badmax Only Amiga makes it possible | Les Onduleurs
I] Utilité
II] Caractéristiques
III] Types d'Onduleurs
IV] Divers
NDR: topic original créé par Paul-Hewson
I] Utilité
Un onduleur, Uninterruptible Power Service - UPS - en anglais, est un dispositif de secours sur batterie pour continuer d'alimenter une charge pendant un temps donné jusqu'à rétablissement de l'alimentation. A ne pas mélanger avec la catégorie des onduleurs photovoltaïques, ce n'est pas le même rôle ni les mêmes fonctions.
Voilà pour la fonction de base. A cela s'ajoute en option suivant les modèles la gestion de:
- Micro-coupures de courant, c'est-à-dire des coupures électriques de presque une seconde pouvant se traduire par le redémarrage de l'ordinateur.
- Surtension, c'est-à-dire une valeur supérieure à la valeur maximale prévue pour le fonctionnement normal des appareils électriques, entre 250 et 265V en général.
- Sous-tension, c'est-à-dire une valeur nominale inférieure à la valeur maximale prévue pour le fonctionnement normal des appareils électriques, entre 180 et 210V en général
- Pics de tension. Il s'agit de surtensions instantanées (pendant un temps très court) et de forte amplitude. C'est la même fonction que les prises parasurtenseurs. On parle en milliers de volts.
- Perturbations de la fréquence secteur : la fréquence de base du réseau peut parfois être perturbée.
- Conversion de tension/fréquence: 110 vers 220 ou 400/Tri vers 230/Mono, 50 vers 60Hz, etc.
Par contre, cela ne fait pas
- Protection contre la foudre, représentant une énergie très importante entre 5kA et 20kA intervenant brusquement lors d'intempéries (orages). Pour cela, il faut un dispositif para-foudre dans le tableau électrique.
- Alimentation sur batterie permanente: les onduleurs abordés dans ce topic ne sont pas prévus pour fonctionner sur batteries pour des durées très longues. Il s'agit en général d'onduleurs couplés à des batteries chargées par des installations photovoltaïques ou éolienne, (petite) hydraulique, etc.
- Modification du régime de neutre: il est toujours conservé, donc en France, régime TT (tout à la terre). Il faut un transformateur d'isolement pour ce type de fonction.
II] Caractéristiques des Onduleurs
Il y a 2 éléments fondamentaux à prendre en compte pour un onduleur:
- La puissance de l'onduleur : exprimée en VA (ou KVA) elle conditionnera la capacité de l'onduleur à alimenter votre équipement en cas de coupure secteur. A cette capacité en VA, on prend en compte le facteur de charge, entre 0.5 et 0.95 qui permet d'avoir la puissance réelle en watts (W=P x FC). C'est SURTOUT cette dernière qu'il faut regarder, l'onduleur doit être capable d'alimenter la charge, donc capacité en watts>=consommation de la charge.
- L'autonomie : exprimée en minutes pour une charge donnée, en principe le constructeur indique l'autonomie à mi-charge et pleine-charge. Normalement les batteries sont dimensionnées pour fournir une autonomie minimale de 5 minutes à 100% de charge. 5 minutes c'est suffisant pour arrêter son PC et suffit aussi à un NAS pour s'arrêter. Si on a besoin de plus d'autonomie, il faut prendre un onduleur plus gros et/ou ajouter des batteries supplémentaires (en gammes "pro" uniquement).
Spoiler :
Bon à savoir: l'électronique ayant progressé, il est possible de fournir 1500VA avec les mêmes batteries qu'un 700VA. Par contre, à charge équivalente, l'autonomie sera proche. |
Ensuite, on regarde:
- Le type pour un particulier un classique modèle "off-line" sera généralement approprié. Si vous avez très fréquemment et longuement des perturbations électriques du type baisses de tension un modèle "line-interactive" sera plus adapté. Enfin, si vous souhaitez avoir une sécurité électrique maximale vous opterez pour un modèle "on-line".
- Le management via une prise USB ou série suivant les modèles, permet dans les deux cas à l'onduleur de communiquer son état au PC et si besoin d'arrêter proprement le PC lorsque la batterie de l'onduleur est épuisée. Attention, un seul PC peut être connecté à la fois, même si deux prises USB et série sont présentes. De plus en plus de modèles intègrent un écran LCD pour afficher l'état de l'onduleur. De base, on trouvera le mode de l'onduleur, l'état de la batterie et la charge de l'onduleur. En option on trouvera la tension (entrée et/ou sortie), la charge en watts, l'autonomie en minutes, la température interne, etc.
Spoiler :
Sur les gammes pro, il y a un emplacement pour une carte de supervision avec port Ethernet : via installation d'un agent, tous les ordinateurs branchés sur le même réseau peuvent dialoguer directement avec l'onduleur. C'est en général très cher.
Autre solution: brancher un Raspberry, installer NUT qui servira de "relais" aux autres ordinateurs avec l'agent NUT.
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- La marque les leaders: APC,
MGE (Merlin Gerin - UPS) devenu EATON. Les challengers: Liebert, Riello. Les autres: CyberPowerSystems, FSP, Infosec.
- La connectique prises "FR" façon multiprise pour les entrées de gamme, ensuite de type C13/C14 -> nécessite un adaptateur pour brancher des câbles "FR" ou des alimentations externes. Pour les onduleurs de plusieurs KVA, un raccordement au tableau est obligatoire.
Spoiler :
Suivant les modèles:
- il y a des prises ondulées/sur batterie et des prises parasurtenseur mais non protégée par batterie
- il y a des prises maîtres/esclaves et/ou activables suivant certaines conditions
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- La sortie si dans 99% des cas de figure c'est une information anodine, dans certains cas elle est pertinente. Lorsque l'onduleur bascule sur batterie, il doit ré-créer le signal sinusoïdale 50Hz à partir de la tension continue de la batterie. Les modèles entrée/milieu de gamme génèrent un signal 50Hz de type "carré", c'est-à-dire qu'il s'agit d'une succession de rectangles haut/bas à la fréquence de 50Hz -> stepped sine wave. Les alimentations à découpage de nos PC sont en général prévues pour ce type de signal. Mais depuis l'apparition des PFC actives, il y a parfois des incompatibilités. A partir du milieu de gamme, la sortie s'approche de la sinusoidale avec des effets "d'escaliers" -> modified sine save. C'est en principe bien plus adapté. En haut de gamme ou onduleurs online, on trouve un vrai 50Hz -> true sine wave.
Spoiler :
Aujourd'hui il est impossible de prédire si un modèle d'alimentation sera compatible avec un onduleur ou pas, les constructeurs s'abritant systématiquement derrière "faut du true sine wave". Seuls les moteurs électriques (ventilateurs 220V, compresseur frigo), lampes à ballast et les alimentations des ampli Hifi exigent du "true sine wave", tout le reste peut s'en passer en théorie. |
III] Types d'Onduleur
Il y a 3 types d'onduleur, chacun diffère dans la technologie employée.
Points communs à tous: parasurtenseur en entrée (pour protéger l'onduleur), protection contre les surcharges (l'onduleur coupe si la charge est supérieure à sa capacité), la durée de vie des batteries est entre 3 et 5 ans.
Technologies "Off-line", "Line-interactive" et "On-line" :
- Off-Line -> C'est la technologie la plus facile à comprendre (et aussi la moins coûteuse). L'onduleur délivre la tension du secteur tant que celle-ci est comprise dans la plage définie. Sinon la batterie de l'onduleur prend le relais (temps de bascule entre 4 et 10ms) jusqu'à ce que la tension revienne dans la plage nominale.
- On-Line -> C'est la technologie la plus intéressante, la tension secteur est convertie en courant continu par un 1er étage puis un second étage ré-créé une tension secteur parfaite. Les batteries sont reliées entre les 2 étages. Ainsi, la sortie est constante quelque soit l'état de l'alimentation. On peut avoir une sortie différente de l'entrée : 110 -> 220, 400/Tri -> 230/Mono, changer la fréquence, etc. Il n'y a pas de temps de bascule puisque les batteries sont reliées en permanence. Elles conservent néanmoins un circuit de charge dédié et n'alimente la charge qu'en cas de perte secteur (la légende qu'elles sont utilisées en permanence est fausse).
Les Online ont une protection contre les surcharges, en cas de dépassement de capacité, ils vont basculer en mode "bypass": ce mode alimente la charge directement depuis le secteur sans utiliser les circuits internes afin de les protéger. Éventuellement, l'onduleur peut aussi s'en servir en cas de défaut interne. Il y a normalement un 2ème circuit "bypass" pour mettre l'onduleur en maintenance (remplacement des batteries par exemple). Lors de la bascule sur "bypass", il y a une légère coupure entre 4 et 10ms.
En mode bypass, la charge n'est plus protégée.
- Line-Interactive -> Ils ont un fonctionnement similaire à celui d'un onduleur off-line mais cette fois-ci la sortie est contrôlée en permanence et adaptée en cas de sous-tension ou surtension en ayant recours à la batterie si nécessaire. Le temps de bascule est en général plus court que sur les off-line (< 4ms).
Spoiler :
En résumé, Offline et Line-interactive:
- La tension de sortie est toujours égale à la tension d'entrée en mode nominal
- Sortie "stepped" ou "modified sine wave", parfois "true sine wave" (gamme pro)
- Il y a un temps de bascule sur batterie de quelques millisecondes (line-in) à 10ms (off-line)
- Du fait de l'électronique simplifiée, la consommation à vide est très faible (<10 watts)
- Facteur de puissance entre 0.5 (entrée de gamme) et 0.95 (gamme pro)
Online:
- La sortie est constante en tension et fréquence et indépendante de la tension d'entrée
- Sortie "true sine wave"
- Pas de temps de bascule (sauf bypass)
- Le rendement à vide est mauvais, 30 watts minimum et peut monter jusqu'à 10% de la charge
- Facteur de puissance entre 0.8 et 0.9
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IV] Divers
A savoir
- Pour dimensionner un onduleur, on prend la consommation maximale de la charge. Dans le cas d'un PC, on utilisera un watt-mètre (15€ max) et on prendra la consommation en jeu (ou via benchmark pour avoir un pic). Ensuite on module en fonction de l'autonomie souhaitée: 5min = 100% de l'onduleur, 10-15min = 50% de l'onduleur, etc. Classiquement on prend conso x1,3 ou même x1,5. Dans le cas d'un NAS, la consommation est tellement faible que n'importe quel onduleur fera l'affaire. Par contre, il faudra impérativement qu'il soit managé afin que le NAS puisse s'éteindre correctement en fin d'autonomie de batterie.
- Pour les portables un onduleur n'est pas indispensable (vous avez déjà une batterie avec le portable), l'alimentation externe fourni un étage d'isolement efficace. Cependant pour protéger ce bloc d'alimentation, un parasurtenseur est nécessaire.
- Les batteries nécessitent une température inférieure à 25°, idéalement 20° pour atteindre leur durée de vie maximale. Au-delà de 25° et jusqu'à 30°, leur durée de vie peut être réduite de moitié ! Et sachant que la température interne de l'onduleur peut être bien supérieure à la température ambiante, penser à choisir un emplacement ventilé et frais.
- Si les off-line sont en général non-ventilés, tous les online le sont et ventilent en permanence -> source de bruit ! En line-interactive, cela dépend des modèles, à minima ils ventilent uniquement sur batterie, d'autres ventilent quand ils chargent et sur batterie, et certains ventilent en permanence. Bien lire la fiche constructeur et les retours sur le forum.
- La norme ATX d'Intel spécifie que l'alimentation d'un PC doit être capable d'accepter une coupure du secteur pendant 15 millisecondes. Ce délai a été défini afin de pouvoir gérer une bascule de source d'alimentation (onduleur ou ATS/STS). Pendant ces 15 ms, c'est l'étage d'entrée de l'alimentation qui fait "tampon" à l'aide d'un ou deux condensateurs. La plupart des onduleurs offline/line-in basculent en moins de 10 millisecondes.
Astuces
- Protection NOLOAD surveille la charge branchée à l'onduleur et l’arrête si elle est inférieure à environ 15 watts -> c'est un problème si vous alimentez juste un Raspberry. Pour la désactiver :
- Un grand merci à ph75 pour cette liste détaillé chez MGE & APC
ph75 a écrit :
Si ça peut intéresser, j'avais fait un petit recensement des caractéristiques des onduleurs du marché, pour les 2 grands constructeurs:
MGE
Protection Center = Prise Ondulée
Ellipse ASR = Off-Line
Ellipse Premium = Line-Interactive Carré
Evolution = Line-Interactive Sinus
Pulsar Evolution = Line-Interactive Sinus
Pulsar = On-Line
APC
Back-UPS CS,ES = Prise Ondulée
Back-UPS HS = Off-Line
Back-UPS RS = Line-Interactive Carré
Smart-UPS SC = Line-interactive Carré
Smart-UPS = Line-interactive Sinus
Smart-UPS XL = Line-interactive Sinus
Smart-UPS RT = On-Line
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FAQ
- Mon onduleur s'éteint lorsqu'il bascule sur batterie
Soit la charge est trop importante, soit la batterie est morte.
- Batterie morte ? du coup, je dois racheter un onduleur ?
Non, il suffit de changer la batterie.
Plusieurs sites Internet proposent des batteries pour tous les différents modèles d'onduleurs.
ProTip: dans le cas où il y a plusieurs batteries, il faut mieux les acheter individuellement plutôt qu'acheter le "pack" du fabricant, bien plus cher.
- Oui mais je suis pas bricoleur, comment remplacer la batterie ?
RTFM. Normalement, une simple trappe à ouvrir, débrancher l'ancienne batterie, brancher la nouvelle.
Sur la plupart des onduleurs, on peut le faire à chaud.
- Héééé mais ça a fait une étincelle quand j'ai branché la nouvelle ???
C'EST NORMAL ! Pas de panique.
- Comment s'assurer que c'est la batterie et pas l'onduleur qui est HS ?
On peut mesurer la tension à vide de la batterie: elle doit être d'au moins 12,8V idéalement 13V. En-dessous, jusqu'à 12V, elle est fatiguée. A moins de 12V, elle est cuite.
Sans batterie, il est quasi-impossible de tester un onduleur.
- Puis-je remplacer la batterie interne par une plus puissante ?
Oui, sous certaines conditions:
- respecter la tension -> OBLIGATOIRE
- limiter la taille du nouveau modèle, remplacer une 7Ah par une batterie de 100Ah grillerait le chargeur ou celui-ci mettrait des jours à la recharger -> RISQUE D'INCENDIE
- ventiler l'onduleur qui n'a pas été dimensionné pour une telle autonomie -> RISQUE D'INCENDIE
- éviter les batteries de voiture dont l'électrolyte acide pourrait fuir -> RISQUE DE BRÛLURE
- la nouvelle batterie ne pouvant se loger à place de l'ancienne, de nouveaux câbles sont nécessaires, il faut respecter le diamètre de ces derniers -> RISQUE D'INCENDIE
- Quand mon frigo se met en marche, mon PC/Projecteur/écran/vibro-masseur reboot
Le compresseur du frigo est fatigué et provoque un gros appel de courant (plusieurs dizaines d'ampères) lors de son démarrage. Cela génère une sous-tension sur l'installation qui peut gêner certaines alimentations. Dans ce cas, un onduleur line-active de qualité ou même online s'avère nécessaire.
- L'onduleur émet un bourdonnement lorsqu'il bascule sur batterie
C'est normal, c'est la résonance 50Hz du transformateur intégré qu'on entend.
- L'onduleur émet un bourdonnement/sifflement en permanence
C'est moins normal, sauf si c'est un online ou un line-in qui s'active en permanence. Avec la présence de certaines harmoniques sur le secteur (=parasites), les filtres d'entrées de l'onduleur peuvent se mettre à faire du bruit.
Il n'y a pas vraiment de solution:
- brancher l'onduleur sur une autre prise/circuit
- rechercher sur l'installation une éventuelle source de parasite en éteignant les équipements
- renvoyer l'onduleur en SAV s'il est sous garantie
- si le modèle de remplacement fait toujours du bruit -> changer de gamme/marque/modèle
- Mon PC reboot quand l'onduleur bascule sur batterie
Plusieurs possibilités:
- si onduleur off-line ou line-in d'entrée de gamme: onduleur incompatible de la PFC du PC
- onduleur en limite de charge ou batterie cuite
- alimentation du PC sous-dimensionnée ne respectant pas/plus les 15ms de la norme ATX
Note: si l'onduleur n'est pas le problème, alors c'est cette dernière hypothèse qu'il faut suivre. Il faut parfois changer d'alimentation.
- Faut-il une prise de terre pour brancher un onduleur ?
Oui afin de pouvoir bénéficier de la protection parasurtenseur. C'est aussi mieux pour le PC à cause des courants de fuite.
- Faut-il décharger/recharger la batterie régulièrement ?
Tant qu'elle est dans l'onduleur et qu'il est branché, surtout pas. Les batteries au plomb d'onduleurs supportent en réalité assez peu de cycles charge/décharge (entre 200 et 300). Décharger/recharger une batterie n'apporte aucune autonomie supplémentaire ni ne la fait travailler. Au contraire, ça l'use.
Par contre, si l'onduleur n'est plus utilisé, il faut débrancher la batterie (après avoir débranché l'onduleur hein...) et penser à la recharger tous les 3 mois, 6 mois maximum, sinon elle se détériore. |