et la fonte. Consultez notre guide rapide ci-dessous, mais reportez-vous également à notre guide des matériaux du boîtier et à notre tableau de compatibilité des supports pour plus d'informations.

• Laiton : Le laiton présente une bonne résistance à la corrosion dans les milieux neutres, tels que l'eau.
• Acier inoxydable : L'acier inoxydable présente une bonne résistance aux produits chimiques, à la température et à la pression.
• PVC : Le PVC et le polyamide sont couramment utilisés car ils sont rentables. Ils sont également utilisés dans des applications haut de gamme avec des produits chimiques agressifs.
• Aluminium : La légèreté, la résistance et les propriétés thermiques de l'aluminium en font un choix économique et fiable pour les boîtiers d'électrovannes.
• Fonte : La fonte constitue un boîtier solide, résistant à l'usure et rentable pour les électrovannes, avec un amortissement supplémentaire des vibrations adapté aux applications industrielles difficiles.

Matériau d'étanchéité

Le matériau d'étanchéité de l'électrovanne doit également être compatible avec le fluide. Le NBR, l'EPDM, le FKM (Viton) et le PTFE (Téflon) sont des options courantes. Consultez notre guide rapide ci-dessous, mais aussi notre guide des matériaux d'étanchéité et notre tableau de compatibilité des supports pour plus d'informations.

• NBR : Les joints NBR ont une excellente résistance à l'huile et au carburant, ce qui les rend idéaux pour les applications basées sur le pétrole.
• EPDM : Les joints en EPDM ont une grande résistance aux intempéries, à l'ozone et à la vapeur, ce qui les destine aux applications extérieures et à l'eau chaude.
• FKM (Viton) : Les joints FKM présentent une résistance élevée aux produits chimiques et à la chaleur, ce qui les rend parfaits pour les environnements chimiques difficiles et les températures élevées.
• PTFE (téflon) : Les joints en PTFE présentent une inertie chimique exceptionnelle et une large gamme de températures, ce qui les rend polyvalents pour les fluides agressifs et les conditions extrêmes.

Homologations des électrovannes

En fonction de l'application, certaines homologations de la vanne peuvent être nécessaires. Le fait d'avoir une vanne avec une certaine homologation garantit qu'elle répond aux exigences de l'application. Les approbations les plus courantes sont les suivantes :

• UL/UR : Underwriters Laboratories inspecte et certifie les produits en ce qui concerne leur sécurité.
• Eau potable : S'assure qu'il est adapté à la consommation d'eau potable. Pour plus d'informations, consultez notre page d'application sur l'eau potable ou notre article sur les électrovannes pour l'eau. Les agréments courants pour l'eau potable sont les suivants
  • Kiwa : Homologation de l'eau potable pour le marché néerlandais.
  • NSF : Approbation de l'eau potable pour l'Amérique du Nord.
  • WRAS : Conformité avec les réglementations relatives à l'approvisionnement en eau au Royaume-Uni ou avec les règlements écossais en matière de sécurité des matériaux et d'essais mécaniques.
  • KTW : Homologation des matières plastiques et des matériaux non métalliques destinés à être utilisés avec de l'eau potable en Allemagne.
  • ACS (Attestation de Conformité Sanitaire) : Agrément de l'eau potable pour la France.
  • Filigrane : Certification des produits de plomberie et d'évacuation des eaux vendus en Australie et en Nouvelle-Zélande.
• FDA : Administration américaine des denrées alimentaires et des médicaments
• Version ATEX : La certification ATEX est fournie pour la protection contre les explosions. Pour plus d'informations, voir les directives ATEX pour les vannes et les raccords.
• Certification CE : La certification CE atteste de la conformité aux exigences élevées en matière de sécurité, de santé et de protection de l'environnement pour tous les produits dans l'Espace économique européen. Pour plus d'informations, consultez notre page sur la certification CE.
• Version gaz : Les vannes destinées aux applications gaz sont approuvées par le DVGW pour être utilisées dans les appareils à gaz en tant que vannes d'arrêt automatiques. Pour plus d'informations, consultez notre page sur le règlement relatif à l'approbation du gaz.
• Indice de protection IP : L'indice IP d'une vanne explique sa protection contre la poussière et l'eau. Pour plus d'informations, consultez notre page sur la classification IP.

Caractéristiques spéciales de l'électrovanne

• Réduction de la puissance électrique : La tension nominale est fournie à la vanne pendant une courte période pour l'actionner, puis elle est réduite à une tension de maintien qui est suffisamment forte pour maintenir la vanne dans cette position tout en réduisant la consommation d'énergie.
• Verrouillage : La version à verrouillage ou à bobine d'impulsion offre une solution pour les applications avec commutation à basse fréquence. La valve est alimentée par une brève impulsion électrique qui déplace le plongeur. Un aimant permanent est alors utilisé pour maintenir le plongeur dans cette position, sans ressort ni champ magnétique supplémentaire. Cela permet de réduire la consommation d'énergie et le dégagement de chaleur dans la valve.
• Haute pression : Les versions haute pression sont conçues pour des pressions allant jusqu'à 250 bars.
• Commande manuelle : La commande manuelle optionnelle offre une sécurité et une commodité accrues lors de la mise en service, des essais, de la maintenance et en cas de panne de courant. Dans certaines versions, la vanne ne peut pas être actionnée électriquement lorsque la commande manuelle est verrouillée.
• Séparation des médias : La conception de la séparation des fluides permet d'isoler le fluide des pièces de travail de la vanne, ce qui en fait une bonne solution pour les fluides agressifs ou légèrement contaminés.
• Le vide : Les vannes qui ne nécessitent pas de pression différentielle minimale conviennent aux vides grossiers. Les électrovannes universelles à action directe ou semi-directe sont bien adaptées à ces applications. Pour des exigences plus strictes en matière de taux de fuite, des versions spéciales pour le vide sont disponibles.
• Temps de réponse réglable : Le temps nécessaire à la vanne pour s'ouvrir ou se fermer peut être réglé, généralement en tournant des vis sur le corps de la vanne. Cette fonction permet d'éviter les coups de bélier
• Retour d'information sur le poste : L'état de commutation d'une électrovanne peut être indiqué par un retour de position électrique ou optique sous forme de signal binaire ou NAMUR. NAMUR est une sortie de capteur qui indique l'état de marche ou d'arrêt de la vanne.
• Faible bruit : Les vannes ont une conception amortie pour réduire le bruit lors de la fermeture de la vanne.

Critères de sélection

Il est essentiel de comprendre votre application avant de choisir une électrovanne. Voici quelques critères de sélection importants :

• Matériau du boîtier : Déterminer le matériau du boîtier de la vanne en fonction des propriétés chimiques et de la température du fluide, mais aussi de l'environnement dans lequel la vanne se trouve. Les options courantes sont le laiton, l'acier inoxydable, le PVC, l'aluminium et la fonte. Pour plus d'informations, reportez-vous à la section Choisir le bon matériau de boîtier pour votre électrovanne.
• Taille de la connexion : S'assurer que les dimensions de l'orifice de l'électrovanne sont les mêmes que celles de l'orifice auquel l'électrovanne sera raccordée.
• Connecteur : Un connecteur solénoïde est un dispositif qui se branche sur une électrovanne pour l'alimenter en électricité, et il permet de protéger les connexions de la saleté et de l'eau.
• Tension : Déterminer la tension de l'alimentation et choisir une électrovanne avec un solénoïde correspondant.
• Matériau du joint : Le matériau d'étanchéité doit être choisi en fonction des propriétés chimiques et de la température du milieu. Le NBR, l'EPDM, le FKM (Viton) et le PTFE (Téflon) sont des options courantes. Pour une référence rapide sur la résistance chimique des matériaux d'étanchéité, reportez-vous à la section Sélectionner le bon matériau d'étanchéité pour votre électrovanne.
• État hors tension : Déterminer si l'application nécessite une fonction de vanne normalement ouverte, normalement fermée ou bi-stable.
• Fonction du circuit : Déterminer si l'application nécessite une électrovanne à 2 ou 3 voies.
• Pression : La soupape doit pouvoir résister à la pression maximale requise pour l'application. Il est également important de noter la pression minimale, car un différentiel de pression élevé peut entraîner une défaillance de la soupape.
• Température : S'assurer que les matériaux utilisés pour les vannes peuvent supporter les températures minimales et maximales requises pour l'application. La prise en compte de la température est également essentielle pour déterminer la capacité de la soupape, car elle affecte la viscosité et le débit du fluide.
• Temps de réponse : Le temps de réponse d'une vanne est le temps nécessaire pour passer de la position ouverte à la position fermée ou vice versa. Les petites électrovannes à action directe réagissent beaucoup plus rapidement que les électrovannes à action semi-directe ou indirecte.
• Agréments : S'assurer que la vanne est certifiée de manière appropriée en fonction de l'application.
• Degré de protection : Veillez à ce que le robinet ait l'indice IP approprié pour la protection contre la poussière, les liquides, l'humidité et les contacts.

Électrovannes pour la pneumatique et l'hydraulique

Les électrovannes peuvent également être utilisées pour des applications pneumatiques et hydrauliques, mais leur principe de fonctionnement est différent. Pour les pneumatiques, il s'agit généralement de vannes 3/2, 5/2 ou 5/3. Pour les systèmes hydrauliques, ils sont généralement 4/2 voies ou 4/3 voies.

• Une électrovanne pneumatique à trois voies possède trois orifices : un pour l'entrée, un pour la sortie et un pour l'échappement. Ils sont couramment utilisés pour contrôler un cylindre pneumatique à simple effet, pour piloter des actionneurs pneumatiques et pour les applications de vide. La soupape est utilisée pour remplir le cylindre et l'évacuer ensuite afin qu'une nouvelle course de travail puisse se produire. Une ventilation est donc nécessaire. En savoir plus sur les électrovannes pneumatiques 3/2.
• Une électrovanne pneumatique ou hydraulique à 4 voies possède quatre orifices : deux pour l'entrée et deux pour la sortie. Cela permet à la vanne de contrôler la direction du flux dans un système pneumatique ou hydraulique, ce qui la rend idéale pour actionner des cylindres à double effet ou des actionneurs pneumatiques. Lorsque le solénoïde est mis sous tension ou hors tension, il modifie la position de la vanne, changeant la trajectoire de l'air ou du fluide pour étendre ou rétracter un cylindre, par exemple. En raison de leur capacité à contrôler le mouvement dans deux directions, les électrovannes à 4 voies sont couramment utilisées dans diverses applications industrielles, y compris l'automatisation de la fabrication, où un contrôle précis du positionnement de l'actionneur est nécessaire. En savoir plus sur les électrovannes hydrauliques à 4 voies et les électrovannes pneumatiques à 4 voies.
• Une électrovanne pneumatique à 5 voies possède cinq orifices : deux pour l'entrée, deux pour la sortie et un pour l'échappement. L'ajout d'un orifice d'échappement permet à la vanne non seulement de contrôler le sens du débit, mais aussi d'évacuer l'air du système. Ceci est particulièrement utile dans les applications pneumatiques où un mouvement rapide des cylindres est nécessaire, car l'orifice d'échappement peut rapidement libérer l'air pour permettre un actionnement plus rapide. Les électrovannes à 5 voies sont souvent utilisées dans des systèmes de contrôle plus complexes où un contrôle précis des mouvements et de la vitesse est essentiel, comme dans la robotique, les machines d'emballage et les systèmes de manutention. La possibilité d'évacuer l'air directement au niveau de la vanne peut améliorer la réactivité et l'efficacité du système. En savoir plus sur les électrovannes pneumatiques à 5 voies.

Autres applications d'électrovannes

Les applications courantes des électrovannes domestiques et industrielles sont les suivantes :

• Les systèmes de réfrigération utilisent des électrovannes pour inverser le flux des réfrigérants. Cela permet de rafraîchir l'air pendant l'été et de le réchauffer pendant l'hiver.
• Les systèmes d'irrigation utilisent des électrovannes à commande automatique.
• Les lave-vaisselle et les lave-linge utilisent des électrovannes pour contrôler le débit d'eau.
• Les systèmes de climatisation utilisent des électrovannes pour contrôler la pression de l'air.
• Les électrovannes sont utilisées dans les systèmes de verrouillage automatique des portes.
• Les équipements médicaux et dentaires utilisent des électrovannes pour contrôler le débit, la direction et la pression du fluide.
• Les réservoirs d'eau utilisent des électrovannes pour contrôler l'entrée ou la sortie de l'eau, souvent en combinaison avec un interrupteur à flotteur.
• Les stations de lavage pour contrôler le débit d'eau et de savon.
• Équipement de nettoyage industriel

FAQ

A quoi sert une électrovanne ?

Une électrovanne est utilisée pour ouvrir, fermer, mélanger ou dévier des fluides dans une application. Ils sont utilisés dans une grande variété d'applications, depuis les lave-vaisselle jusqu'aux voitures, en passant par l'irrigation.

Comment savoir si votre solénoïde est défectueux ?

Si l'électrovanne ne s'ouvre pas ou ne se ferme pas, si elle est partiellement ouverte, si elle émet un bourdonnement ou si sa bobine est grillée, il faut dépanner les électrovannes. Pour plus d'informations, consultez le guide de dépannage.

Comment choisir une électrovanne ?

En fonction du fluide et du débit requis, choisissez le matériau, la taille de l'orifice, la température, la pression, la tension, le temps de réponse et la certification nécessaires à votre application.

Qu'est-ce qu'un solénoïde ?

Un solénoïde est une bobine électrique enroulée autour d'une substance ferromagnétique (comme le fer) qui agit comme un électro-aimant lorsque le courant passe à travers elle.

Comment fonctionne un solénoïde ?

Lorsque le courant électrique traverse la bobine, un champ électromagnétique est créé. Ce champ électromagnétique fait monter ou descendre le piston. Ce mécanisme est utilisé par les électrovannes pour ouvrir ou fermer la vanne.