Qu'est-ce qu'une électrovanne pneumatique et la première décision que vous devez prendre
Une électrovanne pneumatique est une vanne directionnelle électromécanique qui utilise une bobine électrique pour ouvrir, fermer ou rediriger l'air comprimé. La réponse la plus directe pour la plupart des projets d'automatisation est la suivante : choisissez d'abord la fonction de la vanne, puis la taille du débit, puis la tension et le style de montage.
Si vous contrôlez un vérin à double effet, un Vanne pilotée 5/2 est le point de départ conventionnel. Si vous contrôlez un vérin simple effet, un Vanne 3/2 est généralement suffisant. Si vous avez seulement besoin de bloquer ou de libérer de l'air, un Vanne 2/2 fera le travail.
Le processus de sélection pratique comprend trois étapes : définir la fonction de la vanne, calculer le débit requis et faire correspondre les conditions électriques et d'installation. Les sections ci-dessous expliquent chaque étape en détail, avec des points techniques spécifiques qui font la différence entre une machine fiable et un problème de maintenance chronique.
Comment fonctionne une électrovanne pneumatique ?
Le principe de fonctionnement est simple : une bobine électrique crée un champ magnétique, le champ magnétique déplace un piston ou un induit, et ce mouvement déplace un tiroir ou un clapet à l'intérieur du corps de la vanne. L'élément décalé relie différents ports afin que l'air puisse circuler dans un sens ou dans l'autre.
- Bobine – convertit l'énergie électrique en force magnétique.
- Piston ou armature – se déplace en réponse au champ magnétique.
- Tube central – guide et protège la partie mobile.
- Ressort de rappel – ramène la vanne à sa position normale lorsque l'alimentation est coupée.
- Bobine ou clapet – modifie les connexions entre les ports.
- Corps de vanne – porte les ports d’entrée, de sortie et d’échappement.
- Joints et siège – maintenir les passages internes séparés et contrôler les fuites.
Électrovannes à action directe
Les vannes à action directe ne nécessitent pas de pression de fonctionnement minimale. La bobine doit être suffisamment solide pour déplacer le tiroir ou le clapet contre le ressort de rappel et la pression du système. La force magnétique étant limitée, les vannes à action directe sont normalement utilisées pour les petits débits et les petites tailles d'orifice. Ils fonctionnent bien pour les vérins à simple effet, les circuits de commande pilote et les applications de soufflage d'air. Pour les services à faible débit qui nécessitent une commutation fiable à partir d'une pression nulle, le Vanne à siège à action directe CKT VT307, électrovanne à 3 voies est un exemple typique.
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Les vannes pilotées utilisent un petit solénoïde pour diriger l'air vers une extrémité d'un tiroir plus grand. La pression de l’air déplace alors la bobine. Cette conception est efficace car la bobine peut rester petite tandis que la vanne gère un débit élevé. Le compromis est que les vannes pilotées nécessitent une pression minimale, généralement autour de 0,1 à 0,15 MPa , pour changer de vitesse de manière fiable. Pour un air d'usine typique entre 0,4 et 0,8 MPa, une vanne pilotée 5/2 telle que la Électrovanne 5 voies pilotée série CKT 4V est l'élément de base standard pour la commande de vérins à double effet.
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Les électrovannes pneumatiques sont généralement décrites par deux nombres : le nombre de ports de travail et le nombre de positions. Une vanne 3/2 a trois ports et deux positions ; une vanne 5/2 a cinq ports et deux positions. Le premier chiffre est plus important lorsque vous planifiez le circuit car il définit la manière dont l'air comprimé est fourni et évacué.
Vannes 2/2 voies
Les vannes à deux ports et deux positions sont essentiellement des vannes tout ou rien pour l'air. Ils sont utilisés après l'unité de préparation d'air, à l'intérieur des circuits de vide ou partout où une ligne doit simplement être ouverte ou fermée. Comme la vanne n'a besoin d'interrompre qu'une seule conduite, la construction est compacte. Pour les petites lignes, le Électrovanne 2 voies à action directe CKT 2V025 est une option représentative, généralement fournie dans une configuration normalement fermée.
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Trois ports et deux positions en font la vanne classique pour vérins simple effet. Le port 1 est l'alimentation, le port 2 va au cylindre et le port 3 est l'échappement. Dans une vanne 3/2 normalement fermée, la mise sous tension de la bobine envoie de l'air du port 1 au port 2 ; désexciter les échappements du port 2 au port 3. Les vannes à trois voies sont également utilisées pour piloter des vannes plus grandes, faire fonctionner des générateurs de vide et souffler des pièces.
Vannes 5/2 voies
Cinq ports et deux positions constituent le choix standard pour les vérins à double effet. La vanne possède un orifice d'alimentation, deux orifices de cylindre et deux orifices d'échappement. Dans une position, l'alimentation est connectée au premier port de cylindre et le deuxième port de cylindre est évacué ; dans l'autre position, l'alimentation est commutée vers le deuxième port du cylindre et le premier port est épuisé. Cette liaison alternée étend et rétracte la tige du vérin.
Vannes 5/3 voies
Les vannes à cinq ports et trois positions ajoutent une position centrale à une vanne 5/2. La position centrale peut être un centre fermé, un centre d'échappement ou un centre sous pression. Le centre fermé est populaire pour arrêter fermement un cylindre dans une position intermédiaire ; le centre d'échappement permet au cylindre de flotter ; Le centre de pression maintient les deux ports sous pression. Le type central modifie le comportement du cylindre lorsque les deux solénoïdes sont hors tension.
| Configuration | Ports | Postes | Application typique |
|---|---|---|---|
| 2/2 | 2 | 2 | Alimentation en air marche/arrêt simple, commutation sous vide |
| 3/2 | 3 | 2 | Vérins simple effet, vannes pilotes |
| 5/2 | 5 | 2 | Vérins à double effet |
| 5/3 | 5 | 3 | Vérins à double effet with intermediate stop |
Action directe vs action pilotée : une comparaison pratique
Le choix entre des vannes à action directe et des vannes pilotées n'est pas une question de qualité ; il s'agit de l'enveloppe de fonctionnement. Les vannes à action directe fonctionnent à pression nulle mais ont une capacité de débit inférieure. Les vannes pilotées peuvent gérer un débit plus élevé avec un serpentin plus petit mais nécessitent une pression minimale. Le tableau ci-dessous résume la différence dans la façon dont un concepteur de machines devrait les considérer.
| Critère | Action directe | Piloté |
|---|---|---|
| Pression minimale | 0 MPa | Généralement 0,1 à 0,15 MPa |
| Bobine force needed | Plus élevé par rapport à la capacité de débit | Plus bas, car l'air facilite le changement de vitesse |
| Capacité de débit | Inférieur pour une taille de corps donnée | Plus élevé pour une corpulence donnée |
| Taille de port typique | 1/8 à 1/4 pouce | 1/4 à 3/8 pouces et plus |
| Idéal pour | Circuits pilotes, petits vérins, service faible débit | Alimentation de l'actionneur principal, systèmes à cycle élevé |
En pratique, la plupart des machines de production utilisent des vannes pilotées pour l'alimentation du cylindre principal, car la demande de débit est trop élevée pour une vanne à action directe de même taille d'orifice. Les vannes à action directe sont ensuite utilisées pour le contrôle pilote ou pour les applications où l'alimentation en air peut être coupée.
Normalement fermé, normalement ouvert ou bistable ?
L'état par défaut d'une électrovanne détermine ce qui se passe lorsque la bobine est hors tension. Il s'agit d'une décision de sécurité autant que fonctionnelle, car la position de la vanne après une perte de puissance peut arrêter le mouvement, relâcher la pression ou maintenir un processus en marche.
Vannes normalement fermées
Dans une vanne normalement fermée, l'orifice d'alimentation est bloqué lorsque la bobine est éteinte. Une application courante est un vérin à simple effet : lorsque la puissance est coupée, l'air du cylindre s'échappe et le vérin revient à sa position de ressort. Il s’agit généralement du choix le plus sûr pour les dispositifs de levage ou de serrage verticaux.
Vannes normalement ouvertes
Dans une vanne normalement ouverte, l'alimentation circule à travers la vanne lorsque la bobine est éteinte. Ceci est utile lorsqu'un flux d'air de refroidissement ou une alimentation en lubrification doit continuer à moins que la machine ne soit intentionnellement arrêtée. Il peut également être utilisé comme soupape de décharge qui reste ouverte au repos.
Vannes bistables ou à verrouillage
Une vanne bistable a deux états stables et maintient sa dernière position sans alimentation continue de la bobine. Il consomme moins d'énergie et refroidit car la bobine n'est alimentée que pendant la commutation. La limitation est qu'il n'a pas de position de sécurité définie, le système de contrôle doit donc gérer explicitement l'état de perte de puissance.
Spécifications clés à vérifier avant d’acheter
Une électrovanne peut paraître identique tout en fonctionnant très différemment. Le tableau des spécifications ci-dessous constitue la liste de contrôle minimale qui doit être examinée avant de commander une vanne pour une nouvelle machine.
| Spécification | Pourquoi c'est important | Gamme typique |
|---|---|---|
| Taille du port | Définit le raccordement du raccord et limite le débit maximum. | Filetages 1/8, 1/4, 3/8, 1/2 pouce PT, NPT ou G |
| Coefficient de débit CV | Indique la quantité d'air que la vanne peut laisser passer ; un Cv plus élevé permet un mouvement plus rapide du cylindre. | 0,2 à 3,0 pour la plupart des électrovannes |
| Pression de service | Les vannes à action directe démarrent souvent à partir de 0 MPa ; les vannes pilotées nécessitent une pression minimale. | 0 à 1,0 MPa direct ; Pilote de 0,15 à 0,9 MPa |
| Tension d'alimentation | Doit correspondre à la sortie de l'API, au relais ou à l'alimentation. | DC24V, AC110V, AC220V |
| Consommation d'énergie | Affecte l'échauffement et si une carte PLC peut piloter directement la vanne. | 2 à 5 W pour les petites vannes industrielles |
| Temps de réponse | Influence le temps de cycle et la synchronisation dans les machines à grande vitesse. | 10 à 50 ms selon la taille de la vanne |
| Plage de température | Les joints et les matériaux des bobines fixent la limite de fonctionnement. | 0 à 60 °C typique ; des variantes spéciales élargissent la gamme |
| Évaluation du boîtier | Protège la bobine de la poussière et des projections d'eau. | IP65 pour les environnements lavables |
Parmi ces spécifications, Cv C'est le paramètre que les ingénieurs sous-estiment le plus souvent. Une minuscule soupape 3/2 peut avoir un Cv d'environ 0,3, ce qui est bien pour un cylindre de petit alésage mais trop petit pour un cylindre d'alésage de 63 mm se déplaçant à grande vitesse. En règle générale de dimensionnement, choisir une vanne avec un Cv d'au moins 20 à 30 pour cent plus élevé que votre besoin calculé ; cela laisse une marge pour les pertes de conduites, les raccords et le vieillissement des joints. Le calcul est basé sur le volume du cylindre et la vitesse de course requise, et vous devez le vérifier avec les données du fabricant de votre cylindre.
Les problèmes d’installation sont souvent causés par une pression inadaptée et un mauvais ajustement des joints. Pour un aperçu plus approfondi de la façon dont les connexions des ports et les matériaux des joints interagissent, vous pouvez lire ceci aperçu technique de l'adaptation de pression et de l'étanchéité de l'installation .
Styles de montage : en ligne, collecteur et sous-base
Montage en ligne
Le montage en ligne signifie que la vanne est installée directement dans la conduite d'air, généralement avec des raccords de tube sur chaque port. Il est simple à remplacer et facile à comprendre. C'est un bon choix pour les machines à un ou deux cylindres, ou pour les travaux de rénovation où l'espace n'est pas critique.
Montage sur collecteur
Le montage sur collecteur place plusieurs vannes sur une base commune avec des galeries d'alimentation et d'échappement partagées. Il réduit les tubes, rend le câblage plus propre et simplifie le dépannage. La plupart des familles d'électrovannes 5/2 proposent des plaques collectrices pour deux, quatre, six stations ou plus. Avant de vous engager dans une configuration de collecteur, vérifiez que la série de vannes dont vous avez besoin est disponible dans une version à montage sur collecteur ; vous pouvez commencer par examiner la gamme de composants de commande pneumatique dans Le catalogue de produits CKT .
Montage sur embase ou modulaire
Le montage sur embase sépare le corps de vanne de la base. La vanne peut être retirée sans perturber la tuyauterie. Ceci est courant pour les vannes de plus grande taille et pour les applications nécessitant une maintenance élevée où un remplacement rapide est important.
Sélection basée sur l'application et liste de contrôle pratique
Vérin simple effet
Pour un vérin simple effet, utilisez une vanne 3/2. Si le vérin est à ressort de rappel, choisissez une vanne normalement fermée lorsque vous souhaitez que le vérin se rétracte après la coupure de courant. Ajoutez une vanne de contrôle de vitesse au port du cylindre si la vitesse de course doit être contrôlée dans une direction.
Vérin à double effet
Pour un vérin double effet, utilisez une vanne 5/2. Si vous devez arrêter le vérin dans une position intermédiaire, utilisez une vanne 5/3 à centre fermé. Pour les courses longues ou les cadences élevées, choisissez un Cv plus grand et vérifiez le temps de réponse. Tenez également compte de l'équilibre des forces sur les deux orifices du cylindre, car une pression inégale peut provoquer une dérive.
Manipulation sous vide
De nombreux systèmes de vide utilisent une électrovanne 3/2 ou 2/2 juste avant un générateur de vide pour activer et désactiver le vide. Pour libérer les pièces, une soupape d'échappement rapide ou une soupape de sécurité à vide libère la pièce plus rapidement. La taille de l'électrovanne n'a pas besoin d'être grande car le générateur de vide gère le débit ; seul le flux pilote vers le venturi doit être commuté. C'est là que les petites vannes à action directe sont particulièrement utiles.
Un fabricant ayant une longue expérience en matière d’électrovannes peut simplifier ce processus de sélection. CKT Pneumatique, qui a débuté avec des électrovannes 4 V en 2002 et s'est depuis étendu à une large gamme de composants pneumatiques fabriqués en interne, est un exemple de fournisseur ayant une expérience d'ingénierie pratique dans ce domaine.
Utilisez la liste de contrôle suivante lorsque vous êtes prêt à passer une commande :
- Définissez le type d'actionneur : simple effet, double effet, pilote ou à vide.
- Calculez ou estimez le débit requis et convertissez-le en un Cv minimum.
- Sélectionnez la configuration du port : 2/2, 3/2, 5/2 ou 5/3.
- Choisissez la tension de fonctionnement et vérifiez si l'automate peut fournir le courant d'appel et de maintien.
- Vérifiez la plage de pression de fonctionnement par rapport à la pression pilote minimale.
- Choisissez le style de montage : en ligne, collecteur ou sous-base.
- Confirmez la compatibilité de la température ambiante et du matériau du joint.
- Vérifiez la valeur nominale du boîtier si la vanne se trouve à proximité de zones de lavage ou de poussière.
Dépannage et maintenance
Défauts et correctifs courants
| Symptôme | Cause probable | Solution pratique |
|---|---|---|
| La valve ne bouge pas | Aucune pression pilote ; bobine coincée | Vérifiez l'alimentation et la pression de pilotage ; bobine propre |
| Bobine overheats | Mauvaise tension ; service continu | Correspondre à la tension ; réduire le service ou améliorer le refroidissement |
| Le cylindre rampe | Fuite interne ; usure des joints | Remplacer les joints ou remplacer la valve |
| Bourdonnement | Noyau lâche ; Entrefer de la bobine AC | Serrez le montage ; remplacer la bobine si elle est endommagée |
| Actionnement lent | Faible CV ; silencieux ou échappement bouché | Vérifier le CV ; nettoyer le silencieux et la tuyauterie d'échappement |
Conseils de maintenance préventive
- Gardez l'air comprimé propre et sec et inspectez régulièrement le filtre à air.
- Maintenez la pression d'entrée dans la plage nominale du type de vanne.
- Faites fonctionner les vannes de ralenti au moins une fois par mois pour éviter que la bobine ne colle.
- Inspectez la bobine et les joints plus fréquemment dans les applications à haute température.
- N'ajoutez pas de lubrifiant à moins que les spécifications de la vanne ne l'exigent ; de nombreuses vannes modernes sont pré-lubrifiées.
- Remplacez les silencieux endommagés car un échappement bloqué peut faire en sorte que la valve se comporte comme une valve plus petite.
Foire aux questions sur les électrovannes pneumatiques
Quelle est la différence entre une électrovanne 2/2 et une électrovanne 3/2 ?
Une vanne 2/2 a deux ports et deux positions ; il ouvre ou ferme simplement une conduite d'air. Une vanne 3/2 a trois ports et deux positions ; il peut fournir de l'air à un appareil, puis évacuer cette même conduite. Utilisez une vanne 3/2 lorsque vous devez alternativement pressuriser et purger un cylindre ou une chambre pilote.
Une électrovanne à action directe peut-elle fonctionner à pression nulle ?
Oui. Les vannes à action directe ne nécessitent pas de pression minimale pour se déplacer ; ils fonctionnent de 0 MPa jusqu'à leur pression nominale. Cela les rend adaptés aux circuits de commande pilotes et aux applications à faible débit où la conduite principale peut être complètement fermée.
Comment calculer le Cv dont j'ai besoin ?
Commencez par l’alésage du cylindre, la course et le temps de cycle souhaité. Utilisez la consommation d'air par minute et la pression disponible pour trouver le Cv requis. Si vous ne disposez pas de logiciel de calcul, utilisez une règle simple : choisissez une vanne avec un Cv de 20 à 30 % supérieur à votre nombre calculé, puis vérifiez avec les données du fabricant du cylindre.
Pourquoi mon électrovanne surchauffe-t-elle ?
Les causes les plus courantes sont une tension incorrecte, une alimentation continue avec une bobine conçue pour un service intermittent ou une mauvaise dissipation thermique autour de la bobine. Vérifiez la valeur nominale de la bobine, la stabilité de la tension d'alimentation et le cycle de service de l'application.
Quelle tension dois-je choisir ?
DC24V est le choix le plus courant pour les machines contrôlées par PLC car il est sûr, simple et compatible avec la plupart des contrôleurs. AC110V et AC220V sont toujours utilisés dans des circuits plus simples ou des panneaux existants. Faites correspondre la tension avec précision, car même une courte surtension peut griller une bobine.
Dois-je choisir une vanne normalement ouverte ou normalement fermée ?
Choisissez en fonction du comportement de sécurité dont vous avez besoin. Si l'état hors tension doit arrêter le flux d'air ou rétracter un cylindre, utilisez-le normalement fermé. Si l'état hors tension doit maintenir la circulation de l'air pour éviter une perte de pression ou maintenir le refroidissement, utilisez normalement ouvert.
