Guide des bobines : Enroulement et explications techniques

La bobine d'allumage est souvent le héros méconnu des systèmes de contrôle précis des fluides et de l'électrohydraulique. Les électrovannes, les vannes proportionnelles et autres dispositifs doivent leur fonctionnement à ces composants d'apparence simple.

Si vous êtes responsable des achats de composants pour systèmes d'automatisation industrielle ou ingénieur mécanicien spécialisé dans les systèmes hydrauliques, il est essentiel de comprendre les bobines de bobinage. Ce guide couvre tous les aspects des bobines, des définitions et du fonctionnement à leur construction et leur utilisation.

Une bobine, ou bobine solénoïde, est un dispositif électromagnétique constitué d'un fil de cuivre enroulé autour d'un noyau rectangulaire ou cylindrique appelé « bobine ». Le passage d'un courant électrique dans ce fil génère un champ magnétique. Ce champ magnétique actionne un piston ou une armature, convertissant ainsi l'énergie électrique en mouvement mécanique linéaire.

Il s'agit d'un composant électromécanique constitué d'une bobine, qui est un enroulement sur lequel le fil est enroulé. C'est l'élément essentiel de dispositifs tels que les relais, les solénoïdes, les vannes proportionnelles et les capteurs. La bobine garantit un enroulement, une isolation et une intégrité mécanique irréprochables.

Éléments importants d'une bobine

Noyau de la bobine (cadre)

Il est généralement fabriqué à partir de plastique et d'autres matériaux capables de résister à la chaleur.

Il sert de support pour l'enroulement des fils et le maintien de la structure.

Il est parfois conçu de manière à comporter des brides empêchant les fils de glisser.

Bobinage de fil de cuivre

C'est la partie où les fils sont enroulés et conduisent l'électricité.

Elle comporte une ou plusieurs couches selon l'inductance et la force requises.

Il détermine l'intensité du champ magnétique et les performances de la bobine.

Couche d'isolation

Cela permet de s'assurer qu'il n'y a pas de courts-circuits entre les couches de fils.

Il est parfois fabriqué à partir de matériaux tels que le polyester, l'émail et le ruban de mica.

Il garantit que l'appareil est sûr et efficace même à des températures et tensions élevées.

Câbles ou bornes

C'est l'endroit où l'alimentation électrique peut être branchée.

Il peut être soudé, serti et branché.

Piston ou noyau (utilisé dans les vannes proportionnelles et les solénoïdes)

C'est la partie où le champ magnétique agit sur la partie mobile.

Il est fabriqué à partir de fer doux et d'autres matériaux ferromagnétiques.

Le fonctionnement d'une bobine est basé sur les principes de l'électromagnétisme :

Flux du courant : Un courant électrique traverse le fil de cuivre.

Génération de champ magnétique : Le fil est enveloppé dans un champ magnétique généré par le courant.

Actionnement du piston : Un piston ou une armature ferromagnétique est attiré par le champ magnétique.

Mouvement linéaire : Le mouvement du piston est dû à la force magnétique qui attire le piston, ce qui déplace à son tour le tiroir à l'intérieur de la vanne.

Les bobines peuvent être regroupées en différentes classes en fonction de leur encapsulation et de leur isolation :

Bobines encapsulées standard

Protégés de la poussière et de l'humidité légère par un revêtement en plastique, généralement en nylon ou en thermoplastique.

Bobines haute température

Pour les applications à haute température, ces bobines peuvent être utilisées car elles contiennent des fils et des matériaux résistants à la chaleur, de classe H et de classe C.

Bobines de solénoïde proportionnelles

Ces bobines sont spécialement conçues pour les vannes proportionnelles et contiennent des tubes polaires uniques qui garantissent une force linéaire directement proportionnelle au courant appliqué.

Bobines rotatives

Ces bobines sont dotées d'un boîtier qui facilite leur installation dans des espaces restreints, car le connecteur peut pivoter à 360 degrés.

Il est important de prêter attention aux points suivants lors de la lecture de la fiche technique d'une bobine :

Tension

12 V CC, 24 V CC, 110 V CA et 230 V CA, généralement redressé en interne.

Consommation d'énergie

Pour les vannes proportionnelles, la puissance est généralement comprise entre 8 et 30 watts.

Cycle

Son cycle de service est généralement de 100 %.

Classe d'isolation

Par exemple, classe F 155°C et classe H 180°C.

Connexions électriques

Fils volants, connecteurs M12 et DIN 43650 (Formes A, B et C).

Classe de protection

IP67 et IP65, ce qui signifie qu'il résiste aux jets d'eau et à la poussière.

Les Avantages

Il est préférable de l'utiliser avec des vannes proportionnelles car il offre un contrôle précis et ne se limite pas à un fonctionnement marche/arrêt ; il peut être infiniment variable.

Fiabilité : Longue durée de vie grâce à l'absence d'usure mécanique entre la bobine et l'armature.

Conception compacte : Offre une force considérable dans un format relativement compact.

Normalisation : La plupart des bobines sont interchangeables entre différents fabricants de vannes car elles sont toutes normalisées selon les spécifications DIN, par exemple DIN 43650.

Inconvénients

Génération de chaleur : Lorsque les bobines sont constamment alimentées, de la chaleur est produite. Si cette chaleur n’est pas dissipée, la bobine risque de griller.

Sensibilité au courant : Il existe une relation directe entre le courant et la force magnétique. Les performances peuvent être affectées par les variations de tension.

Sensibilité à l'humidité : des courts-circuits peuvent être provoqués par l'humidité si l'intégrité de l'encapsulation est compromise.

Fiabilité, standardisation et réparabilité sont des critères primordiaux pour les clients industriels. Les bobines offrent toutes ces qualités.

Interchangeabilité mondiale : une bobine d'un fabricant peut être utilisée dans une vanne d'un autre fabricant, grâce à des spécifications normalisées comme la norme DIN 43650.

Adaptabilité : Les bobines peuvent être dimensionnées pour fournir la force nécessaire à l'ouverture d'une grande vanne principale ou d'une petite vanne pilote.

Sécurité : En assurant une isolation électrique et une mise à la terre maximales, les bobines encapsulées réduisent considérablement les risques électriques en milieu industriel.

Entretien minimal : comme la bobine ne comporte aucune pièce mobile, il suffit de veiller à ce que l'environnement soit propre et que toutes les connexions soient bien fixées.

Les bobines sont couramment utilisées dans les systèmes d'automatisation industrielle. Elles comprennent notamment :

Électrovanne CA standard, électrovanne CC, vanne solénoïde, électroaimant de maintien.

Distributeurs proportionnels hydrauliques : utilisés dans les commandes de turbines, les presses et les machines de moulage par injection.

Électrovannes pneumatiques : pour équipements d’emballage et assemblage automatique.

Actionnement d'embrayage et de frein : pour les machines lourdes et la manutention de matériaux.

Technologie médicale : pour les ventilateurs et les pompes à dosage précis.

Le bobinage est l'étape la plus critique qui influe sur les performances de la bobine. L'optimisation du taux de remplissage en cuivre et la constance de la résistance sont les objectifs.

Le processus d'enroulement :

Préparation de la bobine : Une bobineuse est utilisée pour préparer la bobine en plastique, qui est la première.

Sélection du fil : En fonction de la valeur de résistance requise et du nombre de spires nécessaires, on utilise un fil de cuivre d'un calibre spécifique.

Enroulement par couches : Le fil est ensuite enroulé sur la bobine. L’enroulement est réalisé de manière à ce que chaque couche s’insère parfaitement dans la rainure de la spire précédente ; cette méthode, dite d’enroulement « par couches », est utilisée pour le bobinage de la bobine.

Isolation : Du ruban adhésif est utilisé comme isolation entre les spires.

Terminaison : Les fils de départ et d'arrivée sont terminés à l'aide de bornes.

Encapsulation : La bobine enroulée est ensuite surmoulée de plastique.

Les performances dépendent du choix approprié de la bobine. Suivez la liste de vérification ci-dessous :

Vérifiez la tension : la tension doit correspondre à la tension du système de commande, qui est généralement de 24 V CC.

Vérifiez le type de connecteur : il s’agit soit d’un connecteur DIN 43650 Forme A, qui est « grand », soit d’un connecteur DIN 43650 Forme B, qui est « petit ».

Détermination de la résistance : pour s’assurer qu’elle respecte les spécifications indiquées sur la carte du circuit imprimé, la résistance est mesurée ou vérifiée en ohms. Un courant plus élevé est généré par une résistance plus faible.

Pensez à l'environnement : assurez-vous que l'indice de protection est adéquat (IP67 > IP65) lorsque l'application est destinée à être utilisée à l'extérieur/à être lavée.

Classe de température : Sélectionnez une classe d'isolation plus élevée (H) lorsque la bobine est à proximité d'un collecteur/moteur chaud.

Série de vannes : Assurez-vous que le type de tube d’armature de la bobine est adapté à la série de vannes spécifique utilisée.

La bobine est trop chaude pour être manipulée :

Causes : Température ambiante élevée, type de bobine inadapté au cycle et tension excessive.

Solution : Vérifiez la tension. Assurez-vous que le tiroir de la vanne est bloqué, ce qui provoque un courant d’appel élevé.

La vanne n'est pas activée :

Cause : Connecteur desserré, fil cassé et/ou bobine brûlée.

Solution : Vérifiez la résistance. Si la bobine est grillée et doit être remplacée, le message « Ligne ouverte » (résistance infinie) s’affichera.

Fonctionnement imprévisible/sporadique :

Cause : Câble endommagé et/ou mauvaise connexion à la terre.

Solution : Assurez-vous que la broche de terre est insérée et que les broches du connecteur DIN ne sont pas corrodées.

bourdonnement provenant uniquement de la bobine du courant alternatif :

Cause : Bague ombrée cassée et/ou mauvais positionnement du piston.

Solution : Nettoyer l'armature de la vanne et/ou remplacer la bobine.

Dans le domaine des systèmes de contrôle industriel, la bobine d'alimentation constitue une interface essentielle entre le mouvement mécanique et les systèmes de contrôle électroniques. Pour garantir un fonctionnement durable et précis, il est crucial de comprendre sa technologie d'enroulement, ses caractéristiques électriques et ses contraintes environnementales.

Lors du choix d'une bobine pour un nouveau projet de vanne proportionnelle ou pour le diagnostic d'un actionneur défectueux, il est primordial de privilégier la tension, l'isolation et la protection adéquates. Les industriels garantissent à leurs clients une disponibilité maximale et des performances système optimales grâce à l'utilisation de bobines standardisées et de haute qualité.