Électrovannes - Leur fonctionnement

Electrovanne - Comment elles fonctionnent

Figure 1 : Electrovanne

Une électrovanne est une vanne à commande électrique. La valve 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 qui est utilisé pour ouvrir et fermer les électrovannes.

Notes rapides sur les électrovannes :

  • Utilisé uniquement pour les liquides et les gaz propres.
  • Les vannes à commande indirecte nécessitent un différentiel de pression pour fonctionner.
  • Sont utilisés pour fermer, ouvrir, doser, distribuer ou mélanger les médias avec 2 ou plusieurs entrées/sorties.
  • Action rapide.
  • Options pour les commandes manuelles, ATEX, approbation des gaz, séparation des fluides, etc.
  • Peut chauffer car il faut de l'énergie pour commuter et rester dans cette position (selon le type).
  • Courant dans les systèmes de chauffage, l'air comprimé, le vide, l'irrigation, les lave-autos, etc.

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Table des matières

 

Comment fonctionne une électrovanne ?

Composants d'une électrovanne ; bobine (A) ; armature (B) ; bague de déphasage (C) ; ressort (D) ; plongeur (E) ; joint (F) ; corps de vanne (G)

Figure 2 : Composants d'une électrovanne ; bobine (A) ; armature (B) ; bague de déphasage (C) ; ressort (D) ; plongeur (E) ; joint (F) ; corps de vanne (G)

Une électrovanne se compose de deux éléments principaux : un solénoïde et un corps de vanne (G). La figure 2 montre les composants. Un solénoïde est composé d'une bobine électromagnétiquement inductive (A) autour d'un noyau de fer au centre appelé le plongeur (E). Au repos, il peut être normalement ouvert (NO) ou normalement fermé (NC). À l'état hors tension, une vanne normalement ouverte est ouverte et une vanne normalement fermée est fermée. Lorsque le courant passe dans le solénoïde, la bobine est mise sous tension 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 pour 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 le bourdonnement dans les bobines de courant alternatif.

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

Fonctions du circuit des électrovannes

Les électrovannes sont utilisées pour fermer, ouvrir, doser, distribuer ou mélanger le flux de gaz ou de liquide dans une conduite. L'objectif spécifique d'une électrovanne est exprimé par la fonction de son circuit. Vous trouverez ci-dessous un aperçu des électrovannes à 2 et 3 voies. Pour une compréhension approfondie des symboles et la compréhension des schémas de fonctionnement des circuits, consultez notre page sur les symboles des vannes.

Electrovanne

Une électrovanne à 2 voies possède deux orifices, une entrée et une sortie. La direction du débit est essentielle pour assurer un bon fonctionnement, c'est pourquoi il y a généralement une flèche indiquant la direction du débit. Une vanne à deux voies est utilisée pour ouvrir ou fermer l'orifice. La figure 3 montre un exemple d'une électrovanne à 2 voies.

Figure 3 : Electrovanne

Electrovanne

Une vanne à trois voies possède trois orifices de connexion. En général, il a deux états (positions) dans lesquels il peut se trouver. Donc, il commute entre deux circuits différents. Une vanne à 3 voies est utilisée pour ouvrir, fermer, distribuer ou mélanger des fluides. La figure 4 montre un exemple d'une électrovanne à 3 voies.

Figure 4 : Electrovanne

Electrovanne

Electrovanne normalement fermée

Pour une électrovanne normalement fermée, la vanne est fermée lorsqu'elle est hors tension 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 se détache 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 désexcité et excité.

Principe de fonctionnement de l'électrovanne normalement fermée

Figure 5 : Principe de fonctionnement d'une électrovanne normalement fermée : hors tension (gauche) et sous tension (droite)

Electrovanne normalement ouverte

Pour une électrovanne normalement ouverte, la vanne est ouverte lorsqu'elle n'est pas alimentée en énergie 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 se place alors dans l'orifice et le ferme, ce qui empêche le fluide de passer par la vanne. La figure 6 montre le principe de fonctionnement d'une électrovanne normalement ouverte à l'état désexcité et excité. Une électrovanne normalement ouverte est idéale pour les applications qui nécessitent que la vanne soit ouverte pendant de longues périodes, car elle est alors plus économe en énergie.

Principe de fonctionnement de l'électrovanne normalement ouverte

Figure 6 : Principe de fonctionnement d'une électrovanne normalement ouverte : hors tension (gauche) et sous tension (droite)

Electrovanne bi-stable

Une électrovanne bi-stable ou à verrouillage peut être commutée par une alimentation électrique momentanée. Il restera alors dans cette position sans alimentation. Par conséquent, il n'est pas normalement ouvert ou normalement fermé, car il reste dans la position actuelle lorsqu'aucune alimentation n'est appliquée. Ils y parviennent en utilisant des aimants permanents, plutôt qu'un ressort.

Principes de fonctionnement des électrovannes

Action directe

Principe de fonctionnement et composants de l'électrovanne à action directe : bobine (A) ; armature (B) ; bague de déphasage (C) ; ressort (D) ; plongeur (E) ; joint (F) ; corps de vanne (G)

Figure 7 : Principe de fonctionnement et composants de l'électrovanne à action directe : bobine (A) ; armature (B) ; bague de déphasage (C) ; ressort (D) ; plongeur (E) ; joint (F) ; corps de vanne (G)

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. Pour une vanne normalement fermée, sans alimentation électrique, 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, en surmontant la force du ressort. Cela ouvre l'orifice et permet au fluide de s'écouler. Une vanne normalement ouverte possède les mêmes composants, mais fonctionne de manière opposée.

La pression de service et le débit maximum 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 de fonctionnement minimale ni de différence de pression, elles peuvent donc être utilisées de 0 bar jusqu'à la pression maximale autorisée.

 

Action indirecte (servo ou pilote)

Principe de fonctionnement de l'électrovanne à action indirecte

Figure 8 : Principe de fonctionnement de l'électrovanne à action indirecte

Les électrovannes à action indirecte (également appelées servocommandées ou pilotées) utilisent la pression différentielle du fluide sur les orifices d'entrée et de sortie de la vanne pour ouvrir et fermer cette dernière. 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 munie d'un petit trou afin que le milieu 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 basse pression. Cette connexion est bloquée en position fermée par le piston et le joint de la valve. Le diamètre de cet orifice "pilote" est plus grand que le diamètre du trou dans la membrane. Lorsque le solénoïde est mis sous tension, l'orifice du pilote s'ouvre, ce qui fait chuter la pression au-dessus de la membrane. En raison de la différence de pression des deux côtés de la membrane, celle-ci se soulève et le fluide peut s'écouler de l'orifice d'entrée à l'orifice de sortie. Une vanne normalement ouverte possède les mêmes composants, mais fonctionne de manière opposée.

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

 

Jeu d'acteur semi-direct

Principe de fonctionnement de l'électrovanne à action semi-directe

Figure 9 : Principe de fonctionnement de l'électrovanne à action semi-directe

Les électrovannes à action semi-directe combinent les propriétés des vannes directes et indirectes. Cela leur permet de travailler à partir de zéro bar, mais ils peuvent toujours gérer un débit élevé. Elles ressemblent aux 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 à action semi-directe est illustré à la figure 9.

Lorsque le plongeur est soulevé, il soulève directement la membrane pour ouvrir la valve. Dans le même temps, un deuxième orifice est ouvert par le piston, dont le diamètre est légèrement supérieur à celui du premier orifice de la membrane. Cela fait baisser la pression dans la chambre au-dessus de la membrane. Par conséquent, la membrane est soulevée non seulement par le plongeur, mais aussi par la différence de pression.

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

 

3 voies à action directe

Une électrovanne à trois voies possède trois orifices. Selon que vous souhaitez un mélange (deux entrées et une sortie) ou une dérivation (une entrée et deux sorties), cela affecte le fonctionnement. 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 à action directe à 3 voies.

Principe de fonctionnement de l'électrovanne à action directe à 3 voies

Figure 10 : Principe de fonctionnement de l'électrovanne à action directe à 3 voies

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

  • Electrovanne de dérivation à 3 voies : La figure 10 aurait une entrée (en bas à gauche) et deux sorties (en haut et en bas à droite). Le plongeur de No Power bloque l'orifice inférieur, ce qui signifie que le fluide passe de l'entrée à la sortie supérieure. Lorsque le courant est appliqué, le piston est poussé vers le haut et ferme la sortie supérieure. Cela achemine le média de l'entrée vers la sortie en bas à droite.
  • Electrovanne de mélange à 3 voies : La figure 10 aurait deux entrées (en haut et en bas à droite) et une sortie (en bas à gauche). Le plongeur de No Power bloque l'orifice inférieur, ce qui signifie que le fluide passe de l'entrée supérieure à la sortie. Lorsque le courant est appliqué, le piston est poussé vers le haut et ferme la sortie supérieure. Cela achemine le média de l'entrée en bas à droite vers la sortie.
  • Electrovanne universelle à 3 voies : Ces vannes agissent comme une électrovanne de dérivation à 3 voies. Si l'on observe 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 courantes sont :

  • UL/UR : Underwriters Laboratories inspecte et certifie les produits en ce qui concerne leur sécurité
  • Eau potable : Assurez-vous qu'il est adapté à l'eau potable. Pour plus d'informations, reportez-vous à notre page d'applications pour l'eau potable ou consultez notre sélection en ligne d'électrovannes pour l'eau. Les agréments courants pour l'eau potable sont :
    • Kiwa : Approbation de l'eau potable pour le marché néerlandais.
    • NSF : Approbation de l'eau potable pour l'Amérique du Nord.
    • WRAS : Conformité aux réglementations sur l'approvisionnement en eau au Royaume-Uni ou aux règlements écossais pour la sécurité des matériaux et les 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) : Approbation de l'eau potable pour la France.
    • Filigrane : Certification des produits de plomberie et de drainage 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, consultez les directives ATEX pour les vannes et les raccords.
  • Certification CE : La certification CE signifie la conformité aux exigences élevées en matière de sécurité, de santé et de protection de l'environnement pour tous les produits de l'Espace économique européen. Pour plus d'informations, consultez notre page sur la certification CE.
  • Version gaz : Les vannes pour applications gaz sont homologuées par le DVGW pour être utilisées dans les appareils à gaz comme vanne d'arrêt automatique. Pour plus d'informations, reportez-vous à notre page Réglementation de l'homologation des gaz ou consultez notre sélection en ligne d'électrovannes à gaz.
  • Classement IP L'indice IP d'une vanne explique sa protection contre la poussière et l'eau. Pour plus d'informations, reportez-vous à notre page sur le classement IP.
agréments pour l'eau potable

Caractéristiques spéciales des électrovannes

  • 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 une commutation à basse fréquence. La valve est alimentée par une courte impulsion électrique pour déplacer le plongeur. Un aimant permanent est alors utilisé pour maintenir le plongeur dans cette position, sans ressort ni champ magnétique supplémentaire. Cela réduit la consommation d'énergie et le développement de la chaleur dans la vanne.
  • Haute pression : Les versions haute pression sont conçues pour des exigences de pression allant jusqu'à 250 bar.
  • Annulation manuelle : La fonction de commande manuelle en option offre une meilleure sécurité et une plus grande commodité 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 pour les 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 que met la vanne à s'ouvrir ou à 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 la position : 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. Certains critères de sélection importants sont les suivants :

  • Type d'électrovanne : Déterminez si votre application nécessite une électrovanne à 2 ou 3 voies.
  • Matériau du boîtier.* Déterminez 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. Tenez 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. Reportez-vous à la section Choisir le bon matériau de boîtier pour votre électrovanne pour plus d'informations.
  • Matériau du joint : Le matériau d'étanchéité doit être choisi en fonction des propriétés chimiques et de la température du support. NBR, EPDM, FKM (Viton) et PTFE (Teflon) sont des options courantes. Reportez-vous à Sélectionner le bon matériau de joint pour votre électrovanne pour une référence rapide sur la résistance chimique des matériaux de joint.
  • Tension : Les électrovannes sont disponibles en version CA et CC, chacune ayant ses avantages et ses inconvénients. Reportez-vous à la section Choix d'une bobine CA ou CC pour une électrovanne pour plus d'informations.
  • 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, une vanne normalement ouverte est préférable et vice versa. L'option bi-stable, ou latching, est également possible.
  • La pression : La vanne doit être capable de supporter la pression maximale requise pour votre application. Il est également important de noter la pression minimale, car une pression différentielle élevée peut provoquer la défaillance de la vanne.
  • Type d'opération : Déterminez si votre application nécessite une électrovanne à commande directe, indirecte ou semi-directe.
  • Température : Assurez-vous que les matériaux de la vanne peuvent résister aux exigences de température minimale et maximale de votre application. La prise en compte de la température est également essentielle pour déterminer la capacité de la vanne car elle affecte la viscosité et le débit du fluide.
  • Temps de réponse Le temps de réponse d'une vanne est le temps nécessaire à une vanne 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.
  • Approbations : Assurez-vous que la vanne est certifiée de manière appropriée en fonction de l'application.
  • Degré de protection : Veillez à ce que la vanne ait la classification IP appropriée pour la protection contre la poussière, les liquides, l'humidité et le contact.
 

Applications des électrovannes

électrovanne réservoir d'eau

Figure 11. Les réservoirs d'eau utilisent des électrovannes pour contrôler l'entrée ou la sortie de l'eau

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 refroidir en été et de chauffer en hiver.
  • Lessystèmes d'irrigation utilisent des électrovannes à commande automatique.
  • Les lave-vaisselle et les machines à laver 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.
  • Lesstations de lavage de voitures 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 détourner des fluides dans une application. Ils sont utilisés dans une grande variété d'applications, des lave-vaisselle 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, vous devez dépanner les électrovannes. Pour plus d'informations, consultez le guide de dépannage.

Comment choisir une électrovanne ?

Lorsque vous choisissez une électrovanne, il est important de connaître votre 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. Consultez le guide de sélection des électrovannes pour plus d'informations.

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 électroaimant lorsqu'elle est traversée par un courant.

Comment fonctionne un solénoïde ?

Lorsque le courant électrique passe dans 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.

Articles supplémentaires sur les types d'électrovannes

Cet article ne traite que des électrovannes à 2 et 3 voies. Les électrovannes proportionnelles et pneumatiques font l'objet d'articles séparés ici :

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