38. Perturbations électriques et onduleurs

Dans un des chapitres d'introduction, nous avons étudié le réseau électrique, la base de l'alimentation des appareils informatiques. Cette fois nous allons parler de toute les imperfections du signal et des méthodes de protection.

1. Introduction

Le réseau électrique qui alimente nos appareils informatiques est du monophasé 230 volts alternatif (nous avons vu que dans quelques exceptions, il peut être également en triphasé 230 ou 380 volts mais configuré pour que le signal soit effectivement du monophasé 230 volts en alimentant notre appareil). Ce signal est loin d'être une sinusoïde parfaite: signaux transitoires, sous et sur-tensions. En règle générale, ceci ne perturbe pas trop les équipements informatiques qui utilisent en interne une alimentation à découpage qui va réguler une partie de ces défauts (la plus célèbre est l'alimentation ATX utilisée par les ordinateurs).

Malheureusement, ces alimentations à découpage ne peuvent pas tout corriger ou même vont se "fatiguer" plus vite, source de panne. La solution est de réguler le signal avant de l'injecter dans l'alimentation de l'ordinateur ou du périphérique.

2. Les différents équipements de protection.

Le premier appareil, le plus simple est un multiprise disjoncteur. Sa fonction est de couper le circuit d'alimentation électrique lorsqu'il est soumis à une surtension. Il est également utilisé pour d'autres appareils que l'informatique.

Le deuxième est l'onduleur. Equipé d'une batterie, il va alimenter l'équipement en cas de coupure de courant mais également réguler la tension de sortie et réduire certaines perturbations du réseau électrique. Son principe de base est une alimentation à découpage qui va à la fois charger la batterie mais aussi reproduire une tension alternative à partir de cette batterie en cas de coupure de courant. La technique est identique pour les onduleurs pour panneaux voltaïques. Différentes techniques sont utilisées.

2.1. Onduleur offline

Son fonctionnement est le suivant. Le réseau électrique passe à travers un interrupteur (en fait un relais) et filtre à la sortie différentes perturbations. En même temps, un convertisseur charge les batteries de 12 volts. En cas de sous-tension ou sur-tension, l'interrupteur est ouvert (déconnexion de l'appareil du réseau électrique et le convertisseur va créer une tension alternative à partir des batteries.

Le signal en vert donne la tension de sortie en fonction de la tension d'entrée. Le relais s'ouvre dès que la tension descend en dessous de 170 volts. Pour les sur-tensions, l'UPS utilise le réseau électrique jusque 280 Volts. En pratique, cette tension n'est pas dangereuse pour l'équipement à protéger mais va créer des contraintes pour l'alimentation qui vont à plus ou moins long terme mettre l'alimentation en panne.

Le deuxième problème est lié au temps de réaction du relais (quelques milli-secondes). Cette solution n'est pas idéale mais c'est la moins chère avec finalement un bon rapport protection / prix pour des ordinateurs personnels, moins pour des serveurs.

2.2. Onduleur online.

Le fonctionnement est nettement différent. Le réseau électrique est toujours convertit en tension continue 12 volts (charge des batteries) puis reconvertit en tension alternative (il n'y a donc pas de relais comme dans un onduleur off-line).

Le premier avantage est que la tension de sortie est stabilisée à 230 volts, quelque soit la tension d'entrée (à 280 volts, l'appareil se met en protection mais continue aussi à alimenter en 230 Volts via les batteries. Le deuxième avantage est lié aux sous-tensions puisque l'UPS (non nom en anglais) va utiliser à la fois la tension d'entrée et les batteries pour alimenter la sortie. Le troisième est lié aux parasites et perturbations diverses qui sont automatiquement supprimées en passant par le convertisseur de tension continue. Par contre, ces modèles utilisent nettement plus les batteries qui à terme sont plus souvent à remplacer.

2.3 Modèle hybride (aussi appelé line interactive).

Le fonctionnement est similaire aux modèles off-line mais on ajoute un module supplémentaire, le booster, qui va simplement ajouter de la puissance (augmenter la tension) en cas de sous-tension prolongée sous une tension d'environ 205 volts.

2.4. Autres caractéristiques et conseils pour les onduleurs.

Le premier problème de ces appareils est lié aux batteries et à leur effet de mémoire. Lorsqu'elles sont déchargées régulièrement juste un petit peu, elle finissent par mémoriser juste la petite recharge. En cas de déchargement complet, elle vont juste se recharger un petit peu et finalement être inutilisable. La solution est de les décharger régulièrement tous les 3 - 6 mois pour les recharger complètement. On a déjà parlé de ce problème avec les batteries d'ordinateurs portables. Les fabricants suggèrent de remplacer les batteries tous les deux ans.

Certains appareils on-line utilisent un circuit spécifique qui passe outre la partie régulation, soit pour pouvoir changer les batteries sans couper l'appareil, soit (moins courant) pour réduire les problèmes de fatigue des batteries (notamment l'effet de mémoire) en utilisant également un relais.

La puissance donnée est exprimée en KVA, ceci est lié au déphasage de la tension et du courant pour des charges non résistive en signal alternatif. En pratique, pour savoir quelle charge maximum à connecter, on divise cette puissance en kva par 1,6. La puissance donnée permet une durée d'alimentation de 10 minutes. Les plus gros modèles permettent d'ajouter des batteries externes pour augmenter la durée d'autonomie.

Un logiciel est le plus souvent fourni avec l'appareil. Il permet de configurer l'onduleur de deux méthodes, soit un fonctionnement maximum avant l'extinction de l'ordinateur proprement, soit couper l'équipement après un délais fixe, généralement 5 minutes maximum (actuellement une mise en veille prolongée).

Ces appareils ne sont pas fait pour tenir des heures, les grosses installations (notamment les salles reprenant les serveurs Internet) utilisent des groupes électrogènes d'appoint.

3. Les différentes perturbations et causes.

Reprenons notre signal de départ:

Qu'est ce qui pourrait poser problème?

La première est une coupure (absence) de réseau, l'appareil n'étant plus alimenté -> onduleur
La deuxième est liée aux surtensions, y compris la foudre sur le réseau -> onduleur et disjoncteur
Le troisième est lié à des micro-coupures répétitives de quelques milli-secondes -> onduleurs on-line uniquement
le quatrième reprend des pics de tensions de quelques milliers de volts mais de très faible durée -> onduleur on-line (quasiment complètement) et off-line (en partie via le filtrage à la sortie).
transitoires, ce sont des signaux parasites qui se superposent au signal standard de faible amplitude généralement -> complètement avec un on-line, en partie avec un off-line.

Les disjoncteurs ne protègent que contre les surtensions.

D'où viennent ces problèmes? Les sous-tensions et surtensions sont directement liés au réseau électrique (trop éloignés ou trop proche d'une cabine haute-tension). Pour les autres, dans la majorité des cas, ils viennent d'autres appareils (le plus souvent des moteurs de fortes puissances ou de petits moteurs dont les charbons sont endommagés), même s'il sont branchés à quelques dizaines de mètres. Ils perturbent aussi les transmissions réseaux par porteurs de ligne.

En complément:

Les composants électroniques rencontrés dans les ordinateurs et périphériques.
Fonctionnement d'une alimentation à découpage, utilisée dans les onduleurs - UPS
Les réseaux en courant porteur de ligne (CPL, repris dans la partie des réseaux sans fils de cette formation)

x41.materiel-informatique.be- 36. Techniques avancées de réparation Windows -> 39. Les composants des serveurs réseaux

La formation informatique X41 -> 4. Techniques complémentaires -> Perturbations électriques et protection