Comment les alimentations sans coupure (UPS) sont-elles organisées et fonctionnent-elles?

Les exigences relatives à la qualité de l'électricité sont légalement prescrites par les normes de l'État et des normes assez strictes. Les organisations d'approvisionnement en électricité font beaucoup d'efforts pour s'y conformer, mais elles ne sont pas toujours mises en œuvre.

Dans nos appartements, et en production, surgissent périodiquement:

• coupures de courant complètes pour une durée indéterminée;

• impulsions de tension apériodiques à court terme (10 ÷ 100 ms) haute tension (jusqu'à 6 kV);

• surtensions et chutes de tension avec différentes durées;

• superpositions de bruit haute fréquence;

• départs fréquentiels.

Tous ces dysfonctionnements affectent négativement le travail des consommateurs d'électricité des ménages et des bureaux. Les microprocesseurs et les périphériques informatiques, qui non seulement échouent, mais peuvent complètement perdre leurs performances, sont particulièrement affectés par la qualité de l'alimentation.

Objectif et types d'alimentations sans coupure

Pour réduire les risques de dysfonctionnements du réseau d'alimentation, des dispositifs redondants sont utilisés, communément appelés alimentations sans coupure (UPS) ou UPS (formé à partir de l'abréviation de l'expression anglaise "Uninterruptible Power Supply").

Ils sont fabriqués avec des conceptions différentes pour résoudre des problèmes de consommation spécifiques. Par exemple, des onduleurs puissants avec des batteries à l'hélium peuvent prendre en charge l'alimentation électrique d'un chalet entier pendant plusieurs heures.

Leurs batteries reçoivent une charge d'une ligne électrique, d'une éolienne, panneaux solaires ou d'autres vecteurs d'énergie à travers le dispositif redresseur de l'onduleur. Ils alimentent les consommateurs électriques du chalet.

Lorsque la source externe est éteinte, les batteries sont déchargées sur la charge connectée à leur réseau. Plus la capacité de la batterie est grande et plus son courant de décharge est faible, plus elle fonctionne longtemps.

Les alimentations sans coupure de puissance moyenne peuvent réserver alimentation électrique pour chaudières électriques, systèmes de climatisation intérieure et équipements similaires.

Dans le même temps, les modèles d'onduleurs les plus simples ne peuvent exécuter qu'un programme d'arrêt d'urgence de l'ordinateur. De plus, la durée de l'ensemble du processus de leur travail ne dépassera pas 9 à 15 minutes.

Les alimentations sans coupure des ordinateurs sont:

1. intégré dans le boîtier de l'appareil;

2. externe.

Les premières conceptions sont courantes dans les ordinateurs portables, les netbooks, les tablettes et les appareils mobiles similaires alimentés par une batterie intégrée, qui est équipée d'un circuit de commutation d'alimentation et de charge.

Batterie d'ordinateur portable avec contrôleur intégré est une alimentation sans coupure. Son circuit en mode automatique protège l'équipement d'exploitation des coupures de courant.

Conceptions d'UPS externesconçu pour l'achèvement normal des programmes sur un ordinateur fixe sont fabriqués dans une unité distincte.

Ils sont connectés via un adaptateur secteur à une prise électrique. Seuls les appareils responsables du fonctionnement des programmes en sont alimentés:

• unité centrale avec un clavier connecté;

• surveiller les processus en cours.

Autres périphériques: les scanners, imprimantes, haut-parleurs et autres équipements UPS ne sont pas alimentés. Sinon, à la fin d'urgence des programmes, ils prendront en charge une partie de l'énergie stockée dans les batteries.

Options de conception de flux de travail UPS

Les onduleurs informatiques et industriels sont fabriqués en trois options principales:

1. sauvegardes d'alimentation;

2. circuits interactifs;

3. double conversion d'électricité.

Avec la première méthode circuit de secours, désignée par les termes anglais «Standby» ou «Off-Line», la tension est fournie du réseau à l'ordinateur via l'onduleur, dans lequel les interférences électromagnétiques sont éliminées par les filtres intégrés. Défini ici batterie, dont la capacité est supportée par le courant de charge régulé par le contrôleur.

Lorsque l'alimentation externe disparaît ou dépasse les normes établies, le contrôleur dirige l'énergie de la batterie vers les consommateurs. Un simple onduleur est connecté pour convertir le courant continu en courant alternatif.

Avantages de la mise en veille UPS

Les alimentations sans coupure du circuit hors ligne ont un rendement élevé, lorsque la tension leur est appliquée, elles fonctionnent silencieusement, produisent peu de chaleur et sont relativement bon marché.

Inconvénients

UPS Standby se démarque:

• une longue transition vers la puissance de la batterie 4 ÷ 13 ms;

• une forme déformée du signal de sortie émis par l'onduleur sous la forme d'un méandre, et non d'une onde sinusoïdale harmonieuse;

• manque de réglage de la tension et de la fréquence.

Ces appareils sont plus courants sur les ordinateurs personnels.

Circuit interactif UPS

Ils sont désignés par le terme anglais «Line-Interactive». Ils sont effectués selon le schéma précédent, mais plus compliqué en raison de l'inclusion d'un stabilisateur de tension utilisant un autotransformateur avec régulation par étapes.

Cela permet un ajustement de la tension de sortie, mais ils ne sont pas en mesure de contrôler la fréquence du signal.

Le filtrage du bruit en mode normal et le passage à l'alimentation de l'onduleur en cas d'accident se produisent selon les algorithmes de secours UPS.

En ajoutant un stabilisateur de tension de différents modèles avec des méthodes de contrôle, ils ont permis de créer des onduleurs avec une forme d'onde non seulement du méandre, mais aussi des sinusoïdes. Cependant, un petit nombre d'étages de contrôle basés sur la commutation de relais ne permet pas de réaliser toutes les fonctions de stabilisation.

Cela est particulièrement vrai pour les modèles bon marché, qui, lors du passage à l'alimentation par batterie, surestiment non seulement la fréquence au-dessus de la valeur nominale, mais déforment également la forme de l'onde sinusoïdale. L'interférence est causée par le transformateur intégré, au cœur duquel se produisent des processus d'hystérésis.

Dans les modèles coûteux, les onduleurs fonctionnent sur des commutateurs à semi-conducteurs. Les UPS Line-Interactive ont des performances supérieures lors du passage à l'alimentation par batterie que les UPS Off-Line. Elle est assurée par le fonctionnement d'algorithmes de synchronisation entre la tension entrante et les signaux générés. Mais en même temps, il y a une certaine sous-estimation de l'efficacité.

L'onduleur Line-Interactive ne peut pas être utilisé pour alimenter des moteurs à induction, qui sont massivement installés sur tous les appareils ménagers, y compris les systèmes de chauffage. Ils sont utilisés pour faire fonctionner des appareils avec blocs d'impulsionoù la puissance est filtrée et rectifiée en même temps: ordinateurs et électronique grand public.

UPS double conversion

Ce circuit UPS est appelé la phrase anglaise «On-line» et fonctionne sur des équipements qui nécessitent une alimentation de haute qualité. Il produit une double conversion d'électricité, lorsque les harmoniques sinusoïdales du courant alternatif sont constamment converties par le redresseur en une valeur constante, passée à travers l'onduleur pour créer une sinusoïde répétée à la sortie.

Ici, la batterie est constamment connectée au circuit, ce qui élimine la nécessité de sa commutation. Cette méthode élimine pratiquement la période de préparation d'une alimentation sans coupure pour la commutation.

Le fonctionnement de l'onduleur en ligne par l'état de la batterie peut être divisé en trois étapes:

1. étape de charge;

2. état d'attente;

3. décharge à l'ordinateur.

Période de charge

Les circuits d'entrée et de sortie de l'onde sinusoïdale sont coupés par un interrupteur interne de l'onduleur.

Une batterie connectée au redresseur reçoit de l'énergie de charge jusqu'à ce que sa capacité soit restaurée à des valeurs optimales.

Période de préparation

Après la fin de la charge de la batterie, l'automatisation de l'alimentation sans coupure ferme l'interrupteur interne.

La batterie maintient un état de veille en mode tampon.

Période de décharge

La batterie est automatiquement transférée à l'alimentation du poste informatique.

Les alimentations sans coupure fonctionnant selon la méthode de la double conversion d'énergie électrique ont une efficacité inférieure en mode d'alimentation de ligne que les autres modèles en raison de la consommation d'énergie pour la chaleur et le bruit. Mais dans les conceptions complexes, des techniques sont utilisées pour augmenter l'efficacité.

UPS On-line est capable de corriger non seulement l'amplitude de la tension, mais aussi sa fréquence d'oscillation. Cela les compare favorablement aux modèles précédents et vous permet d'utiliser pour alimenter divers appareils complexes avec des moteurs à induction. Cependant, le coût de ces appareils est beaucoup plus élevé que les modèles précédents.

Composition UPS

Selon le type de circuit de travail, le kit d'alimentation sans coupure comprend:

• batteries de stockage d'énergie;

• chargeur, assurant le maintien des performances de la batterie;

• inverseur pour former une onde sinusoïdale,

• schéma de contrôle des processus;

• logiciel.

Pour un accès à distance à l'appareil, un réseau local peut être utilisé et vous pouvez augmenter la fiabilité du circuit en raison de sa redondance.

Dans certaines alimentations sans coupure, le mode Bypass est utilisé lorsque la charge est alimentée par la tension secteur filtrée sans que le circuit principal de l'appareil fonctionne.

Une partie de l'ASI dispose d'un régulateur de tension pas à pas "Booster", contrôlé par automatisation.

Selon la nécessité de réaliser des solutions techniques complexes, les alimentations sans coupure peuvent être équipées de fonctions spéciales supplémentaires.

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