Onduleurs

ONDULEURS

BERKANI KARIMA

Division des Systèmes d’Informations
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Introduction générale

On en parle peu, pourtant, sans eux, les infrastructures informatiques, grandes ou petites seraient à la merci de
la moindre coupure électrique. Les data centers, ces centres de calcul qui consomment chacun la puissance
d’environ 30 mégawatts, soit celle nécessaire à une ville de 25 000 habitants, ne seraient rien sans ces boîtiers.
Une coupure de courant et tout est perdu. Les serveurs, les baies de stockage ne se relancent pas
instantanément après arrêt. Pertes de données et donc de clients, les conséquences peuvent être graves et
doivent se payer en pénalités calculées lors des contrats de qualité de service. Même si des groupes
électrogènes sont disponibles, ils ne démarrent pas immédiatement. Seuls les onduleurs sont capables d’assurer
la continuité d’activité avant leur mise en œuvre, soit environ durant une dizaine de secondes. Certains modèles
d’onduleurs, notamment ceux utilisés dans les data centers égalisent la tension électrique, c'est-à-dire qu’ils
fournissent un courant continu et suppriment les crêtes de sur et de sous-tension ou les microcoupures
dépassant un certain seuil”.

2 Division des Systèmes d’Informations

Onduleurs

 Onduleur:
Un onduleur est un dispositif d'électronique de puissance , également connu sous le nom d'UPS
(Uninterruptible Power Supply) ou ASI (Alimentation Statique sans Interruption) permettant de délivrer
des tensions et des courants alternatifs à partir d'une source d'énergie électrique continue. C'est la fonction
inverse d'un redresseur. L'onduleur est un convertisseur de type continu/alternatif et révèle être un maillon
indispensable aux organisations professionnelles.
En règle générale, un onduleur (ASI) :
- Protège votre matériel des dommages provoqués par les coupures de courant, les variations de
tensions et autres incidents.
- Evite la perte et l’altération de données. Sans un onduleur, les données enregistrées sur un
dispositif soumis à un arrêt système peuvent être perdues ou détruites.
- Assure, en cas de coupure de courant, la continuité de fonctionnement des équipements jusqu’à que les
générateurs (groupes électrogènes) prennent le relais.
 Principe:
Les onduleurs sont des structures en pont constituées le plus souvent d'interrupteurs électroniques
tels que les IGBT, des transistors de puissance ou thyristors. Par un jeu de commutations commandées
de manière appropriée on module la source afin d'obtenir un signal alternatif de fréquence désirée.


Onduleurs

 Les critères à considérer:
Il y a tout d’abord deux grandes questions à se poser : de quelle technologie ai je besoin, et surtout de
quelle puissance.
- la puissance de l’onduleur
C’est la consommation du matériel qu’il va devoir suppléer en cas de panne, elle est exprimée en
V.A donc il faut faire la somme de la consommation de tous les appareils que l’on va lui connecter
puis convertir rapidement des Watts en V.A. on peut utiliser cette formule approximative :« Nombre
VA = Nombre de Watts /0.66 » car en général sur le matériel informatique, la consommation est
exprimée en Watts
- autonomie du système
Celle-ci est liée à la capacité des batteries, au rendement de l’onduleur lui-même, et bien évidemment
à la puissance réclamée pendant la coupure jusqu’à le démarrage des groupes électrogènes sans
aucune interruption entre le passage en fonctionnement sur batterie.
- vitesse de recharge des batteries
Si les coupures de courant sont nombreuses, il faut que le temps de charge soit le plus court possible.
Ensuite, il faut vérifier s’il est possible, ou non, d’échanger les batteries à chaud.
- Un logiciel de communication
En cas de fonctionnement informatique sur réseau, il faut disposer d'une carte et d’un logiciel SNMP
(Simple Network Management Protocole) permettant d'assurer la gestion de l'onduleur à partir du
Réseau.

Onduleurs

- Les différents types d’onduleurs
Dans l'offre des onduleurs, on distingue plusieurs technologies.
* technologie Off Line: les équipements sont alimentés normalement par le secteur et l’onduleur ne prend
le relais qu’en cas de coupure, ou de baisse trop importante de la tension du secteur. Ce basculement
sur batteries prend un certain temps (quelques millisecondes) ce qui n’est pas trop gênant pour les
ordinateurs possédant des alimentations à découpage, mais cela peut poser des problèmes aux
équipement plus sensibles. Les onduleurs Off Line sont les plus économiques, mais leur usage doit
être réservé aux postes de travail, ou à une utilisation individuelle.
* technologie Line Interactive: le principe est le même, sauf que la tension d’entrée est contrôlée et
filtrée par l’onduleur avant d’être délivrée aux matériels. Le courant fourni est donc de meilleure
qualité, mais les variations de tension ne sont pas bien régulées. En conséquence, ce type d’onduleur
ne doit pas être utilisé sur les serveurs vitaux de l’entreprise.
* technologie On Line Double conversion: le courant est délivré en permanence par l’onduleur, ce qui
garantit une tension constante et une absence de parasites. L’appareil à protéger est donc totalement
déconnecté du secteur. Ils présentent la tension de sortie la plus stable et la meilleure immunité aux
parasites. Ils devront donc être utilisés sur tous les serveurs stratégiques.
* D’autres technologies sont également proposées par les constructeurs, mais elles sont la plupart du
temps dérivées de ces trois modèles de base.


composants d’un onduleur

Les composants d’un onduleur
 L’onduleur est composé de 9 parties principales : l’antiparasite (ou filtre), le parafoudre, la batterie, le
booster, le by-pass, le commutateur, le convertisseur DC/AC, le redresseur, et enfin le transformateur.
Les voici en détails :
 L’antiparasite (ou filtre) :

Le filtre est composé de selfs (inductances) et de condensateurs. Il bloque les parasites de haute
fréquence (HF). Ainsi il "lisse" la tension pour délivrer un signal compatible avec les équipements
électroniques sensibles comme les alimentations de pc.

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 Le parafoudre :

 Il enlève les crêtes de surtensions lorsque celles ci dépassent une tension de seuil. Il se comporte
comme un court-circuit dynamique. Ainsi le surplus d'énergie est atténué, le rendant compatible avec
les équipements électroniques.
 NB : Si la surtension véhicule une trop grande quantité d'énergie, l’appareil contre les surtensions
(para-surtensioneur) se met en court circuit définitif. Il doit dès lors être remplacé. C’est un éclateur à
gaz (un petit cylindre dans lequel se produit un arc électrique si la tension à ses bornes est trop
élevée).

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 La batterie :
 La batterie constitue la réserve d'énergie électrique qui va permettre à l'onduleur de continuer à
fonctionner pendant les coupures de courant.
 Elle est de type à recombinaison de gaz et sans entretien. En fonction de son procédé de fabrication,
elle peut avoir une durée de vie de 5 ou 10 ans. La durée de vie dépend essentiellement de la
température ambiante.
 Le booster :

 Il joue le rôle d'un régulateur. Lorsque la tension baisse, il rehausse cette dernière pour la maintenir
dans une tolérance compatible avec les équipements électroniques sensibles.
 Dans le cas ou la tension monte, il l'abaisse.

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 Le by-pass :

 Le by-pass est composé d'un commutateur électronique. C'est un système de secours qui permet en cas
de panne de l'onduleur ou en cas de surcharge de transférer l'alimentation des équipements vers le
réseau brut.
 Il permet également d'effectuer la maintenance sur l'onduleur sans arrêter l'informatique.

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 Le commutateur

 Son rôle est de commuter, lorsque le réseau est défectueux, l'alimentation de l'ordinateur vers
l'onduleur. Lorsque le réseau redevient correct, l'alimentation de l'ordinateur est à nouveau
reconnectée au secteur.

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 Le convertisseur DC/AC :
 Il existe plusieurs types de convertisseur DC/AC dans les onduleurs, ceux qui sortent du courant de
forme sinusoïdale et ceux qui le sorte de forme pseudo-sinusoïdale.
* Pseudo sinusoïdale
 - Ce courant est appelé alternatif pseudo
 sinusoïdal car il est positif et négatif toutes les
 10 millisecondes et il s'approche d'une sinusoïde.
 - Cette forme d'onde ne peut alimenter que
les alimentations à découpage des ordinateurs.

* Sinusoïdale

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 Le redresseur (ou chargeur) :
 Il convertit le courant alternatif du
réseau en courant continu pour
alimenter la batterie.

 Le transformateur :
 Il permet un isolement galvanique entre
l'entrée et la sortie. Il régule la tension de
sortie à +/- 3%. Il atténue les surtensions
jusqu'à 6000 Volts. Avec les condensateurs,
il forme une réserve d'énergie électrique,
ce qui permet d'absorber les microcoupures.

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Technologies des onduleurs

La technologie off-line

 En mode normal, le réseau alimente l’équipement connecté
avec le secteur, simplement filtré, mais sans aucune conversion
d’énergie. En cas de coupure, de baisse ou de hausse de tension,
l’onduleur passe sur batterie, puis revient en mode normal lorsque
les conditions du réseau sont rétablies.

 lorsque le courant disparait le convertisseur DC/AC
se met en route.



 Les avantages de la technologie
- Faible consommation électrique. (l'onduleur est à l'arrêt)
- Solution très économique .
 Les inconvénients de la technologie
- Temps de basculement. ( Il y a une interruption de courant de 4 à 20 ms lors de la disparition du
secteur. Les onduleurs Ecus et Eaton sont garantis pour un temps de basculement de 4 ms.)
- Doit être installé à coté de l'ordinateur. (Ne convient pas pour les ordinateurs en réseau)
 Cette technologie protège contre
- Les coupures et les micro-coupures.
- Les parasites.
- La foudre (uniquement certains onduleurs tels que Ecus et Eaton).

 Cette technologie ne protège pas contre
- Les variations de tension.
- Les variations de fréquence.



La technologie in-line ou line-interactive:

 Réseau présent ce dernier est transmis à l'ordinateur par le commutateur .
Le booster est un dispositif qui régule la tension du réseau, ainsi il est possible
de supporter des variations de courant brut très importantes sans utiliser les réserves
des batteries qui sont rechargées par l'onduleur en sens inverse.

 L'onduleur se met en route lorsque le courant brut disparaît .
- Le microprocesseur scrute le réseau en permanence, dès que ce dernier sort
d'une fenêtre de tolérance, un ordre de démarrage est transmis à l'onduleur qui
va convertir le courant continu de la batterie en courant sinusoïdal pendant le
temps de l'autonomie.
- Le microprocesseur agit également sur le booster lorsque la tension d'entrée
est trop faible ou trop haute pour la ramener dans une valeur tolérée par l'ordinateur.



- Faible consommation électrique. (l'onduleur est à l'arrêt)
- Prix très avantageux
- Convient pour les ordinateurs en réseau
- Reproduit une onde sinusoïdale pour les hauts de gamme uniquement
- Protection contre la foudre (Conforme aux normes Ansi A&B et IEEE)
- Temps de basculement. ( Il y a une interruption de courant de 4 à 20 ms lors de la disparition du
secteur. Les onduleurs Ecus et Eaton sont garantis pour un temps de basculement de 4 ms.)
- Doit être installé à coté de l'ordinateur.
- Les coupures et les micro-coupures
- Les parasites
- La foudre (uniquement certains onduleurs tels que Ecus, Eaton, Etc.)
- Les creux de tension
- Les surtensions
 Cette technologie ne protège pas contre:
- Les variations de fréquence



La technologie on-line double conversion
 Le redresseur convertit le courant alternatif
en courant continu pour recharger la batterie.
L'onduleur convertit le courant continu de la
batterie ou du redresseur en courant alternatif
de haute qualité et sans coupure pour l'ordinateur.

 En cas de coupure de courant, c'est la batterie
qui délivre l'énergie à l'onduleur pendant le temps de
l’autonomie.

 Le by-pass est un système de secours qui permet
de transférer l'alimentation de l'ordinateur vers le réseau
brut en cas de surcharge ou en cas de panne de l'onduleur.
 Notons que le by-pass peut-être soit manuel, soit
automatique. On peut enclencher le by-pass pour
permettre la maintenance de l’onduleur.


- Onduleur sans coupure
- Convient pour les ordinateurs en réseau
- Reproduit une onde sinusoïdale
- Consommation électrique plus importante ( Rendement moyen, car on convertit deux fois le courant)
- Fonctionnement permanent (même lorsque le réseau est présent)
- Les coupures et les micro-coupures
- Les parasites
- Les variations de fréquence
- Les creux de tension
- Les surtensions, la foudre selon les constructeurs. Tous nos onduleurs de cette technologie intégrent
une protection foudre



Synthèse des 3 technologies

 On peut donc conclure que la
meilleure technologie est la
technologie On-line car elle n’a
aucune coupe en cas de passage
sur les batteries, elle régule,
filtre et lisse le courant tout
le temps, elle régule également
les fréquences. Mais comme tout
ne peut pas être parfait, c’est
Évidement la technologie la plus
chère.
Pour calculer quel est son besoin en
onduleur, il y a le point critère
de choix et gamme de prix.


La connectique de l’onduleur

 La connectique des onduleurs
Lors du choix de votre onduleur, vous devez également faire attention à la connectique qu'il utilise :
 Le branchement de l'onduleur au réseau électrique domestique
- Il se fait grâce à une prise standard 220 V
- Il est préférable de brancher votre onduleur sur une prise pourvue d'une terre :

 Le branchement de vos appareils à l'onduleur
Certains onduleurs possèdent des prises standards sur lesquelles il suffit de brancher les câbles d'origine
des équipements :

Onduleur à prises standard Câble d'équipement 220V standard


La connectique de l’onduleur

 D'autres onduleurs possèdent des prises IEC 320. Il vous faudra donc peut-être prévoir le
remplacement des câbles de vos équipements par des câbles IEC 320.

Onduleur à prises IEC 320 Câble IEC320
 Protection des câbles téléphoniques
- Certains onduleurs assurent également la protection des lignes téléphoniques. Dans ce cas, ils
possèdent deux prises de type RJ11 (une entrée et une sortie)

Prises RJ11 Câble RJ11
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Branchement de l’onduleur

 Connexion de l'onduleur à la carte mère du PC
* Pour les onduleurs qui permettent une connexion au PC, il existe 2 types de connexion :
- via le port USB

- via le port série (COM)

 à quoi ça sert de connecter son onduleur à son PC ?
- d'avoir un historique des coupures de courant survenues
- d'arrêter automatiquement un PC, si l'onduleur passe sur batterie au bout de x minutes
- de régler les tensions minimales et maximales de déclenchement
- de connaître l'état de charge de la batterie

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Branchement de l’onduleur

 Voici par exemple une capture d'écran de l'utilitaire PowerChute, fournit avec l"onduleur APC
BE550G

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Les problèmes électriques

Perturbation Définition Cause Solution
Coupure réseau Perte totale de courant Foudre, catastrophes naturelles, Onduleurs off-line
Surcharges, accidents. Onduleurs Line Interactive
Onduleurs On-Line Double
Conversion

Creux de tension Baisse momentanée de la Démarrage de fortes charges, Onduleurs off-line
tension commutation de réseau, faiblesse Onduleurs Line Interactive
du réseau. Onduleurs On-Line Double
*provoque l’arrêt des Conversion
équipements.

Surtension (pic) Tension momentanément Foudre (jusqu’à 6000V sur la Onduleurs off-line
supérieure à 110% du ligne). Onduleurs Line Interactive
nominal sur une durée très provoque une perte de données Onduleurs On-Line Double
courte (< à 20ms). ou des dommages matériels Conversion

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Les problèmes électriques

Perturbation Définition Cause Solution
Variation de fréquence Changement dans la stabilité Charges et décharges de Onduleurs On-Line Double
de la fréquence. générateurs. Conversion.
*provoque des pertes de
données, des arrêts systèmes
et des dégâts matériels.

Distorsion Distorsion de la forme Alimentations à découpage, Onduleurs On-Line Double
harmonique d’onde provoquée par des variation de vitesse des Conversion.
charges non linéaires. moteurs, copieurs et fax.
*provoque des erreurs de
communication, des
surchauffes et des dommages
matériels.

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Les batteries

 Procédures de maintenance préventive :
Les batteries utilisées sont scellées, souvent dites “sans entretien”. Bien que
vous n’ayez pas besoin de vérifier les niveaux de liquide à l’intérieur, elles
réclament tout de même un peu d’attention. La technologie ABM d’Eaton
prolonge leur durée de vie par un régime de charge/décharge sophistiqué. ABM
surveille aussi l’état des batteries et avertit d’une fin de vie probable bien avant qu’elle ne survienne.
 Le temps de recharge des batteries :
En moyenne, il faut 10 fois plus de temps pour recharger une batterie que pour la décharger (une
décharge batterie de 30 min demande 5 heures de recharge). Dès que le courant revient après une
coupure secteur, le processus de recharge commence aussitôt. Notez que la charge n’est pleinement
protégée que si la batterie est totalement chargée. Si les batteries sont sollicitées pendant le processus
de recharge, l’autonomie restante sera moindre.
 les risques associés à un manque d’entretien :
- arrêt des équipements protégés par l’onduleur.
- feu.
- dégâts matériels.
- blessures sérieuses


Les batteries

 la batterie est la partie la plus sensible de l’onduleur et c’est la cause principale de panne, c’est pour
cela il faudra l’entretenir et la gérer ne prolonge pas seulement sa durée de service, mais permet
d’éviter des arrêts systèmes très coûteux.
 Les batteries remplaçables à chaud peuvent être changées sans couper
l’onduleur.
 les batteries remplaçables par l’utilisateur sur les petits onduleurs.
Aucun outil spécial ni formation ne sont nécessaires pour les remplacer.
 L’autonomie d’une batterie :
- L’autonomie augmente lorsque la charge diminue. En règle générale, vous triplez l’autonomie en
divisant la charge par deux et si on ajoute plus de batteries à un onduleur augmentera son autonomie,
mais ne change pas sa puissance. Il faut d’abord s’assurer que notre onduleur a la puissance suffisante
pour supporter la charge, puis ajouter des batteries pour obtenir l’autonomie désirée.
 La durée de vie des batteries d’un onduleur :
En standard, les batteries VRLA durent de 3 à 5 ans. Cependant, leur durée de vie varie énormément
en fonction des conditions environnementales, du nombre de cycles de charge/décharge, et de leur
entretien.
Il est important d’avoir un programme de surveillance et de maintenance pour connaître le moment
où elles vont atteindre leur fin de service utile.


Conclusion

 L’usage des onduleurs devient intéressant lorsque l’on
décide de protéger électroniquement ses machines.
 Leur utilité dans le domaine privé est encore faible du
surement au coût qu’il demande et de la non nécessité d’en
posséder un. Il en est par contre différent dans les grandes
entreprises équipées de réseaux d’ordinateur avec des
données importantes à protéger.
 L’onduleur est la solution idéale pour protéger les machines
de ce type d’entreprise.
 On optera pour une technologie spécifique en fonction du
besoin que l’on en a, incluant une gamme de prix variable.


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