Principes de base des Onduleurs

EPE0747 www.eaton.eu/powerquality November 2013
Principes de base des Onduleurs
Tout ce que vous avez toujours voulu savoir sur les onduleurs sans jamais oser le demander.
Par Chris Loeffler, chef de produit, BladeUPS et applications de centre de données, et Ed Spears, chef de
produit, division Power Quality d'Eaton
Synthèse
Budgétiser l'électricité, en garantir la fourniture en quantité suffisante et trouver des moyens d'en réduire la
consommation : voilà des sujets de conversation récurrents parmi les professionnels des centres de
données. Parfois, hélas, ce n'est qu'après coup qu'ils songent à s'assurer que l'électricité dont dépendent
leurs ressources informatiques est à la fois fiable et propre.
Or les creux de tension, les surtensions et les coupures de courant sont non seulement inévitables mais
aussi parfaitement capables d'endommager des équipements informatiques précieux et de porter un coup
d'arrêt à la productivité. C'est pourquoi il est absolument vital de prévoir et de déployer une solide solution
de protection électrique.
Une alimentation sans interruption (ASI), communément (et improprement) appelée « onduleur » est la
pièce maîtresse de toute architecture de protection électrique qui se respecte. Ce livre blanc offre un
aperçu de ce qu'est un onduleur et des différents types disponibles. C'est également un guide complet
destiné à vous aider à choisir l'onduleur et les accessoires adaptés à vos besoins.
Sommaire
Pourquoi la protection électrique est-elle importante ? ............................................ 2
Qu'est-ce qu'un onduleur ? .......................................................................................... 2
Quels sont les principaux types d'onduleurs ? .......................................................... 3
Les systèmes à simple conversion ........................................................................................................... 3
Les systèmes à double conversion ........................................................................................................... 3
Les systèmes multi-modes ........................................................................................................................ 4
Comment choisir le bon onduleur ? ............................................................................ 5
Topologie ................................................................................................................................................... 5
Monophasée ou triphasée ? ...................................................................................................................... 6
Puissance nominale .................................................................................................................................. 6
Facteur de forme ....................................................................................................................................... 7
Disponibilité ............................................................................................................................................... 7
Évolutivité et modularité .......................................................................................................................... 11
Logiciels et communications ................................................................................................................... 12
Entretien .................................................................................................................................................. 14
De quels accessoires ai-je besoin ? .......................................................................... 14
Stockage d'énergie de l'onduleur ............................................................................................................ 14
Groupe électrogène ................................................................................................................................ 15
Unités de distribution de l'alimentation .................................................................................................... 15
Conclusion ................................................................................................................... 15
À propos d'Eaton ........................................................................................................ 16
À propos des auteurs ................................................................................................. 16

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Pourquoi la protection électrique est-elle importante ?
Aucune société ne peut se permettre de laisser ses biens informatiques à la merci des problèmes
électriques. Les raisons en sont nombreuses. Citons-en quelques-unes :
• Même les brèves coupures de courant peuvent générer des problèmes. Une coupure de courant
d'un quart de seconde à peine peut déclencher des événements pouvant rendre indisponibles les
équipements informatiques pour une durée allant de 15 minutes à plusieurs heures.
Et les interruptions de service sont coûteuses. Certains experts estiment que l'économie américaine
perd chaque année entre 200 et 570 milliards de dollars en raison des coupures et autres
perturbations d'alimentation.
• Le courant secteur n'est pas propre. Les variations du courant électrique autorisées par la loi
peuvent être suffisamment importantes pour causer de graves problèmes aux équipements
informatiques. Selon les normes américaines actuellement en vigueur, par exemple, la tension peut
légalement varier de 5,7 % à 8,3 % sous certaines conditions spécifiques. Cela signifie que la tension
de phase de 208 V promise par le fournisseur d'électricité est en fait comprise entre 191 V et 220 V.
• Le courant secteur n'est pas fiable à 100 %. Aux États-Unis, il est en réalité fiable à 99,9 %
seulement, ce qui se traduit par une probabilité de neuf heures de pannes de secteur chaque année.
• Les problèmes et les risques s'amplifient. Les systèmes de stockage, serveurs et périphériques
réseau actuels font appel à des composants tellement miniaturisés qu'ils cèdent et tombent en panne
dans des conditions électriques que l'ancienne génération d'équipements aurait aisément supporté.
• Les groupes électrogènes et les parasurtenseurs ne suffisent pas. Les groupes électrogènes
permettent aux systèmes de continuer à fonctionner lors d'une panne de secteur, mais ils mettent du
temps à démarrer et n'offrent aucune protection contre les pics de tension et autres perturbations
électriques. Les parasurtenseurs sont utiles en cas de pics de tension, mais ne règlent pas les
problèmes de perte de puissance, de sous-tension ou de baisse de tension.
• De nos jours, la disponibilité est capitale. Il fut un temps où l'informatique ne jouait qu'un rôle de
soutien dans l'entreprise. Aujourd'hui, elle est au cœur de la stratégie mise en place par la plupart des
sociétés pour rivaliser et s'imposer. Lorsque les systèmes informatiques sont en panne, les principales
activités de l'entreprise se trouvent rapidement paralysées.
• La disponibilité est capitale, mais il faut maîtriser les dépenses d'électricité. Le coût de
l'électricité et du refroidissement a augmenté de façon incontrôlable ces dernières années. Les
responsables de centre de données sont généralement chargés d'assurer une disponibilité élevée, tout
en réduisant parallèlement les dépenses d'énergie. Certains onduleurs extrêmement performants
peuvent contribuer à la réalisation de cet objectif. Il existe aujourd'hui des produits qui n'étaient pas
disponibles il y a quelques années à peine.
Qu'est-ce qu’un onduleur ?
En termes simples, un onduleur est un appareil qui :
1. Fournit une alimentation de secours en cas de panne de secteur, suffisamment longtemps pour
permettre l'arrêt ordonné des équipements essentiels afin d'éviter toute perte de données, ou pour assurer
la continuité de fonctionnement des charges requises jusqu’à ce qu’un groupe électrogène prenne le relais.
2. Conditionne l'alimentation afin d'empêcher les creux de tension et surtensions trop fréquents
d'endommager le matériel électronique sensible.

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Quels sont les principaux types d'onduleurs ?
Il existe trois principaux types, ou topologies, d'onduleurs :
Les systèmes à simple conversion
En fonctionnement normal, ces appareils distribuent le courant AC du secteur aux équipements
informatiques. Si l'alimentation AC sort des limites prédéfinies, l'onduleur utilise son inverseur
(convertisseur DC-AC) pour puiser le courant de la batterie, et déconnecte en outre l'alimentation AC pour
empêcher tout renvoi de tension de l'inverseur vers le réseau électrique. L'onduleur sollicite la batterie
jusqu'à ce que l'alimentation AC revienne dans une plage de tolérance normale ou que la batterie soit
déchargée, selon ce qui se produit en premier. Deux des modèles à simple conversion les plus populaires
sont les onduleurs Off-Line ("veille passive") et Line-Interactive ("veille active") :
• Avec les onduleurs Off-Line, les équipements informatiques fonctionnent sur le réseau électrique
jusqu’à ce que l’onduleur détecte un problème et bascule alors sur la batterie. Certains intègrent des
transformateurs ou d'autres dispositifs permettant de limiter également le conditionnement de
puissance.
• Les onduleurs Line-Interactive assurent une régulation de la tension du secteur en l’élevant ou en
l’abaissant, selon le cas, avant de l’appliquer aux équipements protégés.
Figure 1. Conception interne d’un onduleur Line-Interactive.
Les systèmes à double conversion
Comme leur nom l'indique, ces appareils convertissent le courant deux fois. Premièrement, un redresseur
convertit le courant AC du secteur en courant DC qui alimente un inverseur. L'inverseur reconvertit alors le
courant DC en courant AC avant de l'envoyer aux équipements informatiques. Ce procédé de double
conversion isole complètement les équipements à protéger des perturbations et leur garantit une
alimentation fiable et propre.
En fonctionnement normal, un onduleur double conversion convertit continuellement le courant deux fois.
Toutefois, si l'alimentation AC sort des limites prédéfinies, le redresseur en entrée s'éteint et l'inverseur en
sortie commence à puiser le courant de la batterie. L'onduleur sollicite la batterie jusqu'à ce que
l'alimentation AC revienne dans une plage de tolérance normale ou que la batterie soit déchargée, selon ce
qui se produit en premier. En cas de surcharge importante de l'inverseur, ou de défaillance du redresseur
ou de l'inverseur, le circuit bypass statique est rapidement ouvert pour protéger les équipements en sortie.

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Figure 2. Conception interne d’un onduleur double conversion.
Les systèmes multi-modes
Ces onduleurs associent les caractéristiques des technologies à simple et double conversion, tout en
offrant des améliorations non négligeables sur le plan de la performance et de la fiabilité :
• Dans des conditions normales, le système fonctionne en mode de veille active, ce qui permet
d'économiser de l’énergie et de l’argent, de maintenir la tension dans une plage de tolérance sûre et
de corriger les anomalies communément rencontrées dans le courant du secteur.
• Si l'alimentation AC sort de la plage de tolérance prédéfinie pour le mode de veille active, le système
bascule automatiquement en mode de double conversion, isolant complètement du secteur les
équipements informatiques.
• Si l'alimentation AC sort de la plage de tolérance du redresseur à double conversion, ou est totalement
coupée, l'onduleur sollicite la batterie pour assurer la continuité du fonctionnement des charges
protégées. Lorsque le groupe électrogène prend le relais, l'onduleur bascule en mode de double
conversion jusqu'à la stabilisation du courant d'entrée. Puis elle repasse en mode de veille active à
haut rendement.
Les onduleurs multi-modes sont conçus pour maintenir dynamiquement un équilibre parfait entre
performance et protection. Lorsque le secteur est dans les tolérances définies, elles sont en mode de veille
active où le rendement est maximal. Mais en cas de problèmes, elles passent automatiquement en mode
double conversion où le rendement est moins élevé, mais où la protection est totale. Il en résulte que les
centres de données peuvent économiser des dizaines de milliers de dollars par an sur leur facture
d'énergie sans pour autant compromettre la performance ou la fiabilité.

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Figure 3. Conception interne d’un onduleur multimodes.
Comment choisir le bon onduleur ?
Afin d'être certain de toujours choisir l'onduleur le mieux adapté à vos besoins, assurez-vous de prendre en
considération ces huit points au cours de votre processus de sélection :
Topologie
Première question à vous poser : devez-vous acheter un onduleur simple conversion, double conversion ou
multimodes ? La réponse dépend en grande partie de l'importance accordée par votre organisation à
l’efficacité énergétique par rapport à la protection.
Les onduleurs simple conversion ont un rendement meilleur que ceux à double conversion, mais elles
offrent une moindre protection. Elles sont donc adaptées aux applications peu critiques. Plus
spécifiquement, les onduleurs Off-Line sont généralement la meilleure option pour la protection des postes
de travail et des terminaux points de vente, tandis que les onduleurs Line-Interactive sont habituellement
préférés pour les serveurs et les équipements réseau et stockage situées dans des installations desservies
par un réseau électrique peu perturbé.
Les onduleurs double conversion, qui assurent la meilleure protection, sont moins performants mais
constituent l'option généralement privilégiée pour protéger les systèmes essentiels à la mission de
l'entreprise.
Les onduleurs multi-modes, bien qu'ils puissent s'avérer plus coûteux que les systèmes simple ou double
conversion, restent le meilleur choix pour les entreprises à la recherche d'une combinaison optimale de
performance et de protection.