Bloc d'alimentation sans interruption : fonction et spécificités de fonctionnement d'un onduleur domestique

Pour maintenir le fonctionnement des appareils en cas de perturbations du réseau, on utilise un bloc d'alimentation sans interruption. Selon le type de consommateurs desservis et les paramètres de l'énergie électrique, il faut choisir différents modèles. Ces appareils sont très demandés, donc il n'est pas difficile d'acquérir un exemplaire avec les caractéristiques souhaitées.

Mais avant l'achat, il est nécessaire de comprendre par vous-même ses particularités, et non de confier cette question à des managers intéressés par les ventes.

Dans cet article, nous examinerons la structure et les particularités de fonctionnement d'un onduleur, et nous expliquerons les règles de son utilisation.

Schémas d'onduleurs à courant alternatif

Pour les besoins domestiques, on utilise des dispositifs d'alimentation sans interruption connectés à un réseau monophasé 220 V, qui peuvent, en cas d'absence d'électricité, alimenter pendant un certain temps les consommateurs nécessitant la même tension.

Il existe également des onduleurs connectés en entrée à un réseau triphasé et fournissant en sortie 380 V ou 220 V. Cependant, ils sont chers et sont utilisés lorsqu'il est nécessaire d'obtenir une puissance autonome à partir de 10 kVA, ce qui n'est pas nécessaire pour les besoins domestiques.

Les onduleurs domestiques à courant alternatif sont classés selon leur schéma de fonctionnement en types suivants :

• de secours (hors ligne) ;
• interactifs (ligne-interactifs) ;
• à double conversion (en ligne).

Ils se distinguent par la qualité de la tension de sortie et le prix. Les moins chers sont les modèles de secours, et les plus chers sont ceux à double conversion.

Le schéma d'alimentation de secours le plus simple à réaliser comprend un relais de commutation et un filtrage passif pour la suppression des perturbations.

Pour convertir le courant alternatif en courant continu dans le chargeur, on utilise un redresseur. La transformation inverse se fait à l'aide d'un onduleur (inverseur).

Dans les onduleurs, pour commuter le circuit du réseau à la batterie, on installe généralement des relais électromécaniques ordinaires. Si cette pièce est de bonne qualité, sa durée de vie suffit pour toute la durée de fonctionnement de l'onduleur. Mais le plus souvent, en cas de panne de l'appareil, le problème réside précisément dans cet élément de la construction.

Le schéma interactif se distingue du schéma de secours par la présence d'un stabilisateur de tension. Il se présente sous la forme d'un autotransformateur typique avec des enroulements directement connectés.

La stabilisation de tension est également présente dans de nombreux appareils domestiques, donc si les écarts sont mineurs, il n'est pas nécessaire d'acheter un modèle linéaire-interactif plus coûteux.

La présence d'un transformateur oblige souvent le fabricant à utiliser un refroidissement forcé, c'est pourquoi ces onduleurs sont équipés de ventilateurs. Ils émettent un bruit comparable en intensité à celui d'une unité centrale d'ordinateur.

L'alimentation de l'onduleur en mode en ligne se fait en continu à partir des batteries. Ainsi, en cas de panne du réseau électrique, le temps de basculement vers l'alimentation de secours est nul.

Les appareils à double conversion les plus complexes et les plus chers ont également le rendement le plus faible. L'électricité est dissipée sous forme de chaleur émise par l'appareil. Par conséquent, leur utilisation doit être justifiée.

L'avantage le plus significatif de ce type d'onduleur réside dans sa réaction instantanée à une coupure de courant. Mais pour la plupart des appareils ménagers, ce n'est pas si important. Les ordinateurs, par exemple, sont généralement équipés d'onduleurs de type secours ou interactif.

Paramètres les plus importants

Il existe actuellement de nombreuses offres sur le marché pour la vente de sources d'alimentation sans interruption domestiques. Pour bien déterminer leur fonction et ne pas se tromper dans le choix, il faut comprendre sur quels paramètres il convient de se concentrer en premier lieu.

Principales caractéristiques techniques

La puissance de sortie de l'appareil détermine la valeur maximale que le bloc peut fournir de manière garantie au consommateur. Elle se mesure en voltampères (V·A). Pour la commodité des utilisateurs, cette valeur est souvent donnée ainsi que en watts.

Pour mesurer la charge des appareils, on peut soit utiliser un ampèremètre, soit la calculer en utilisant les indications du compteur installé dans l'appartement.

La consommation d'énergie électrique peut être mesurée à l'aide d'un ampèremètre domestique (wattmètre) avec prise. L'appareil connecté doit être mis en mode de consommation maximale.

Pour déterminer la puissance réelle d'un ordinateur, il ne faut pas se baser sur la valeur nominale du bloc d'alimentation, car celui-ci est toujours acheté avec une marge.

Si vous ne disposez pas d'un ampèremètre, vous devez effectuer les actions suivantes :

1. Débranchez tous les circuits du tableau, sauf celui qui alimente l'ordinateur.
2. Débranchez tous les appareils de ce circuit.
3. Allumez l'ordinateur et lancez-y un programme typique (par exemple, une vidéo YouTube).
4. Attendez que la valeur sur le compteur change d'une dixième de kilowatt.
5. Relevez le temps jusqu'au prochain changement.

La puissance moyenne consommée (P, en watts) pendant cette période (t, en minutes) peut être calculée à l'aide de la formule :

P = 100 * (60 / t)

La prochaine caractéristique importante est la durée d'autonomie. Cet indicateur dépend de la charge que supporte l'onduleur à ce moment. À la puissance maximale admissible, les batteries d'un appareil domestique fonctionnent de 1 à 3 minutes. Et à moitié charge, beaucoup plus longtemps (jusqu'à 10 minutes).

D'après le graphique de la dépendance du temps d'autonomie des batteries en fonction de la charge moyenne, on voit que cette dépendance est non linéaire. Cela est dû au mode de décharge des batteries.

De cela découlent deux conclusions :

• en cas de coupure de courant, il faut réduire au maximum la charge consommée par les appereils ;
• il est souhaitable d'acquérir un onduleur dont la puissance dépasse la puissance calculée d'au moins 30 %.

La plage de tension d'entrée indique la tension minimale et maximale admissible du secteur, pour laquelle il n'y aura pas de basculement de l'alimentation sur les batteries. En règle générale, tous les onduleurs supportent une plage de 180-260 V.

Chez certains fabricants, on peut trouver des valeurs très bonnes (publicitaires), par exemple, la valeur inférieure – 110 V. Il faut ici vérifier que ces chiffres sont donnés pour la charge maximale, et non pour la moitié de la charge.

Un autre indicateur technique important est le niveau de bruit. Les onduleurs de type line-interactive ou en ligne dégagent beaucoup de chaleur, c'est pourquoi les fabricants y installent des ventilateurs. Si les ventilateurs sont bon marché, ils finiront par émettre un bourdonnement, ce qui est indésirable dans un espace résidentiel.

Interface et réalisation des réglages

L'aspect extérieur des blocs peut être très varié. Ils ont généralement une forme rectangulaire classique, avec des indicateurs ou un écran sur la face avant, et des prises de courant à l'arrière. Leur nombre n'est pas si important, car on peut brancher une rallonge multiprise à la sortie. Cela ne contredit en rien le concept de l'onduleur.

Le modèle peut avoir un écran LCD, sur lequel sera affichée la situation de l'alimentation des appareils connectés : disponibilité de l'alimentation, nombre de consommateurs, charge de la batterie, etc.

Le système d'indication réduit le coût de l'équipement. De plus, il est plus pratique. Si l'on souhaite connaître certains paramètres, de nombreux modèles offrent la fonction de connexion à un ordinateur.

Pour connaître les paramètres de l'alimentation électrique, l'état des batteries de l'onduleur et son fonctionnement, on peut le connecter à un ordinateur. Cette fonction est implémentée et un logiciel est développé pour de nombreux modèles.

Il existe trois principaux types d'interface :

• USB. La connexion la plus courante entre l'ordinateur et l'onduleur.
• RS-232 (port COM). Rarement présent dans les modèles domestiques.
• Ethernet 10/100. Il est utilisé pour la gestion à distance de l'onduleur.

Le logiciel pour obtenir les caractéristiques de l'onduleur et le contrôler n'est pas seulement dévelopé pour diférentes versions de Windows. Par exempe, le célébre fabricant Powercom propose une version Android du logiciel, permetant de surveiller à distance l'état de l'alimentiation et, si nécesaire, d'ajuster le fonctionement de l'onduleur.

Le logichel permet de suivre les principales caractéristiques du réseau électrique, telles que la tension d'entrée et de sortie, la fréuence. Il permit également de connaîre la charge des batteris et la températaure de l'apareil.

Les onduleurs sont placés à proximité immédiate des consummateurs d'électricité protégés. On les pose généalement sur le sol ou sur des étagères. Certains modèles sont équipés de fixations permitant de les monter sur les murs.

Qualité du courant de sortie

Les alimentations sans intérruptition (onduleurs) dovent fournir un courant de qualité appropriée. En fonctionement sur batterie, c'est l'onduleur qui en est responsable, et en cas d'alimentation secteur, les filtres et le stabilisateur dovent atténuer les problèmes. Les perturbitions apparaissant dans le circuit électrique ont des origines et des conséequences différentes pour l'électronique. Il est donc nécessaire d'examiner atteintivement cette question.

Perturbations du réseau et protection

Tous les onduleurs modernes sont équipés d'une protecttion contre les problèmes liés aux apareils connectés. Si la charge totale déppase le maximum autorisé ou si un court-circuit se produit, l'onduleur coupe immédiatement l'alimentation.

Les perteurbations du réseau peuvent être divisées en perteurbations de fréquence et perteurbations impulsitionnelles. Les premières ne sont pas aussi dangeureuses, surtout pour les alimentations des ordinateurs ou des téléiseurs, qui convertissent le courant alternatif en courant continu. Les secondes peuvent poser problème à tout apareil électronique.

C'est pourquoi la plupart des onduleurs sont équipés d'une protecttion contre les impulsions et les harmoniques à l'aide de varistances et de filtres haute fréquence.

L'élimination des perturbations sur la ligne se fait en deux étapes. D'abord, les varistances éliminent les impulsions haute fréquence, puis le filtre lisse les petites variations.

Le problème des impulsions haute tension ne concerne pas selement les câbles d'alimentation, mais aussi les réseaux de transmission de données – informatiques ou téléhoniques. Elles peuvent survenir en raison de l'électricité atmosphérique, de claquages dans le câblage voisin, de parasites électriques et d'autres causes.

De nombreux fabricants produisent des modèles permettant de protéger le réseau local. Pour cela, l'onduleur dispose de deux connecteurs RJ-45 – l'un en entrée et l'autre en sortie. Le signal passe à travers un filtre qui supprime les surtensions. Pour les lignes téléphoniques, le système est le même, mais les connecteurs sont au format RJ-11.

Tension basse et haute

Le réglage de la tension s'effectue à l'aide d'un régulateur automatique de tension (AVR), dont l'élément principal est un autotransformateur. Son principe de fonctionnement repose sur la modification du nombre de spires d'un des enroulements, ce qui entraîne une augmentation ou une diminution de la valeur de la tension.

La présence d'un AVR dans l'onduleur permet de ne pas activer le mode autonome à chaque écart mineur de tension par rapport aux valeurs normatives. Cela augmente considérablement la durée de vie des batteries.

Les multimètres professionnels, tels que le CEM DT 9909, sont capables d'enregistrer la valeur de la tension sur une longue période. L'utilisation d'un tel appareil peut aider au choix d'un stabilisateur ou d'un onduleur.

Selon la norme GOST 29322-2014, un écart de tension de 10 % par rapport à la valeur de référence est autorisé pendant une durée ne dépassant pas 1 heure. Tous les onduleurs modernes équipés de régulateurs gèrent ces fluctuations.

Pureté du signal de sortie

Le type de signal de sortie dépend du modèle de convertisseur installé dans l'onduleur. Idéalement, la courbe de la tension alternative devrait être une sinusoïde. Mais après la conversion via l'onduleur, elle prend une forme en escalier.

Plus le nombre de paliers dans la courbe de la tension instantanée en fonction du temps est élevé, meilleure est la qualité du courant alternatif. Pour certains appareils, c'est important.

Pour les équipements contenant des moteurs électriques asynchrones (réfrigérateur, climatiseur), des blocs d'alimentation à transformateur (équipements audio de qualité), des blocs d'alimentation APFC (serveurs et ordinateurs de calcul puissants), une sinusoïde pure ou bien approchée est nécessaire.

Aucun convertisseur, et donc aucun onduleur, ne produit une sinusoïde pure, quoi que puissent écrire les fabricants d'équipements dans leurs brochures publicitaires. L'approximation du signal de sortie à une sinusoïde est évaluée par le taux de distorsion harmonique (THD).

Le signal sortant du bloc peut être considéré sinusoïdal si THD < 5 %. Pour certains modèles, tel que l'IMV NetPro 2000, ce taux n'est que de 2 %.

Règles d'utilisation de l'onduleur

Lorsque vous achetez un onduleur pour organiser une alimentation de secours, il est nécessaire de comprendre avec quels appareils il peut être utilisé. Parfois, il n'est pas possible de se contenter d'un seul onduleur et il faut alors prendre des mesures supplémentaires pour assurer l'alimentation électrique de la maison.

Connexion des appareils domestiques

Les ordinateurs, modems, routeurs, équipements vidéo et audio sont des appareils domestiques ou de bureau typiques que l'on connecte à des onduleurs. Si ces appareils contiennent des blocs d'alimentation à découpage ordinaires, il suffira d'acheter des modèles relativement bon marché qui ne produisent pas de sinusoïde pure.

Les modèles modernes sont compacts et ont un design attrayant qui s'intègre harmonieusement avec les autres appareils dans l'intérieur d'une pièce à vivre.

Pour l'éclairage, il n'est pas non plus nécessaire d'acheter des produits coûteux. L'essentiel est de calculer correctement la puissance maximale et la durée de fonctionnement autonome.

En cas de coupures fréquentes, le problème du dégivrage non planifié des réfrigérateurs et de la détérioration des aliments se pose. Pour protéger ces équipements avec des moteurs asynchrones, des onduleurs de conception plus complexe seront nécessaires, car un signal sinusoïdal “pur” est requis.

De plus, il faut tenir compte des courants de démarrage qui se produisent lors du démarrage du moteur. De manière simplifiée, pour les équipements de réfrigération, leur valeur peut être déterminée en multipliant la valeur de la puissance par 5.

Si, par exemple, dans la cuisine, il y a un réfrigérateur d'une puissance totale de 300 W (au démarrage – 1 500 W) et un congélateur de 200 W (au démarrage – 1 000 W), alors il faut une alimentation avec un sinus pur et une puissance maximale d'au moins 1 700 W. Cette valeur a été obtenue au cas où le congélateur fonctionnerait et que le réfrigérateur se mettrait en marche à ce moment-là. Un démarrage simultané des deux moteurs est peu probable, et cet onduleur supportera une impulsion d'une seconde de 2,7 kW.

Un bloc en ligne d'une puissance maximale de 2 000 W pourra fonctionner environ une demi-heure avec une consommation totale de 500 W. Comme le mode de refroidissement dure environ 5 minutes, l'onduleur sera garanti suffisant pour 6 démarrages des deux appareils.

Dans les maisons individuelles et les cottages, l'utilisation d'un onduleur pour soutenir le système de chauffage à circulation forcée est également pertinente. Les pompes ont également besoin d'un sinus pur.

Les onduleurs sont également activement utilisés pour le fonctionnement des chaudières à gaz. Compte tenu du coût des équipements connectés, il ne faut pas économiser sur la qualité de l'onduleur dans ce cas.

Alimentation de secours et supplémentaire

Pour de nombreux appareils électroménagers, il est impossible de trouver un onduleur bon marché car une puissance maximale importante sera nécessaire pour une longue période d'autonomie. Les machines à laver, les fours électriques, les systèmes de climatisation répartie consomment beaucoup d'électricité.

On peut bien sûr se passer de ces appareils pendant une coupure de courant. C'est judicieux si ces interruptions sont rares et de courte durée. Mais si une décision est prise d'alimenter de puissants consommateurs avec une alimentation autonome, il est préférable d'utiliser un générateur à essence ou diesel. Pour leur démarrage rapide en l'absence de tension, on utilise un système de commutation automatique de secours (ATS).

En présence d'une source d'alimentation supplémentaire, il est tout de même recommandé d'utiliser un onduleur, au moins pour les ordinateurs. Il est impossible d'obtenir un démarrage instantané du générateur et une reprise de l'alimentation électrique.

Stabilisation de la tension réduite

Le problème de la sous-tension est pertinent pour les installations connectées à des réseaux électriques anciens ou de faible puissance. Si cette situation se produit régulièrement, il est préférable d'utiliser un stabilisateur d'entrée.

En présence d'un stabilisateur, la tension du réseau intérieur sera ramenée aux valeurs normatives. Cela affectera également les appareils qui ne sont pas connectés à l'ASI.

En cas de basse tension, l'intensité du courant traversant le réseau intérieur augmente. Par exemple, supposons que la puissance totale des consommateurs connectés à l'ASI soit de 1,5 kW et que la tension fournie soit de 190 V.

Alors d'après la loi d'Ohm :

• I₁ = 1500 / 190 = 7,9 A – intensité du courant dans le circuit avant l'ASI sans stabilisateur ;
• I₂ = 1500 / 220 = 6,8 A – intensité du courant dans le circuit avant l'ASI avec stabilisateur.

Ainsi, le réseau intérieur sans stabilisateur subira une charge accrue, ce qui pourrait ne pas avoir été pris en compte lors du choix de la section du câblage.

Par conséquent, en cas de basse tension persistante, il est préférable d'installer un stabilisateur. Dans ce cas, la charge sur l'autotransformateur de l'ASI sera également moindre, ce qui prolongera sa durée de vie. De plus, compte tenu de l'égalisation de la tension, il est possible d'acheter des onduleurs (ASI) moins chers.

Alimentation sans interruption des consommateurs à courant continu

Pour certains appareils, il est nécessaire d'assurer une alimentation sans interruption en courant continu de 12, 24 ou 48 V. Des ASI de ce type sont également disponibles dans le commerce. Leur marquage comporte l'abréviation “DC”. Des blocs fournissant une tension de 60, 110 ou 220 V existent aussi, mais ils sont utilisés dans l'industrie ou l'énergie.

La différence des onduleurs (ASI) à courant continu dans leur structure interne par rapport aux modèles classiques réside dans l'absence d'onduleur. Les batteries sont connectées directement à la sortie via un contacteur avec un shunt de mesure limiteur de courant pour empêcher une décharge excessive des batteries.

Parfois, un convertisseur stabilisateur peut être présent en sortie, si les appareils alimentés par l'ASI sont sensibles aux légères variations de tension.

En collaboration avec des convertisseurs de tension, une ASI à courant continu de 48 W peut alimenter un système de vidéosurveillance avec un périmètre allant jusqu'à 1 km

Ces sources d'alimentation de secours sont utilisées pour protéger les équipements domestiques suivants fonctionnant en courant continu :

• systèmes de vidéosurveillance et de sécurité ;
• divers capteurs (de fuite, de fumée, d'incendie, de mouvement, etc.) ;
• systèmes d'éclairage ;
• appareils de télécommunications ;
• systèmes de communication ;
• composants du système de gestion de la “maison intelligente”.

De nombreuses ASI à courant continu offrent l'option de connexion de batteries externes. Dans ce cas, le fonctionnement autonome des appareils qu'elles alimentent peut être très long.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Bref aperçu des principales caractéristiques des onduleurs domestiques :

La diversité des types d'onduleurs et de leurs caractéristiques résulte des différentes conditions d'utilisation : puissance et type des appareils connectés, paramètres et problèmes typiques du réseau électrique spécifique. L'onduleur n'est généralement pas l'élément le plus coûteux du système, mais la stabilité de son fonctionnement en dépend. Il convient donc de déterminer les conditions d'exploitation et de choisir soigneusement le modèle.

Des questions sur le sujet de l'article ? Ou vous pouvez compléter ce matériel avec des informations intéressantes sur les onduleurs ? Veuillez écrire vos commentaires, poser des questions, partager votre expérience dans le bloc ci-dessous.