Électrovannes - Leur fonctionnement

Une électrovanne est une vanne à commande électrique. La vanne comporte un solénoïde, qui est une bobine électrique avec un noyau ferromagnétique mobile (plongeur) en son centre. En position de repos, le piston ferme un petit orifice. Un courant électrique traversant la bobine crée un champ magnétique. Le champ magnétique exerce une force ascendante sur le plongeur qui ouvre l'orifice. C'est le principe de base utilisé pour ouvrir et fermer les électrovannes.

Faits marquants sur les électrovannes

• 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 à une utilisation exigeante.
• 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 ?
• Fonctions des circuits des électrovannes
• Types d'électrovannes
• Principes de fonctionnement des électrovannes
• Critères de sélection
• Applications des électrovannes
• FAQ

Comment fonctionne une électrovanne ?

Une électrovanne se compose de deux éléments principaux : un solénoïde et un corps de vanne (G). La figure 2 montre les composants. Un solénoïde comporte une bobine électromagnétiquement inductive (A) autour d'un noyau de fer dont le centre est appelé le plongeur (E). Au repos, il peut être normalement ouvert (NO) ou normalement fermé (NC). Lorsqu'elle est hors tension, une vanne normalement ouverte est ouverte et 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). Si la vanne est normalement fermée, le plongeur est soulevé afin que le joint (F) ouvre l'orifice et permette l'écoulement du fluide à travers la vanne. Si la vanne est normalement ouverte, le plongeur se déplace vers le bas de sorte que le joint (F) bloque l'orifice et arrête l'écoulement du fluide à travers la vanne. L'anneau d'ombrage (C) empêche les vibrations et les ronflements dans les bobines de courant alternatif.

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.

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. Une vue d'ensemble des électrovannes à 2 et 3 voies est présentée ci-dessous. 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

Une électrovanne à deux voies possède deux orifices, une entrée et une sortie. Le sens d'écoulement est essentiel pour assurer un bon fonctionnement, c'est pourquoi une flèche indique généralement le sens d'écoulement. Une vanne à deux voies est utilisée pour ouvrir ou fermer l'orifice. La figure 3 montre un exemple d'électrovanne à deux voies.

Électrovanne à 3 voies

Une vanne à trois voies possède trois orifices de raccordement. En règle générale, il peut se trouver dans deux états (positions). Il passe donc d'un circuit à l'autre. Une vanne à trois voies est utilisée pour ouvrir, fermer, distribuer ou mélanger des fluides. La figure 4 montre un exemple d'électrovanne à trois voies.

Types d'électrovannes

Électrovanne normalement fermée

Dans le cas d'une électrovanne normalement fermée, la vanne est fermée lorsqu'elle n'est pas alimentée et le fluide ne peut pas 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 5 montre le principe de fonctionnement d'une électrovanne normalement fermée à l'état hors tension et à l'état sous tension. Pour plus d'informations, lisez notre article sur les électrovannes normalement fermées et normalement ouvertes.

Électrovanne normalement ouverte

Dans le cas d'une électrovanne normalement ouverte, la vanne est ouverte lorsqu'elle est hors tension et le fluide peut 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 alors dans l'orifice et le ferme, ce qui empêche le fluide de s'écouler à travers la vanne. La figure 6 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. Pour plus d'informations, lisez notre article sur les électrovannes normalement fermées et normalement ouvertes.

Electrovanne bi-stable

Une électrovanne bi-stable ou à verrouillage peut être commutée par une alimentation momentanée. Il restera alors dans cette position sans être alimenté. 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.

Principes de fonctionnement des électrovannes

Action directe

Les électrovannes à action directe (à commande directe) ont un principe de fonctionnement simple, que l'on peut voir sur la figure 7 avec les composants. Dans le cas d'une vanne normalement fermée sans alimentation, le plongeur (E) bloque l'orifice avec le joint de la vanne (F). Un ressort (D) force cette fermeture. Lorsque la bobine (A) est alimentée, elle crée un champ électromagnétique qui attire le plongeur vers le haut et surmonte la force du ressort. Cela ouvre l'orifice et permet au fluide de s'écouler. Une vanne normalement ouverte a les mêmes composants mais fonctionne de manière opposée.

La pression et le débit maximum de fonctionnement sont directement liés au diamètre de l'orifice et à la force magnétique de l'électrovanne. Par conséquent, une électrovanne à action directe est généralement utilisée pour des débits relativement faibles. Les électrovannes à commande directe ne nécessitent pas de pression minimale de fonctionnement ni de différence de pression. Elles peuvent donc être utilisées à partir de 0 bar jusqu'à la pression maximale admissible.

Pour plus d'informations, regardez notre vidéo Youtube et lisez notre article sur les électrovannes à action directe.

Action indirecte (servo ou pilotée)

Les électrovannes à action indirecte (également appelées servocommandes ou pilotes) utilisent la différence de pression du fluide sur les orifices d'entrée et de sortie de la vanne pour ouvrir et fermer la vanne. Par conséquent, ils nécessitent généralement une pression différentielle minimale d'environ 0,5 bar. Le principe de fonctionnement d'une électrovanne à action indirecte est illustré à la figure 8.

Les orifices d'entrée et de sortie sont séparés par une membrane en caoutchouc, également appelée diaphragme. La membrane est percée d'un petit trou afin que le fluide puisse s'écouler vers le compartiment supérieur à partir de l'entrée. Pour une électrovanne à action indirecte normalement fermée, la pression d'entrée (au-dessus de la membrane) et le ressort de soutien au-dessus de la membrane garantissent que la vanne reste fermée. La chambre située au-dessus de la membrane est reliée par un petit canal à l'orifice de basse pression. Cette connexion est bloquée en position fermée par le piston et le joint de la vanne. Le diamètre de cet orifice "pilote" est plus grand que le diamètre du trou dans la membrane. Lorsque le solénoïde est alimenté, l'orifice pilote s'ouvre, ce qui fait chuter la pression au-dessus de la membrane. En raison de la différence de pression de part et d'autre de la membrane, celle-ci se soulève et le fluide peut s'écouler de l'orifice d'entrée vers l'orifice de sortie. Une vanne normalement ouverte a les mêmes composants mais fonctionne de manière opposée.

La chambre de pression supplémentaire située au-dessus de la membrane agit comme un amplificateur, de sorte qu'un petit solénoïde peut encore contrôler un débit important. Les électrovannes indirectes ne sont utilisées que pour les fluides circulant dans un seul sens. Les électrovannes à commande indirecte sont utilisées dans les applications où la pression différentielle est suffisante et où le débit souhaité est élevé.

Pour plus d'informations, regardez notre vidéo Youtube et lisez notre article sur les électrovannes à action indirecte.

Comédien semi-direct

Les électrovannes à action semi-directe combinent les propriétés des électrovannes directes et indirectes. Cela leur permet de travailler à partir de zéro bar, tout en conservant un débit élevé. Elles ressemblent à des vannes indirectes et comportent également une membrane mobile avec un petit orifice et des chambres de pression des deux côtés. La différence est que le plongeur du solénoïde est directement relié à la membrane. Le principe de fonctionnement d'une électrovanne semi-directe est illustré à la figure 9.

Lorsque le plongeur est soulevé, il soulève directement la membrane pour ouvrir la valve. En même temps, le piston ouvre un deuxième orifice d'un diamètre légèrement supérieur à celui du premier orifice de la membrane. Cela entraîne une baisse de la pression dans la chambre située au-dessus de la membrane. Par conséquent, la membrane est soulevée non seulement par le piston mais aussi par la différence de pression.

Cette combinaison permet d'obtenir une vanne fonctionnant à partir de zéro bar et pouvant contrôler des débits relativement importants. Souvent, les valves semi-directes ont des bobines plus puissantes que les valves indirectes. Les vannes à commande semi-directe sont également appelées électrovannes à levage assisté.

Pour plus d'informations, regardez notre vidéo Youtube et lisez notre article sur les électrovannes à action semi-directe.

3 voies à action directe

Une électrovanne à trois voies possède trois orifices, de sorte que le fonctionnement dépend du type de mélange (deux entrées et une sortie) ou de dérivation (une entrée et deux sorties) que vous souhaitez obtenir. Certaines vannes peuvent également fonctionner dans les deux sens, ce que l'on appelle une fonction de circuit universel. Cependant, seuls deux ports sont connectés dans chaque état. La figure 10 montre un exemple d'électrovanne 3 voies à action directe.

Seuls deux ports sont connectés à la fois. Dans la figure 10, le plongeur est muni d'un orifice en haut et en bas et de deux sièges de soupape. A tout moment, l'un est ouvert et l'autre fermé pour acheminer le média dans la direction souhaitée. Vous trouverez ci-dessous des exemples de fonctions de circuit pour une vanne normalement fermée (l'inverse pour une vanne normalement ouverte).

• Electrovanne 3 voies de dérivation : La figure 10 comporte une entrée (en bas à gauche) et deux sorties (en haut et en bas à droite). Dans le cas de No power, le plongeur bloque l'orifice inférieur, ce qui signifie que le fluide va de l'entrée à la sortie supérieure. Lorsque le courant est appliqué, le plongeur est poussé vers le haut, fermant ainsi la sortie supérieure. Le média est ainsi acheminé de l'entrée vers la sortie en bas à droite.
• Électrovanne de mélange à 3 voies : La figure 10 comporte deux entrées (en haut et en bas à droite) et une sortie (en bas à gauche). Dans le cas de No power, le plongeur bloque l'orifice inférieur, ce qui signifie que le fluide va de l'entrée supérieure à la sortie. Lorsque le courant est appliqué, le plongeur est poussé vers le haut, fermant ainsi la sortie supérieure. Le média est ainsi acheminé de l'entrée en bas à droite vers la sortie.
• Électrovanne universelle à 3 voies : Ces vannes agissent de la même manière qu'une électrovanne à trois voies de dérivation. Si l'on regarde la figure 10, les médias peuvent circuler dans les deux sens, mais seuls deux ports sont connectés à un moment donné.

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 les règlements écossais en matière de sécurité des matériaux et d'essais mécaniques.
  • KTW : Approbation des 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 pour les applications gaz sont homologuées par le DVGW pour une utilisation dans les appareils à gaz en tant que vanne d'arrêt automatique. Pour plus d'informations, consultez notre page sur le règlement relatif à l'autorisation de mise sur le marché 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 : Une courte impulsion de courant est envoyée pour ouvrir ou fermer la vanne et la puissance électrique est réduite suffisamment pour la maintenir en position. Cela permet d'économiser de l'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 :

• Type d'électrovanne : Déterminez si votre application nécessite une électrovanne à 2 voies ou à 3 voies.
• 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. Le laiton est généralement utilisé pour les milieux neutres. L'acier inoxydable présente une bonne résistance aux produits chimiques, à la température et à la pression. Le PVC et le polyamide sont couramment utilisés car ils sont rentables. Cependant, ils sont également utilisés dans des applications haut de gamme avec des produits chimiques agressifs. Il faut tenir compte du fait que les pièces mécaniques, telles que le piston et le ressort en acier inoxydable, sont en contact avec le fluide et doivent également être compatibles. Il existe des vannes spéciales à séparation de fluide où ces pièces sont séparées du fluide par une membrane. Pour plus d'informations, reportez-vous à la section Choisir le bon matériau de boîtier pour votre électrovanne.
• 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 Choisir le bon matériau d'étanchéité pour votre électrovanne.
• Tension : Les électrovannes sont disponibles en version AC et DC, chacune présentant des avantages et des inconvénients. Pour plus d'informations, reportez-vous à la section Choix d'une bobine AC ou DC pour une électrovanne.
• Fonction de la vanne : En fonction de la durée de fonctionnement, vous pouvez choisir une vanne normalement ouverte ou normalement fermée. La majorité des électrovannes sont normalement fermées. Si le temps d'ouverture de la vanne est plus long que le temps de fermeture, il est préférable d'utiliser une vanne normalement ouverte, et vice versa. L'option bi-stable, ou latching, est également possible.
• Pression : La soupape doit pouvoir résister à la pression maximale requise pour votre application. Il est également important de noter la pression minimale, car un différentiel de pression élevé peut entraîner une défaillance de la soupape.
• Type d'opération : Déterminez si votre application nécessite une électrovanne à commande directe, indirecte ou semi-directe.
• Température : Assurez-vous que les matériaux utilisés pour les vannes peuvent résister aux températures minimales et maximales requises pour votre 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 inversement. 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.

Applications des 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 ?

Lors du choix d'une électrovanne, il est important de connaître son média. 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. Pour plus d'informations, consultez notre guide de sélection des électrovannes.

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.