Réduire la consommation d'énergie des électrovannes

Réduire la consommation d'énergie des électrovannes

Lignes électriques

AuXXIe siècle, il est devenu de plus en plus important de limiter la consommation d'électricité et de réduire l'"empreinte" environnementale, comme on l'appelle souvent. Cependant, lorsque nous en discutons, nous pensons généralement aux choix des gros consommateurs d'énergie, tels que les grosses pompes, les chauffages électriques, etc. Mais vous seriez surpris de voir combien d'énergie peut être économisée par les électrovannes, surtout si vous avez des systèmes compliqués avec de nombreux solénoïdes. Dans cet article, nous allons étudier les différents aspects de la consommation d'énergie des électrovannes et fournir des conseils pour choisir les meilleures électrovannes pour une consommation d'énergie optimisée.

Fonctionnement standard de l'électrovanne

En appliquant de l'électricité à une électrovanne standard, un champ magnétique est créé dans le solénoïde. Le plongeur est alors soulevé vers le haut. La butée située au sommet de la bobine bloque le plongeur dans son mouvement vers le haut. Mais pour rester ouverte, la bobine doit recevoir une énergie électrique constante pour maintenir le champ magnétique, ce qui maintient le plongeur contre la butée.

Facteurs qui influent sur la consommation d'énergie des solénoïdes

Le meilleur moment pour penser à la consommation d'énergie des électrovannes est la phase de conception, car de nombreux facteurs influençant la consommation d'énergie sont liés au bon choix du type et de la taille de la vanne. En général, on peut supposer que les solénoïdes consomment de l'énergie dans un seul état (ouvert ou fermé). Les facteurs les plus importants à prendre en compte sont les suivants :

  • Dimension de l'électrovanne : Si vous surdimensionnez la vanne, elle peut fonctionner parfaitement, mais elle consommera trop d'énergie inutile.
  • Conception ou type d'électrovanne : La différence de consommation d'énergie entre les différents types d'électrovannes peut être significative. Les options de type et de conception suivantes influencent la consommation d'énergie :
    • A = Normalement fermé, B = Normalement ouvert Cela fait partie de la conception de la vanne, mais mérite une attention particulière car cela influence beaucoup la consommation d'énergie en fonction du schéma de cycle requis.
    • Exploitation directe ou indirecte : En général, les électrovannes à commande indirecte consomment moins d'énergie, mais elles ne peuvent pas être utilisées dans toutes les applications.
  • Cycle de fonctionnement du solénoïde : Le mode de fonctionnement d'une électrovanne, en termes de nombre de cycles d'ouverture et de fermeture et de temps pendant lequel les vannes doivent rester ouvertes ou fermées, joue un rôle important dans le choix du bon modèle. Chaque électrovanne aura une consommation d'énergie complètement différente, en fonction du modèle de cycle. En choisissant la bonne vanne pour votre processus de cycle, vous économiserez beaucoup d'énergie.
  • Courants de pointe pendant l'ouverture : Le courant (courant de pointe) pour soulever le plongeur doit être beaucoup plus élevé que le courant (courant de maintien) nécessaire pour maintenir le plongeur contre la butée en position ouverte.
    • Alimentation en courant alternatif ou continu : Selon l'application, les électrovannes à tension alternative ou continue ont des niveaux de consommation d'énergie différents.
    • Circuit supplémentaire pour réduire le courant de maintien : Cela permet de réduire considérablement la consommation d'énergie.
    • Electrovannes de verrouillage : Une électrovanne avec un aimant permanent intégré pour éviter les courants de maintien.
Module d'économie d'énergie

Réduire les courants de maintien et économiser l'énergie grâce à un économiseur d'énergie

Dimensionner correctement une vanne en fonction des exigences du système (valeur Kv)

Il va sans dire que l'électrovanne doit être suffisamment grande pour s'adapter aux débits requis par le processus. Cependant, le surdimensionnement de l'électrovanne entraînera une surconsommation continue d'énergie et doit être évité. Par conséquent, la taille de la vanne est déterminée par le débit requis.

Kv-value

Kv est le coefficient de débit, le paramètre de débit ou le facteur de débit qui est utilisé comme base de calcul pour les différentes conditions du processus. Son unité est lem3/h et il est utilisé pour définir le débit des vannes.

La valeur Kv décrit la quantité d'eau (de 5° à 30°C) qui traverse une vanne avec une chute de pression de 1 bar. Utilisez notre calculateur automatique de valeurs Kv pour calculer rapidement et facilement vos valeurs Kv.

Cv-value

La valeur Cv est une indication américaine de Kv. La valeur Cv décrit la quantité d'eau qui s'écoule à travers une vanne avec une chute de pression de 1 psi.

Son unité est le gallon par minute (gpm) et peut être convertie en et à partir de Kv par les formules de conversion suivantes :

Cv = 1 Kv
Kv = 1 Cv

Formule :

Le débit (d'eau) peut être calculé lorsque la valeur Kv et la chute de pression sur la vanne sont connues :

débit d'eau

Débit :

Où :

  • Kv = coefficient d'écoulement [m3/h]
  • Q = Débit du fluide [m3/h]
  • ρ(rho) = densité du milieu [kg/l]
  • Δp = chute de pression sur la vanne [bar]

Conception ou type d'électrovanne

La différence de consommation d'énergie entre les différents types d'électrovannes peut être significative. Les options de type et de conception suivantes influencent la consommation d'énergie :

A = Normalement fermé, B = Normalement ouvert

Normalement ouverte" signifie que l'électrovanne est ouverte lorsqu'elle n'est pas actionnée. Normalement fermé" signifie qu'il est fermé lorsqu'il n'est pas actionné. Si vous choisissez une électrovanne "normalement ouverte" mais qu'en raison du cycle de fonctionnement, la vanne doit être fermée la plupart du temps, vous gaspillez beaucoup d'énergie, car les électrovannes consomment de l'énergie lorsqu'elles sont actionnées. Par conséquent, si le cycle de fonctionnement exige que la vanne soit fermée la plupart du temps, le meilleur choix est un modèle "normalement fermé".

Supposons maintenant que vos besoins consistent à ouvrir la vanne la moitié de la journée et à la fermer l'autre moitié de la journée, et qu'elle ne doive changer de position que quelques fois par jour. Cela signifie que, quel que soit le type d'électrovanne que vous choisissez (normalement ouverte ou normalement fermée), votre solénoïde sera sous tension et consommera de l'électricité pendant une demi-journée. Cependant, une vanne qui ne consomme de l'énergie que pendant le processus d'ouverture et de fermeture (par exemple une vanne à bille électrique), consommera moins d'énergie par jour, car lorsqu'elle est en position ouverte ou fermée, elle ne consomme rien. Le nombre de commutateurs de vannes est donc un facteur important à prendre en considération.

Exploitation directe ou indirecte

La force nécessaire pour ouvrir une électrovanne à commande directe, afin que le fluide puisse s'écouler de l'entrée vers la sortie, doit être fournie par le solénoïde. Avec une vanne à commande indirecte, le solénoïde n'a besoin d'ouvrir qu'un très petit canal de purge car la majeure partie de la force nécessaire à l'ouverture de la partie principale de la vanne est générée par la pression d'entrée du fluide lui-même. Par conséquent, une électrovanne à commande indirecte consomme beaucoup moins d'énergie qu'une électrovanne à commande directe ayant la même valeur Kv. Cependant, les électrovannes à commande directe sont moins compliquées et constituent souvent une solution plus rentable.

Représentation schématique d'une électrovanne directe et indirecte (2/2 voies, normalement fermée)

Représentation schématique d'une électrovanne directe et indirecte (2/2 voies, normalement fermée)

Cycle de fonctionnement du solénoïde

Votre système détermine le schéma de cycle du solénoïde. Le modèle de cycle est constitué de la quantité d'ouvertures et de fermetures de votre électrovanne, ainsi que du temps dont elle a besoin en moyenne pour rester dans chaque position. Des vannes différentes ont des schémas de consommation d'énergie différents. Comme vous l'avez vu dans les chapitres précédents, les caractéristiques de conception comme le NO/NC doivent être correctement déterminées. Ils doivent être compatibles avec le schéma de cycle de l'électrovanne de votre système afin d'optimiser la consommation d'énergie.

Pour déterminer la consommation d'énergie de certaines électrovannes en fonction du cycle de votre système, vous devez suivre quelques étapes simples pour obtenir un tableau comparatif qui vous aidera à choisir la bonne électrovanne. Pour faire la lumière sur cette question, la meilleure façon de procéder est d'examiner le schéma du cycle quotidien de chaque valve :

1) Aperçu du cycle de vie

Durée (heures) Durée (heures)
Temps d'ouverture Délai de fermeture
Durée de la position ouverte Temps en position fermée

Après cela, créez une vue d'ensemble des différentes vannes que vous envisagez, en fonction de la valeur Kv dont vous avez besoin :

2) Aperçu de la consommation d'énergie

Type de vanne Quantité d'énergie consommée pour ouvrir Quantité d'énergie consommée pour fermer Quantité d'énergie consommée en position ouverte Quantité d'énergie consommée en position fermée
1
2
Etc.

La combinaison des résultats des deux tableaux vous aidera à déterminer la bonne vanne avec une consommation d'énergie optimisée pour votre modèle de cycle.

Courants de pointe pendant l'ouverture

Compteur d'électricité

Contrôlez votre consommation d'énergie en choisissant la bonne configuration du système

Alimentation CA ou CC

Lorsque vous choisissez entre l'alimentation en courant alternatif et l'alimentation en courant continu, vous devez tenir compte des éléments suivants. La puissance nécessaire pour soulever magnétiquement le plongeur jusqu'à sa position ouverte est beaucoup plus importante que la puissance nécessaire pour le maintenir contre la butée en position ouverte. La puissance nécessaire pour maintenir le plongeur en position ouverte peut en fait être beaucoup plus faible (20 à 40 % de la puissance d'ouverture).Les électrovannes à courant alternatif présentent un pic de courant naturel à l'ouverture, alors que les électrovannes à courant continu présentent un courant constant. Par conséquent, les électrovannes standard à courant continu consomment généralement plus d'électricité. Mais il existe plusieurs moyens de réduire les courants de rétention :

Circuit supplémentaire pour réduire le courant de maintien

Afin d'économiser de l'énergie avec une électrovanne fonctionnant en courant continu, un circuit supplémentaire peut être utilisé pour générer le courant de pointe nécessaire pendant l'actionnement. Dans ce cas, la bobine globale peut être plus petite puisqu'elle ne doit maintenir que la vanne ouverte. Le circuit supplémentaire crée un pic de courant temporaire pendant l'ouverture. Cela permet de réduire la consommation, bien que les circuits supplémentaires consomment également une petite quantité d'énergie. Ce circuit pour réduire le courant d'ouverture, fonctionne comme un redresseur pleine onde.

Ce circuit supplémentaire peut être mis en œuvre de plusieurs façons. Il est parfois intégré dans la bobine de l'électrovanne CC ou dans un connecteur DIN. Cependant, les clients disposent souvent d'un système existant lorsque le besoin d'économie d'énergie se fait sentir. Dans ce cas, vous pouvez utiliser un module séparé qui est monté entre le solénoïde et le connecteur DIN, comme un module d'économie d'énergie. Selon l'application, il est possible d'économiser jusqu'à 40 % d'énergie.

Minuterie d'économie d'énergie

Installation d'une minuterie d'économie d'énergie

Electrovannes de verrouillage

Comme nous l'avons déjà mentionné, une grande quantité d'énergie est nécessaire pour générer le champ électromagnétique permettant de soulever le plongeur et de l'amener en butée, et une petite quantité d'énergie est nécessaire pour le maintenir en place. Dans une électrovanne à verrouillage, la butée située au sommet de la bobine est remplacée par un petit aimant permanent. Le petit champ magnétique de cet aimant permanent n'est pas assez puissant pour soulever le plongeur, mais une fois que la bobine est actionnée et que le plongeur est soulevé, l'aimant permanent est suffisamment puissant pour le maintenir en place et le courant vers la bobine peut être coupé. Cela permet d'économiser beaucoup d'énergie. Pour faire redescendre le plongeur, il faut appliquer un courant de polarité inverse à la bobine, ce qui inverse le champ magnétique. Les électrovannes de verrouillage sont souvent utilisées dans des systèmes pour lesquels une faible consommation d'énergie est cruciale, comme les systèmes mobiles alimentés par batterie.

Les vannes à bille à commande électrique peuvent être une alternative économe en énergie aux électrovannes

Alors que les électrovannes consomment de l'énergie en continu dans une phase, les vannes à bille à commande électrique ne consomment de l'énergie que pendant les mouvements d'ouverture et de fermeture. Pendant la position statique des deux étages, ils ne consomment pratiquement pas d'énergie. Seule une quantité insignifiante d'énergie est consommée par le relais de l'actionneur.

Une vanne à bille électrique consomme peut-être plus d'énergie pour s'ouvrir ou se fermer qu'une électrovanne ayant la même valeur Kv (coefficient de débit). Cependant, la consommation quotidienne d'énergie d'une électrovanne peut être beaucoup plus élevée que celle d'une vanne à bille à commande électrique, en fonction du cycle de fonctionnement. Si votre cycle de vie nécessite très peu de cycles de commutation et de longues périodes d'ouverture ou de fermeture, une vanne à bille à commande électrique peut être une bonne alternative pour optimiser la consommation d'énergie.

Robinets à bille électriques J + J

Robinets à bille électriques J + J

Cependant, avant de remplacer une électrovanne par une vanne à bille électrique, vous devez prendre en compte les éléments suivants. En cas de coupure de courant, une électrovanne normale reviendra à un état par défaut (par exemple : fermé). Un robinet à boisseau sphérique actionné électriquement restera cependant dans la position précédente. Dans certaines applications, cela n'est pas souhaitable et la vanne doit être ramenée à une position sûre (par exemple : fermée) en cas de coupure de courant.

Informations complémentaires

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