Informations Generales Electro-aimants 0507

Informations générales sur les électro-aimants 1 - DÉFINITION

Force

Sous l’effet du champ magnétique induit par le courant électrique passant dans la bobine de l’électro-aimant, la partie mobile (noyau) se déplace sur l’ensemble de sa course. Ce déplacement exerce une force de poussée ou de traction permettant de générer une action mécanique sur son environnement. Il existe principalement trois types de conception : a - Manœuvre simple : tirant - poussant - rotatif (de 0 à 90°) Le retour à la position de départ se fait par une action mécanique extérieure (par exemple : ressort). En l’absence de courant ou de ressort le noyau devient libre et sans maintien en position.

Course

La force est plus faible noyau sorti (en début de course) que noyau rentré (fin de course). Les forces des électro-aimants communiquées dans cette documentation correspondent à : - Tension d’alimentation dans la bobine = 90% de la tension nominale. - Une bobine échauffée à la limite de la température de la classe d’isolation de l’appareil (voir § 8). A la tension nominale les valeurs de forces indiquées dans ce catalogue augmentent d’environ 20%.

Version tirante

Version poussante

Version tirante et poussante

b - Manœuvre simple avec maintien en position Monostable par l’action d’un aimant permanent ou d’un ressort. Bistable par l’action d’un aimant permanent et d’un ressort, ce dernier assure le retour à la position de départ après une impulsion électrique en sens inverse dans la bobine. c - Manœuvre double avec deux bobines Une bobine permet le mouvement du noyau dans un sens, l’autre dans l’autre sens. La position en butée d’un côté ou de l’autre est assurée par le maintien de l’alimentation dans le bobinage (ou par un aimant permanent).

Une commande électrique adaptée pourra créer une surtension momentanée (surexcitation) dans la bobine - elle correspondra à une surtension appliquée uniquement pendant la durée d’attraction du noyau. Grâce à cette surexcitation la force pour les électro-aimants à facteur de marche 100% sera doublée et ce dès le début de la course, de plus le temps de réponse sera réduit de 30 à 40%.

4 - TENSION D’ALIMENTATION (V - VOLT) Pour les électro-aimants courant continu, la tension standard est 24 V CC. Certains pourront néanmoins être alimentés en 230 V AC par l’intermédiaire d’un redresseur. Dans ce cas, la bobine est réalisée en tension continue 205 V CC. Pour les électro-aimants en courant alternatif monophasé, la tension standard est 230 V AC / 50 Hz. La tolérance maximum admissible sur la tension d’alimentation est de +/- 10% de la tension nominale pour un fonctionnement en continu. La tolérance conseillée est de +5% à -10% pour éviter un échauffement important de la bobine et assurer la longévité de l’électro-aimant.

5 - COURANT (A - AMPÈRE) Le courant nominal correspond à la consommation de la bobine avec une tension nominale et une température de bobine de 20°C.

2 - COURSE (mm) La course est le chemin parcouru par le noyau de la position de début à la position de fin de course.

3 - FORCE (N - NEWTON) La force dépend de la forme du circuit magnétique et de la puissance électrique de la bobine (voir également § 7). Elle évolue pendant sa course et peut prendre différentes formes.

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Le courant d’appel est le courant consommé par l’appareil alors que le circuit magnétique est encore ouvert, c’est-à-dire lorsque le noyau n’est pas arrivé en butée. Le courant d’appel est supérieur au courant nominal. Il n’y a pas de courant d’appel pour les électro-aimants courant continu ; à la coupure, il peut se produire un arc électrique si le circuit n’est pas protégé (voir câblage § 12). Attention : cet arc peut endommager le circuit de commande électrique (l’interrupteur par exemple).

En effet un courant d’une intensité élevée sera présent jusqu’à ce que le noyau arrive en butée ; en conséquence, plus la course sera grande, plus l’échauffement d’appel sera élevé.

6 - PUISSANCE NOMINALE (W - WATT / VA - VOLTAMPÈRE)

8 - ISOLATION

Par exemple : Un électro-aimant de facteur de marche de 100% peut rester alimenté en permanence ; par contre, un électro-aimant de facteur de marche 5% ne pourra être alimenté, que pendant une durée de 0,05 x 300 = 15 s toutes les 5 minutes.

Classe d’isolation

Température maxi en °C

Y A E B F H

90 105 120 130 155 180

9 - TEMPS DE RÉPONSES (ms) Les temps de réponses d’un électro-aimant se décomposent principalement en deux durées : - durée d’attraction (t1) correspondant au retard de réaction magnétique (t11) additionné à la durée de mouvement (t12). - durée de rappel (t2) correspond au retard de retombée du magnétisme additionné à la durée de retour (t22). Commande côté courant continu ED J U

t s t11 t21

t12

t22

t1 t2

b - Pour les électro-aimants courant alternatif Dans cette conception les électro-aimants alternatifs sont soumis à une surintensité à chaque manœuvre ; par conséquent l’échauffement sera supérieur à un électro-aimant à courant continu. Le nombre de manœuvres par heure sera donc limité à l’image du graphique ci-dessous :

3 600 maxi./h

Course = 0,1 x S maxi.

1 200 maxi./h Course = 0,2 x S maxi.

600 maxi./h Course = 0,4 x S maxi.

Échauffement maxi en °C pour une température ambiante de 35°C 50 65 80 90 115 140

Commande côté courant alternatif ED J U

t 300 maxi./h Course = 0,6 x S maxi.

120 maxi./h Course = S maxi.

VENTOUSES ÉLECTROMAGNÉTIQUES

Le facteur de marche, indiqué en %, correspond à la durée maximum d’alimentation de l’appareil sur une période de 5 minutes (300 secondes). Pour une même taille d’électro-aimant, il existe plusieurs puissances de bobine : • Une bobine puissante ayant un facteur de marche 5% s’échauffera vite - elle ne pourra donc pas être alimentée plus de 5% du temps sur une période 5 minutes ; soit 15 secondes sur 5 minutes. • Une bobine avec un facteur de marche 100% pourra être alimentée tout le temps jusqu’à une température ambiante de 35°C. Cet échauffement, lié à la résistance de la bobine et au courant passant dans celle-ci, sera dissipé par les surfaces d’échanges de l’électro-aimant avec son environnement - au delà du facteur de marche autorisé, il y aura rapidement détérioration de la bobine de l’électro-aimant. a - Pour les électro-aimants courant continu Les facteurs de marches s‘expriment par un pourcentage de la durée d’alimentation pour une période de 5 minutes. La durée d’alimentation totale correspond au cumul des mises sous tension dans la période. Durée de mise sous tension (secondes) % FM = 300 secondes Pour indication : - 100% : alimentation possible en permanence 40% : 120 secondes sur 300 secondes 25% : 75 secondes sur 300 secondes 5% : 15 secondes sur 300 secondes

VIBRATEURS ÉLECTROMAGNÉTIQUES

7 - FACTEUR DE MARCHE (FM - %)

La température d’utilisation habituelle se situe entre -5°C à +35°C toutefois il est possible de sortir de ce cadre. La température maximum admissible par un électro-aimant dépend des matériaux utilisés et particulièrement de l’isolant du fil de cuivre de la bobine. Le tableau ci-dessous définie la température maxi d’utilisation de l’électro-aimant.

FREINS & EMBRAYAGES

La puissance nominale absorbée est donnée dans cette documentation pour une tension nominale et pour une température de bobine de 20°C.

ÉLECTRO-AIMANTS

Pour les électro-aimants courant alternatif, il y a un courant d’appel jusqu’à ce que le noyau arrive au “collage” ; à partir de cet instant, le courant reprend sa valeur nominale.

s t22

t21

t11

S = course - S maxi. = course maxi

t12

t2

t1

J = courant (A) - s = course (mm) - U = tension (V) - t = temps (s).

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Informations générales sur les électro-aimants (suite) Ces temps correspondent à un mouvement à vide c’est-à-dire sans action mécanique sur un élément extérieur. Il sont dus à “l’inertie” magnétique dans la bobine. Une commande électrique adaptée pourra créer une surtension (surexcitation) dans la bobine - elle correspondra à une surtension appliquée uniquement pendant la durée d’attraction du noyau. Cette surexcitation permettra de réduire la durée d’attraction tout en augmentant la force dès le début de la course.

12 - SCHÉMA DE CÂBLAGE De nombreuses possibilités existent ; nous vous conseillons les câblages suivants : • Lors d’une alimentation courant continu Ce câblage évite l’arc électrique lors de la coupure (détérioration de l’interrupteur) et permet d’obtenir un temps de rappel court. + D

6 R

U UN

Electro-aimant

4

-

D = Diode et R = résistance Ohmique

a 2

0

• Lors d’une alimentation courant alternatif et lorsque la bobine est conçue pour du courant continu Deux possibilités : 0

0,2

0,6

0,4

0,8

1

t1 t1N

U UN t1 t1N

Tension réelle appliquée Tension nominale Temps réel d’attraction Temps nominal d’attraction

10 - DURÉE DE VIE La durée de vie des électro-aimants en courant continu est essentiellement déterminée par le type de guidage mécanique du noyau. Les électro-aimants KENDRION sont conçus avec différents types de paliers. Leur durée de vie, est présentée ci-dessous par ordre croissant : • Tube guide en laiton et noyau nickelé • Tube guide en laiton et noyau chromé dur ou revêtu PTFE • Paliers en bronze fritté • Paliers constitués de bagues DU (métal+PTFE) L’usure du palier dépend de l’effort radial auquel il est soumis (en montage vertical le poids du noyau n’agit pas sur le palier). Les durées de vie se situent entre 5.105 et 108 manœuvres selon le type de palier et de noyau.

11 - PROTECTION La protection des électro-aimants dépend de leur conception. Toutes les pièces en acier sont protégées contre la corrosion. Le degré de protection suit la norme EN 60 528, par exemple : IP00 : aucune protection. IP54 : protection contre les poussières et contre les projections d’eau dans toutes les directions. IP65 : totalement protégé contre les poussières et contre les jets d’eau à la lance dans toutes les directions. ATEX : protection antidéflagrante (différentes zones).

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Commande côté courant alternatif : Ce câblage évite l’arc électrique lors de la coupure (détérioration de l’interrupteur) mais allonge le temps de rappel.

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Electro-aimant

Commande côté courant continu : Ce câblage provoque un arc électrique pouvant détériorer l’interrupteur, mais permet un temps de rappel court.

Electro-aimant

FM : 100%

Force F (N)140

ÉLECTRO-AIMANTS

APPROCHE DE SÉLECTION RAPIDE D’UN ÉLECTRO-AIMANT DE MANŒUVRE SIMPLE

120

100

80

Ces graphiques permettent de présélectionner une gamme. En premier lieu, il est nécessaire de définir un facteur de marche puis de repérer la course utile et en dernier lieu la force en début de course. Le résultat aboutit à une couleur correspondant à une ou plusieurs gammes.

60

40

20

0 0

5

10

15

20

25

30 course s (mm)

20

25

30 course s (mm)

20

25

FM : 40%

Force F (N) 160

140

120

100

VENTOUSES ÉLECTROMAGNÉTIQUES

IMPORTANT : les forces indiquées sont celles en début de course - elles sont bien inférieures aux forces en fin de course (noyau rentré dans la bobine).

80

60

40

20

0 0

5

10

15

FM : 25%

Force F (N) 200

100

50

0 0

5

10

15

30 course s (mm)

VIBRATEURS ÉLECTROMAGNÉTIQUES

150

FM : 5%

Force F (N) 400

350

300

200

150

LCL/40 001.. - 40 006.. / DBM.. 100

LHS.. 50

LHP.. 0 0

5

10

15

20

25

30 course s (mm)

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FREINS & EMBRAYAGES

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