bobines, tetes magnetiques et pieces de rechange

A
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V030-1
BOBINES
Les bobines utilisées dans les électrovannes
sont conçues et testées pour fonctionner
sous tension permanente. Elles sont tou-
tes conformes aux normes d'endurance
thermique CEI 216.
Classe
d'Isolation
Temp. maxi.
de fonctiont.
admiss.
Augm. maxi.
de temp.
admiss.
Température
ambiante
maximale
Réf. (1)
(°C ) (
°C * ) ( °C ** )
E120 80 40 -
F155
80 75 T
95 60 -
100 55 2) T
100 55 2) B
105 50 B
130 25 F
H180
80 100 T
105 75 B
120 60 -
120 60 2) T
120 60 2) B
130 50 F
155 25 P
Fig. 1
1) Lettre référence complémentaire d’identification
pour les bobines des types : XM5, M6, M6-II,
MXX, MXX-II, M12 (Ex. : FT, FB, FF, HT)
2) Bobine codes 238xxx-xxx
* Température de la bobine due à la mise sous ten-
sion
** Y compris l'effet de la température du fluide dans les
limites indiquées dans le catalogue (Caractéristiques
électriques, plage de température ambiante de la
tête magnétique).
La construction de la plupart des bobine est
conforme aux normes CEI 335. D’autres
normes internationales (UL,...) peuvent
être appliquées sur les bobines (nous
consulter).
Les bobines standard sont disponibles en
classes d'isolation E, F et H. La classe d'iso-
lation détermine la température maximale
de fonctionnement de la bobine pour une
durée de vie spécifiée.
Durée de vie standard :
- 30 000 heures, classe H
- 20 000 heures, classe F
L'augmentation de la température d’échauf-
fement des bobines en permanence sous
tension est liée à leur taille et leur puissance.
Ces deux éléments permettent de détermi-
ner la valeur de pression différentielle maxi-
male d’une électrovanne comme indiquée
dans le catalogue.
Tableau (Fig. 1), exemple pour une
classe F :
L’isolation de la bobine est adaptée à un
fonctionnement en classe thermique F soit
155°C au point le plus chaud. L’échauffement
maximal du bobinage, mesuré à la mise
sous tension, est limitée selon le type de
bobine (ex. 80°C (FT), 95°C, 105°C (FB),
130°C (FF)).
BOBINES, TETES MAGNETIQUES ET PIECES DE RECHANGE
Identification des bobines
et Principes généraux
La valeur de température ambiante maxi-
male de la tête magnétique dépend de la
taille de la bobine. Cette valeur est exprimée
dans les «Caractéristiques électriques»
des pages concernées de ce catalogue
(75/60/50/25°C pour les valeurs maximales
les plus standard). Elle prend en compte l’ef-
fet engendré par la température du fluide.
Facteurs déterminants :
a) Température (propre à l'échauffement
de la bobine)
b) Puissance
c) Température ambiante et/ou du fluide
véhiculé
d) Augmentation plus importante de tem-
pérature provoquée par une puissance
en Watts plus importante (ce qui s'avère
nécessaire pour le fonctionnement de
certaines électrovannes)
ASCO vous propose des bobines, qui se
différencient par leur encombrement et leur
puissance électrique :
- XM5, M6, MXX, M12
- CM22, C22A, CM25, JMX, ANX, AMX,
BMX
Pour plus de détails sur les bobines et pour
retrouver leurs codes, voir Section J / V1100,
pages 2 à 5
CALCULS
Pour les électrovannes à commande di-
recte, il est possible de calculer la force
d'attraction électro-magnétique à l'aide de
l'équation suivante :
Fs = p . A (N)
Fs = force d'attraction électromagnétique (N)
p = pression (Pa) (105 Pa = 1 bar)
A = surface de passage (m2)
Exemple
Une tête magnétique standard aura une
force d'attraction d'environ 15 N. Pour
utiliser cette tête magnétique avec une
pression différentielle de 1 MPa (10 bar),
il est possible de calculer le diamètre de
passage maximal.
Fs = p . A 15 = 106 . A
A = 1,5 . 10-5 m2
A = 1/4.π.d2 d = 4,4 mm
Pour des applications basses pressions
telles que les brûleurs à gaz, distributeurs
automatiques ou systèmes sous vide allant
jusqu'à 0,1 MPa, le diamètre de passage
sera égal à 19,5 mm.
Pour les électrovannes à commande assis-
tée (membrane ou piston non attelé(e)), un
petit orifice (le pilote) contrôle la pression
vers la membrane ou le piston. Les orifices
principaux de grande taille peuvent s'ouvrir
ou se fermer à une pression maximale allant
jusqu'à 15 MPa.
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V030-2
C.C.
C.A.
CONCEPTION DE BASE
Champ électrique
Pour commander une électrovanne il faut
tout d'abord comprendre comment le
magnétisme créé par la tête magnétique
peut se convertir en énergie mécanique.
Si l'on applique une certaine tension à
la bobine un courant électrique circulera
dans le bobinage, créant ainsi un champ
magnétique autour de la bobine.
Ce champ dépend de l'intensité, du nombre
de spires et de la longueur de la bobine.
On peut exprimer ce champ à l'aide de
l'équation suivante :
HIN IN Hd=⋅
(
)
⋅= ⋅
[]
A/m Σ
On constate cependant que la conduc-
tance des lignes du champ magnétique est
différente d'une matière à l'autre.
La conductance est appelée la perméabilité,
symbole "µ".
Pour la perméabilité dans le vide :
µ0 = 4.π.10-7 (H/m) ou (Vs/Am)
µ = µo . µr [µ = B/H]
µr air = 1
Il faut faire la distinction entre les
matériaux :
- diamagnétiques :
µ
r < 1 (bismuth, antimoine)
- paramagnétiques :
µ
r = 1 (aluminium, cuivre)
- ferromagnétiques :
µ
r >1 (fer, nickel, cobalt)
Pour identifier le "µr" ou l'induction "B" qui
convient, on peut utiliser ce que l'on appelle
les courbes du cycle d' hystérésis pour les
matériaux ferromagnétiques.
I
U
Z
U
XR
L
==
+
()
22
Pour "CC"
I A = I M
I A = intensité d'appel
I M = intensité de maintien
I
U
R
=
()
A
L = C . µr
XL = 2.π.f . L
LNA
or
=⋅⋅ ⋅
(
)
µµ
2
H
L
I
L
I
R
R
I
SL
I
L
Pour la fabrication des noyaux et des
tubes-culasses ASCO, on utilise un alliage
d'acier inox spécifique à forte compatibilité
ferromagnétique.
Si l'on utilise les tableaux, voici l'équation
à appliquer :
B = µo . µr . H (T)
Têtes magnétiques alimentées en cou-
rant continu et en courant alternatif
Pour connaître le champ électrique, il faut
d'abord chercher le courant qui traverse
la bobine.
Pour les constructions alimentées en courant
continu, on peut facilement calculer le courant
à l'aide de l'équation suivante :
IU
R
=
(
)
A
Néanmoins, pour les constructions ali-
mentées en courant alternatif, il faut tenir
compte non seulement de la résistance
purement ohmique mais également de la
réactance 'XL'.
Pour trouver l'impédance 'Z', il faut combiner
les valeurs de 'XL' et de 'R' dans un dia-
gramme vectoriel. On peut ensuite calculer le
courant à l'aide de l'équation suivante :
I
U
Z
=
(
)
A
La valeur de 'XL' est fonction de l'écartement
entre la culasse et le noyau. Plus l'écart est
grand, plus 'XL' est petite.
C'est pourquoi il existe une différence entre
le courant passant à travers la bobine lorsque
le noyau est en position basse (courant d'ap-
pel) et le courant avec le noyau en position
haute (courant de maintien).
1
0,8
0,6
0,4
0,2
-0,2
-0,4
-0,6
-0,8
-1
-2000 -1500 -1000 -500 200015001000
500
0
+ B (T)
- B (T)
-H (A/m) +H (A/m)
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V030-3
Force d'attraction d'un aimant
Lorsque l'on connaît le champ électrique et
l'induction, il est possible de déterminer la
force d'entraînement de la tête magnétique
à l'aide de l'équation suivante :
FBA IN
L
A
r
=⋅
⋅=⋅⋅ ⋅
(
)
⋅⋅
(
)
2
0
2
2
0
22
µ
µµ
µ N
Les trois graphes A, B, C, ci-contre montrent
que la force d'attraction magnétique "F"
déterminée par l'induction "B" est fonc-
tion de la valeur de l'entrefer (écartement
entre culasse et noyau mobile). Cette
relation est spécifique pour chaque type
d'électrovanne.
H = Champ magnétique (A/m)
I = Courant électrique (A)
N = Nombre de spires (1)
B = Induction magnétique (T)
µo = Perméabilité dans le vide (H/m)
µr = Perméabilité relative (1)
A = Surface du noyau (m2)
C = Constante
30
25
20
15
10
5
0369
12
STROKE IN MM
PULL IN NEWTON
AB
A = CMXX-FT, CM40-10
B = CMXX-FB, CM40-14
graphe B
ENTREFER (mm)
ATTRACTION MAGNETIQUE (N)
XL
R COLD R HOT
Z COLD
Z HOT
C.A. (courant alternatif)
RCRH
ZH
XL
ZC
Avec :
U = tension (V)
IC = intensité à froid
IH = intensité à chaud
RC = résistance à froid
RH = résistance à chaud
ZC = impédance à froid
ZH = impédance à chaud
Lorsqu'une bobine est mise sous ten-
sion pendant un certain temps celle-ci
s'échauffe et sa résistance augmente de
façon importante. Si la résistance double,
due à l'échauffement, on divise le courant
continu par deux et en alternatif ceci n'a
qu'une influence de 10% environ.
C.C. (courant continu)
R H = 2 . R C
I
U
Z
C
C
=
I
U
Z
H
C
=⋅11,
IU
R
C
C
=
I
U
RI
H
C
C
=⋅
=⋅
212/
L
I
L
I
R
R
25
20
15
10
5
01234567
AB
STROKE IN MM
PULL IN NEWTON
A = CM6-FT, CM25-5
B = CM6-FB, CM30-8
graphe A
ENTREFER (mm)
ATTRACTION MAGNETIQUE (N)
40
30
20
10
0369121518
STROKE IN MM
PULL IN MEWTON
AB
A = CM12-FT
B = CM12-FB
graphe C
ENTREFER (mm)
ATTRACTION MAGNETIQUE (N)
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V030-4
90˚
180˚
270˚
360˚
XL
R
Z
holding
XL
R
Z
inrush
XL
Z
R
XL
Z
Z
M
Z
A
XL
XL
avec :
IM = intensité de maintien
ZM = impédance de maintien
avec :
IA = intensité d'appel
ZA = impédance d'appel
I
U
Z
=
()
A
I
U
Z
AA
=
I
U
Z
MM
=
FORCE RESULTANTE
Champ magnétique (de la bague de
déphasage) provoqué par le champ principal,
avec néanmoins un déphasage d'environ
90°.
Combinaison des forces d'attraction de
la bobine principale et de la bague de
déphasage.
Champ magnétique créé par la bobine
principale.
I x N
I x N
F
Fonctionnement en courant continu
a) Courant d'appel égal au courant de
maintien
b) La consommation électrique et la
force d'attraction sont fonction de la
température
c) Electrovanne silencieuse
d) Moins sensible aux impuretés
e) Le bobinage comporte plus de spires
(cuivre) que pour les bobines alimen-
tées en courant alternatif
Consommation électrique en C.A. :
PUI Cos
W
()
=⋅
⋅ϕ
IP
U
A
AA
V
VA
()
=
()
()
IP
U
M
M
V
VA
=
()
()
avec :
PA = puissance apparente
d'appel (VA)
PM = puissance apparente
de maintien (VA)
Consommation électrique en C.C. :
PU
I
W()
=⋅
IP
U
A
V
W
()
=
()
()
Différences entre les électrovannes
alimentées en CA ou CC
Service en courant alternatif :
Les électrovannes alimentées en courant
alternatif sont toujours équipées d'une bague
de déphasage dans la culasse. L'extrémité
du noyau est plat et perpendiculaire.
Service en courant continu :
•2 catégories d’électrovannes sont fabri-
quées:
La première de construction identique pour
courant alternatif et continu offre l'avantage
d'une adaptation aisée aux deux courants à
partir sur même électrovanne, l’interchan-
geabilité est assurée en courant continu ou
alternatif.
La seconde à une culasse et un noyau
mobile de forme conique (étranglée); Afin
d'éviter tout risque de rémanence magné-
tique, il est nécessaire d’installer une pièce
spécifique non magnétisable, nommée
"butée amagnétique", pour empêcher le
noyau de se bloquer en position haute.
Comparaison électrovannes CA/CC
Fonctionnement en courant alternatif
a) Fort courant d'appel et faible courant
de maintien
b) Importante force d'attraction
c) Sensible aux impuretés
d) Le bobinage comporte moins de spires
(cuivre) que pour les bobines alimentées
en courant continu
e) La consommation électrique et la force
d'attraction ne sont pas sensibles à la
température
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V030-5
180˚ 0˚
90˚
I . N
Coil
I . N
SHADING COIL
SUPPLY
VOLTAGE
Avec :
I = courant électrique (A)
N = nombre de spires bobine
Ce diagramme sectoriel simplifié explique le
fonctionnement de la bague de déphasage
en courant alternatif.
BAGUE DE
DEPHASAGE
(I x N)
TENSION
D'ALIMENTATION
90°
Bobine
(I x N)
bague de déphasage
PUISSANCES NOMINALES
Les puissances nominales indiquées dans
chaque tableau "Caractéristiques électri-
ques" correspondent aux valeurs moyen-
nes de consommations électriques des
têtes magnétiques des électrovannes. La
plupart des puissances sont mentionnées
par 2 valeurs à froid et à chaud suivant les
spécifications ci-dessous.
Puissance nominale à froid
Cette valeur correspond à la puissance
électrique absorbée à l'instant de la
mise sous tension de la bobine alors que
celle-ci n'était pas alimentée auparavant.
Dans ces conditions, le coeur de la tête
magnétique est approximativement à
la température ambiante ou à celle du
fluide et la résistance de la bobine est à
la valeur nominale. Par rapport à la valeur
à chaud, la consommation à froid est un
peu plus élevée; Elle servira de référence
à la définition de puissance des dispositifs
d'alimentation et de mise sous tension de
l'électrovanne.
0°180°
Puissance nominale à chaud
Après mise sous tension de l'électrovanne
et lorsque celle-ci est maintenue en per-
manence sous tension (ou au maximum
du facteur de marche pour les rares
produits pour lequel ceci est spécifié), la
bobine atteint sa température nominale
de fonctionnement. Dans ces conditions
la résistance augmente et la puissance
électrique absorbée devient plus faible qu'à
froid. C'est cette valeur qui sera prise en
compte pour calculer, par exemple, le coût
total de consommation électrique.
Remarques générales
Les puissances à froid / à chaud sont
définies dans les conditions normales
d'utilisation, à savoir :
● à la tension nominale prévue (Un)
● avec températures ambiante et du fluide
à 20°C
A noter que ces valeurs évoluent en
fonction des variations des conditions
d'utilisation :
● Variation de la tension d'alimenta-
tion (respecter le mini et max. autorisés,
voir Section J/pages 2 et 3)
● Température ambiante
● Température du fluide
● Les tailles et types de tuyauterie
Principes généraux - BOBINES, TETES MAGNETIQUES ET PIECES DE RECHANGE
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