Alimentation sans interruption

Alimentation sans interruption
Une alimentation sans interruption (ou ASI, ou en anglais UPS, Uninterruptible Power Supply) est un dispositif de
l'électronique de puissance qui permet de fournir à un système électrique ou électronique une alimentation électrique
stable et dépourvue de coupure ou de micro-coupure, quoi qu'il se produise sur le réseau électrique.
Constitution
Elle est constituée de la mise en cascade d'un montage redresseur, d'un dispositif de stockage de l'énergie (batterie
d'accumulateurs, supercondensateurs, volant d'inertie, etc.) et d'un onduleur ou « mutateur » fonctionnant à fréquence
fixe.
Le terme onduleur est fréquemment utilisé pour désigner ce type d'alimentation. C'est le cas, par exemple, pour les
onduleurs que l'on intercale entre le réseau de distribution et les serveurs d'un centre informatique.
Stockage
Le stockage d'énergie peut être fait sous différentes formes :
sous forme chimique (batterie d'accumulateurs), on parle de BESS pour Battery Energy Storage System ;
sous forme électrique (dans des supercondensateurs ou des bobines supraconductrices), on parle alors de
« SMES » pour Superconducting Magnetic Energy Storage ;
sous forme mécanique / énergie cinétique (utilisation d'une machine synchrone raccordée au réseau prenant
le relais en cas de coupure), on parle alors d'accumulateur cinétique, ou ASI Dynamique / D-UPS / Dynamic
Uninterruptible Power Supply) ;
sous forme de gaz comprimé.
Génération
Le courant issu de ces réserves d'énergie est continu. Soit immédiatement (accumulateurs chimiques ou électriques),
soit via un étage redresseur pour les accumulateurs cinétiques (la fréquence du courant alternatif généré
naturellement
par ces derniers varie avec la décharge de l'accumulateur et ne
peut donc servir directement à alimenter une charge en
50 Hz ou 60 Hz).
Deux technologies sont présentes sur le marché pour la partie onduleur ou mutateur.
Sommaire
1 Constitution
1.1 Stockage
1.2 Génération
2 Topologies
2.1 En attente passive
2.2 En interaction avec le réseau
2.3 À double conversion
3 Applications
4 Bibliographie
5 Fabricants
6 Notes
7 Articles connexes
8 Liens externes

1.
La technologie statique (s'appliquant aux onduleurs statiques) dans
laquelle le
tension alternative
de sortie de
l'ASI est produite à partir du courant continu issu de la réserve d'énergie par le biais de transistors commutés à
haute fréquence pour reconstituer un signal sinusoïdal à partir du signal continu.
2. La technologie dynamique (s'appliquant aux onduleurs dynamiques ou « rotary UPS ») dans laquelle une
machine synchrone est utilisée (comme un alternateur) pour générer le courant alternatif de sortie.
Un premier étage à base de thyristor à basse fréquence (50 Hz ou 60 Hz) peut être utilisé pour générer un signal
alternatif carré qui est ensuite transformé en sinusoïde par la machine synchrone. Il s'agit alors de technologie
« hybride ».
Chaque technologie a des avantages et des inconvénients (techniques et financiers) propres qui aident à effectuer le
choix pour une application donnée. On observe par exemple que la part de marché des onduleurs dynamiques est
plus importante sur les applications de forte puissance telles que les gros centres informatiques (plusieurs milliers de
m
2
).
Il faut souligner que le choix d'une technologie pour l'étage onduleur/mutateur (statique ou dynamique) ne
conditionne pas le choix du type de réserve d'énergie. On peut ainsi avoir un onduleur dynamique avec comme
réserve d'énergie des batteries chimiques. Ou inversement retenir un onduleur statique avec comme réserve d'énergie
un (ou plusieurs) accumulateur cinétique. Dans ce dernier cas certains utilisent parfois l'appellation d'onduleur
dynamique ou « rotary UPS ».
Topologies
Bien qu'il existe sur le marché plusieurs types d'ASI, différents du point de vue de leur configuration ou de leur
architecture, on parvient généralement à les classer parmi les trois topologies suivantes : en attente passive (offline ou
passive standby
), en interaction avec le réseau (line-interactive) et à double conversion (online ou double
conversion). Ces expressions désignent l'état de l'onduleur lors du fonctionnement normal du réseau électrique (mode
normal de l'ASI).
Quelle que soit sa topologie, l'ASI fonctionne selon le même principe: lorsque la tension du réseau d'entrée sort des
tolérances spécifiées de l'ASI, ou lors d'une défaillance de ce réseau, l'ASI se met en mode autonome. Ce mode est
maintenu pendant toute la durée d'autonomie de la batterie ou, suivant le cas, jusqu'à ce que le réseau revienne dans
les tolérances spécifiées, ce qui entraîne un retour au mode normal.
En attente passive
En mode normal, l'onduleur est en attente passive, isolé de la
charge par l'interrupteur d'ASI. La charge est branchée
directement au réseau, ou par l'entremise d'un filtre ou
conditionneur qui élimine certaines perturbations électriques. Le
chargeur, branché sur le réseau, assure la recharge de la batterie.
En mode autonome, l'alimentation de la charge est transférée du
réseau vers l'onduleur via l'interrupteur d'ASI. Le temps de
permutation de l'interrupteur, généralement très court, est de
l'ordre de 10 ms.
Simple et économique, cette configuration n'offre qu'une protection
rudimentaire. La charge n'est pas véritablement isolée par rapport au
réseau électrique et la régulation de fréquence y est inexistante. La régulation de tension, limitée par la capacité de
conditionnement d’un simple filtre en ligne, peut être sensiblement améliorée grâce à l’ajout d’un transformateur
ferrorésonnant ou à commutation de prise automatique. Par ailleurs, le temps de basculement de l'interrupteur, bien
que très rapide, peut être inacceptable pour certaines installations sensibles. Ces inconvénients font que ce type d'ASI
n'est utilisable qu'avec de faibles puissances (moins de 2 kVA) et pour des appareils tolérant assez bien le risque.
En interaction avec le réseau
ASI fonctionnant en attente passive
1

En mode normal, la charge est alimentée par le
réseau conditionné
constitué par l'onduleur en parallèle (en
interaction) avec le réseau. L'onduleur, à fonctionnement réversible, conditionne la puissance de sortie et
assure la recharge de la batterie.
En mode autonome, l'onduleur et la batterie assurent l'alimentation de la charge. Le contacteur de puissance
coupe l'alimentation d'entrée pour éviter un retour d'alimentation depuis l'onduleur
L'interaction avec le réseau permet une certaine régulation de la tension de sortie, mais elle reste moins efficace que
celle effectuée sur l'ASI à double conversion.
Comme l'ASI à attente passive, il n'y a pas véritablement d'isolation entre la charge et le réseau électrique, ni de
régulation de fréquence de sortie. Pour ces raisons, cette configuration
reste marginale dans le domaine des moyennes
et fortes puissances.
À double conversion
En mode normal, l'onduleur est en série entre le réseau et la
charge. La puissance fournie à la charge transite en
permanence par le duo chargeur-onduleur qui réalise une
double conversion alternatif/continu - continu/alternatif.
En mode autonome, l'onduleur et la batterie assurent
l'alimentation de la charge.
Cette configuration est la plus coûteuse, mais aussi la plus complète
au point de vue de la protection de la charge. L'onduleur régénère en
permanence la tension fournie par le réseau, ce qui permet une
régulation précise de la tension et de la fréquence de sortie (il y a
même possibilité de fonctionner en convertisseur de fréquence,
lorsque cela est prévu). De plus, l'isolement de la charge par
rapport au réseau élimine les reports des perturbations du
réseau électrique sur la sortie de l'ASI. Par ailleurs, le passage du mode normal au mode autonome s’effectue
instantanément, sans aucun délai de permutation.
L’ASI comporte un contacteur statique de dérivation pour rediriger la charge vers le réseau (ou vers une source
auxiliaire constituée par exemple d'une génératrice au diésel), dans l’éventualité d’une défaillance de l’ASI ou avant
la fin d’autonomie de ses batteries. L’ASI étant synchronisée avec le réseau de dérivation, ce transfert s’effectue sans
coupure.
Grâce à ses nombreux avantages, l'ASI à double conversion est un excellent choix pour protéger les applications
critiques dans les moyennes et grosses puissances (10 kVA et plus).
Applications
Les applications sont très diversifiées en termes de puissance : elles vont du simple onduleur d'un ordinateur
particulier (éviter la perte de données), au système de secours de centrale nucléaire (éviter l'emballement du cœur), en
passant par l'alimentation des réseaux critiques nécessitant une continuité dans l'alimentation électrique (blocs
opératoires des hôpitaux, etc.).
ASI fonctionnant en double conversion