Informations théoriques

APC by Schneider Electric Édition 01/2012 p. 1
Informations théoriques
Sommaire
Alimentation de charges sensibles ............................... 2
Types de perturbations électriques ......................................................2
Principales perturbations de l'alimentation électrique basse tension ....3
Les alimentations sans interruption .............................. 4
Solution ASI ..........................................................................................4
Applications utilisant les ASI.................................................................5
Types d'ASI ...................................................................... 7
ASI statique ou rotative ........................................................................7
Types d'ASI statique .............................................................................9
Composants et fonctionnement de l'ASI ...................... 16
Composants d'une ASI .........................................................................16
Principales caractéristiques des composants d'une ASI ......................19
Schéma récapitulatif des principales caractéristiques ..........................24
Modes de fonctionnement de l'ASI .......................................................25
Configurations d'ASI .............................................................................26
Technologie ..................................................................... 28
ASI sans transformateur .......................................................................28
Compatibilité électromagnétique (CEM) ....................... 34
Perturbations électromagnétiques ........................................................34
Normes et recommandations sur la CEM .............................................35
Normes sur les ASI ......................................................... 36
Portée et application des normes .........................................................36
Principales normes applicables aux ASI ..............................................36
Stockage de l'énergie ..................................................... 39
Technologies possibles ........................................................................39
Batteries ...............................................................................................39
Volants d'inertie ....................................................................................43
Combinaison ASI/groupe électrogène .......................... 46
Utilisation d'un groupe électrogène ......................................................46
Combinaison ASI/groupe électrogène ..................................................46
États de charge transitoires ........................................... 48
Informations sur les courants d'appel ...................................................48
Harmoniques ................................................................... 49
Harmoniques ........................................................................................49
Valeurs caractéristiques des harmoniques ...........................................51
Charges non linéaires et technologie de modulation de
largeur d'impulsion ......................................................... 54
Charges non linéaires et performances des ASI utilisant la technologie de
modulation de largeur d'impulsion ........................................................54
Comparaison de diverses sources .......................................................57
Hachage à fréquence libre ...................................................................58
Redresseur PFC .............................................................. 60

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Approvisionnement des charges sensibles
Les systèmes de distribution de l'alimentation, qu'ils soient publics ou privés,
alimentent en théorie les équipements électriques avec une tension sinusoïdale
d'amplitude et de fréquence fixes (par exemple, 400 V en valeur efficace et 50 Hz
sur les systèmes basse tension).
Toutefois, dans les conditions réelles d'exploitation, les fournisseurs d'électricité
indiquent le degré de fluctuation autour des valeurs nominales. La norme EN 50160
définit les fluctuations normales dans l'alimentation basse tension sur les systèmes
d'alimentation européens comme suit :
• Tension de + 10 % à - 15 % (valeurs efficaces moyennes sur des intervalles de
10 minutes),
95 % de l'alimentation devant se trouver dans la tranche des + 10 % chaque
semaine.
• Fréquence : de + 4 % à 6 % sur un an avec ±1 % 99,5 % du temps (connexions
synchrones dans un système interconnecté).
Dans les faits, toutefois, outre les fluctuations indiquées, la sinusoïde de tension
subit toujours des distorsions causées par les diverses perturbations survenant sur
le système.
 Voir le livre blanc WP 18 : « The Seven Types of Power Problems » (Les sept
types de problèmes d'alimentation).
Origine des perturbations
Alimentation secteur
L'alimentation secteur peut être perturbée, voire coupée par les phénomènes
suivants :
• Phénomènes atmosphériques affectant les câbles aériens ou enterrés :
- la foudre, qui peut produire une surtension soudaine dans le système ;
- le givre, qui peut s'accumuler sur les lignes aériennes et causer leur rupture.
• Accidents :
- une branche d'arbre tombant sur une ligne et pouvant causer un court-circuit ou
une rupture de câble ;
- la coupure d'un câble, par exemple lors du creusement de tranchées ou d'autres
travaux de construction ;
- une défaillance sur les installations du producteur d'électricité.
• Déséquilibre de phase.
• Activation d'équipements de protection ou de contrôle sur le système à des fins de
délestage ou de maintenance.
Équipements de l'utilisateur
Certains équipements peuvent perturber le système d'alimentation électrique, par
exemple :
• Équipements industriels :
- les moteurs, qui peuvent causer une chute de tension en raison des courants
d'appel au démarrage ;
- les équipements tels que les fours à arc et les appareils de soudure à arc, qui
peuvent causer des chutes de tension et des interférences à haute fréquence ;
• Équipements électroniques d'alimentation (alimentations à découpage, variateurs
de vitesse électriques, ballasts électroniques, etc.), qui causent souvent des
harmoniques.
• Équipements de bâtiments, tels que les ascenseurs (qui causent des courants
d'appel) ou les éclairages fluorescents (qui causent des harmoniques).
Types de perturbations
Les perturbations dues aux causes ci-dessus sont récapitulées dans le tableau
suivant, conformément aux définitions des normes EN 50160 et ANSI 1100-1992.
Types de perturbations
électriques
Voir le livre
blanc WP 18 

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Approvisionnement des charges sensibles
(suite)
Perturbations
Caractéristiques
Causes principales
Conséquences principales
Coupures d'alimentation
Microcoupures
Absence totale de tension ≤
10 ms.
Conditions atmosphériques,
commutation, défaillances, travaux
sur le réseau.
Fonctionnement défaillant et perte
de données (systèmes
informatiques) ou production
interrompue (processus continus).
Coupures
Absence totale de tension pendant
plus d'une période :
- coupure courte : ≤ 3 minutes
(70 % des coupures durent moins
de 1 s)
- coupure longue : > 3 minutes
Conditions atmosphériques,
commutation, défaillances,
incidents, coupures de câbles,
travaux sur le réseau.
Selon la durée, arrêt des
machines et dangers pour les
personnes (ascenseurs, par
exemple), perte de données
(systèmes informatiques) ou
production interrompue (processus
continus).
Variations de tension
Creux de tension
Réduction de la valeur efficace de
la tension à moins de 90 % de la
valeur nominale (mais à plus de
0 %), avec retour à une valeur
supérieure à 90 % dans une
période de 10 ms à 1 minute.
Phénomènes atmosphériques,
fluctuations de charge, court-
circuit sur un circuit voisin.
Arrêt des machines,
dysfonctionnements, dommages
aux équipements et perte de
données.
Surtension
Augmentation temporaire de plus
de 10 % de la tension nominale
pour une durée de 10 ms à
quelques secondes.
- Qualité des générateurs du
réseau public et des systèmes de
transmission.
- Interaction entre les générateurs
et les fluctuations de charge sur
les installations du producteur
d'électricité.
- Mise en marche du système de
production d'électricité.
- Arrêt de charges très
consommatrices (moteurs, jeux de
condensateurs, etc.).
- Pour les systèmes
informatiques :
corruption des données, erreurs
de traitement, arrêt du système,
fatigue des composants.
- Échauffement et vieillissement
prématuré des équipements.
Sous-tension
Baisse de tension allant de
quelques minutes à plusieurs
jours.
Pic de consommation, où le
producteur ne peut pas répondre à
la demande et doit réduire sa
tension pour limiter la puissance.
Arrêt des systèmes informatiques.
Corruption ou perte de données.
Échauffement.
Vieillissement prématuré des
équipements.
Pic de tension
Augmentation brève mais
importante de la tension (6 kV, par
exemple).
Impacts de foudre proches,
décharges électrostatiques.
Erreurs de traitement, corruption
des données, arrêt du système.
Dommages aux ordinateurs et aux
cartes électroniques.
Déséquilibre de tension
(systèmes triphasés)
Situation où la valeur efficace de
tension des phases ou les
déséquilibres entre les phases ne
sont pas égaux.
- Chaudières à induction.
- Charges monophasées
déséquilibrées.
- Échauffement.
- Déconnexion d'une phase.
Variations de fréquence
Fluctuations de fréquence
Instabilité de la fréquence
En général, +5 %, -6 % (en
moyenne pour des intervalles de
10 s).
- Régulation des groupes
électrogènes.
- Fonctionnement irrégulier des
groupes électrogènes.
- Source à fréquence instable.
Ces variations dépassent les
tolérances de certains instruments
et matériels informatiques
(souvent ±1 %) et peuvent donc
causer la corruption des données.
Papillotement
Papillotement (flicker) des
systèmes d'éclairage dû à une
chute de tension et de fréquence
(< 35 Hz).
Centrales de soudure, moteurs,
fourneaux à arc, générateurs de
rayons X, lasers, jeux de
condensateurs.
Perturbations physiologiques.
Autres perturbations
Transitoires à haute fréquence
Augmentation soudaine,
importante et très brève de la
tension.
Similaire à un pic de tension.
Phénomènes atmosphériques
(foudre) et commutation.
Destruction d'équipements,
vieillissement accéléré, destruction
de composants ou d'isolants.
Durée brève
< 1 µs
Amplitude < 1 à 2 kV à des
fréquences de plusieurs dizaines
de MHz.
Démarrage de petites charges
inductives, ouverture et fermeture
répétées de relais et de
contacteurs basse tension.
Durée moyenne
> 1 µs et ≤ 100 µs
Valeur de pic égale à huit à dix
fois la valeur nominale, et pouvant
atteindre plusieurs MHz.
Défaillances (éclairage) ou
commutation haute tension
transmise à la basse tension par
couplage électromagnétique.
Durée longue
> 100 µs
Valeur de pic égale à cinq à six
fois la valeur nominale, et pouvant
atteindre plusieurs centaines de
Arrêt des charges inductives ou
défaillances haute tension
transmises au système basse
tension par couplage

APC by Schneider Electric Édition 01/2012 p. 4
Approvisionnement des charges sensibles
(suite)
MHz.
électromagnétique.
Distorsion harmonique
Distorsion des sinusoïdes de
l'intensité et de la tension due aux
courants harmoniques appelés par
des charges non linéaires. L'effet
des harmoniques au-dessus du
25e rang est négligeable.
Machines électromagnétiques
(moteurs, changeurs de prise hors
circuit, etc.), alimentations à
découpage, fours à arc électrique,
variateurs de vitesse électriques.
Surdimensionnement des
équipements, échauffement,
phénomènes de résonance avec
les condensateurs, destruction
d'équipements (transformateurs).
Compatibilité
électromagnétique (CEM)
Perturbations électromagnétiques
ou électrostatiques conduites ou
rayonnées.
Le but est d'assurer des émissions
faibles et des niveaux d'immunité
élevés.
Commutation d'équipements
électroniques (transistors,
thyristors, diodes), décharges
électrostatiques.
Dysfonctionnement de dispositifs
électroniques sensibles.

APC by Schneider Electric Édition 01/2012 p. 5
Les alimentations sans interruption
L'activité économique moderne est de plus en plus dépendante des technologies
numériques, qui sont très sensibles aux perturbations électriques.
Par conséquent, de nombreuses applications peuvent avoir besoin d'une
alimentation de secours pour les protéger des perturbations possibles de
l'alimentation du secteur.
• Processus industriels et leurs systèmes de contrôle/gestion : risque de pertes de
production.
• Aéroports et hôpitaux : risques pour la sécurité des personnes.
• Technologies de l'information et de la communication associées à Internet :
risques d'arrêt des traitements de données, chaque heure d'arrêt coûtant très cher
en raison de l'absence d'échange d'informations vitales requises par les
multinationales.
Les alimentations sans interruption
Une ASI (alimentation sans interruption) permet d'alimenter en courant sécurisé les
applications sensibles.
L'ASI est un dispositif électronique positionné entre l'alimentation du secteur et les
charges sensibles, et qui fournit de la tension.
• Tension de haute qualité : la sinusoïde de sortie est dépourvue de toute
perturbation provenant du secteur et répond à des tolérances strictes en matière
d'amplitude et de fréquence.
• Disponibilité élevée : l'alimentation continue d'une tension conforme aux
tolérances spécifiées est garantie par une alimentation électrique de secours. Il s'agit
en général d'une batterie qui, si nécessaire, intervient sans interruption de
l'alimentation pour remplacer le courant du secteur et alimenter l'application aussi
longtemps que nécessaire.
Ces caractéristiques font des ASI les alimentations idéales pour toutes les
applications sensibles car elles garantissent la qualité et la disponibilité de
l'alimentation électrique quoi qu'il arrive au courant du secteur.
Composants d'une ASI
Une ASI comporte généralement les composants principaux suivants.
Redresseur/chargeur
Il absorbe le courant du secteur et produit un courant continu qui alimente l'onduleur
et charge ou recharge la batterie.
Onduleur
Il recrée entièrement une tension de sortie à sinusoïde de haute qualité :
• Dépourvue de toute les perturbations du courant du secteur telles que les
microcoupures.
• Conforme aux tolérances compatibles avec les exigences des dispositifs
électroniques sensibles (par exemple, des tolérances de ± 0,5 % en amplitude et de
± 1 % en fréquence, par rapport aux ± 10 % et ± 5 % pour le réseau du secteur, ce
qui correspond à des facteurs d'amélioration de 20 et 5, respectivement.
Remarque : le terme d'onduleur est souvent utilisé pour désigner une ASI, mais il
n'est en fait qu'un composant de celle-ci.
Batterie
La batterie offre une alimentation de secours d'une durée suffisante (de 6 minutes à
plusieurs heures) en remplaçant l'alimentation secteur lorsque c'est nécessaire.
Dérivation statique
La dérivation statique assure un transfert sans interruption de l'alimentation de la
charge entre l'onduleur et l'alimentation secteur, et inversement. Le transfert sans
interruption est effectué par un dispositif composé de thyristors, parfois appelés
commutateurs statiques ou SCR (Silicon-Controlled Rectifier).
La dérivation statique permet de continuer l'alimentation de la charge même si une
défaillance interne de l'ASI survient, ou pendant les opérations de maintenance sur
le redresseur/chargeur et sur les modules d'onduleur. Elle permet également
d'effectuer des transferts pour obtenir la pleine puissance du courant en amont en
cas de surcharges (par exemple, de brefs courts-circuits) dépassant la capacité de
l'ASI.
La solution ASI