Glossaire des technologies de conditionnement de puissance

De nombreux produits sont proposés pour résoudre les problèmes de qualité de l'alimentation. Certains dispositifs tels que le parasurtenseur sont très efficaces pour fournir une protection contre un problème spécifique, tandis que des dispositifs tels que les conditionneurs d'alimentation peuvent fournir une protection contre une grande variété de problèmes. Ce qui suit est destiné à fournir un bref aperçu de la plupart des produits les plus couramment utilisés pour la protection de la qualité de l'alimentation.

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Autotransformateur

Les autotransformateurs, contrairement à un transformateur d'isolement, ont les bobines primaire et secondaire construites sur un noyau commun et n'offrent pratiquement rien en termes de conditionnement de puissance à moins qu'ils ne soient intégrés dans un régulateur de tension ou un conditionneur de puissance. Ils sont un moyen peu coûteux de changer une tension en une autre (par exemple convertir 208V en 120V).

Batterie (sauvegarde)

Une batterie est un dispositif de stockage d'énergie. Le cœur de l'onduleur est sa batterie ou ses batteries. Les batteries sont des batteries au plomb-acide de type sec (scellées) et des batteries au plomb-acide de type humide (ouvertes) ou au nickel-cadmium. Toutes les batteries ont une durée de vie finie (cycles de décharge/recharge) qui est analogue à une miche de pain. Le pain peut être coupé en plusieurs tranches fines (décharge modérée) ou en moins de tranches plus épaisses (décharge profonde). Les batteries des dispositifs de conditionnement d'énergie fournissent une sauvegarde électrique en cas d'interruption, mais elles ont un coût relativement élevé, une capacité de temps de correction limitée et une courte durée de vie.

Transformateur Buck-Boost

Typiquement un petit transformateur de type sec avec un primaire à double tension et un secondaire à double tension. La tension de sortie peut être abaissée (diminuée) ou augmentée (augmentée) de 5 à 20 % en désactivant le système et en modifiant manuellement le câblage interne de l'unité. Ces unités sont bonnes pour ajuster les niveaux de tension de sortie lorsque la tension d'entrée reste assez constante. N'ayant aucune capacité de réglage automatique de la tension, les transformateurs abaisseurs-élévateurs n'offrent aucune capacité pour corriger les problèmes de qualité de l'alimentation, autres que les fluctuations de tension saisonnières.

Transformateur à tension constante (CVT) - Voir Transformateur ferrorésonnant

Changeur de prise électronique

Également connus sous le nom de commutateurs de prises électroniques, les changeurs de prises électroniques ont toutes les prises d'un isolement ou d'un autotransformateur connectés à la sortie via des SCR (Silicon Controlled Rectifier) qui agissent comme des commutateurs de sorte qu'une seule prise est connectée à la sortie à un moment donné. Les capteurs de tension entrants transmettent des informations à un microprocesseur qui contrôle les SCR pour contrôler la tension de sortie.

Également connus sous le nom de régulateurs de tension électroniques ou de conditionneurs de puissance, ces appareils offrent une correction de tension très rapide car ils ne comportent aucune pièce mobile et peuvent passer d'une prise à n'importe quelle autre prise de manière non séquentielle. En raison des SCR et des commandes électroniques, certaines versions de ces unités peuvent avoir des limitations sur la capacité de surcharge et le facteur de puissance.

Transformateur ferrorésonant

Le "ferro" ou CVT fonctionne en ayant une partie de son noyau dans un état saturé. Les transformateurs créent un champ magnétique, ou flux, qui est fonction de la tension appliquée. Dans une large mesure, le flux magnétique est plus ou moins proportionnel à la tension sauf aux extrêmes haute ou basse tension. À ces extrêmes, un changement de tension relativement important entraînera peu de changement dans le flux magnétique, l'extrême de haute tension étant décrit comme étant la région de "saturation". Une analogie serait celle d'avoir un très grand réservoir d'eau avec un petit tuyau de sortie au fond. Au fur et à mesure que le débit d'eau dans le réservoir change, le débit d'eau sortant du petit tuyau reste assez constant en raison du grand volume d'eau dans le réservoir.

La majorité des ferros sont utilisés dans des applications inférieures à 1,5 kVA, bien qu'il existe des modèles jusqu'à 25 kVA.

Les ferros peuvent fournir une bonne atténuation du bruit et sont très fiables. En revanche, les ferros peuvent ajouter une distorsion harmonique importante, avoir un sérieux problème avec les courants d'appel élevés (> 170 %), avoir une efficacité très médiocre à moins de pleine charge et ont tendance à être très chauds et bruyants en fonctionnement.

Filtrage Harmonique

Le filtrage des harmoniques consiste à éliminer les harmoniques de l'alimentation entrante. Les filtres passifs sont conçus (accordés) pour éliminer les harmoniques de fréquence et d'amplitude spécifiques, mais offrent peu de protection si les caractéristiques de l'harmonique changent. Les filtres actifs (compensateurs) analysent la puissance entrante pour détecter les écarts par rapport à la forme d'onde souhaitée. Lorsqu'une harmonique est détectée, l'unité superpose un signal sur la forme d'onde qui est l'opposé de l'harmonique qui annule alors l'harmonique. Les filtres passifs sont relativement peu coûteux mais ont une utilisation limitée. Les filtres actifs sont coûteux et sont utilisés dans des circonstances particulières où les harmoniques sont devenues un problème. Dans la plupart des cas, les harmoniques sont réduites à des niveaux tolérables grâce à des transformateurs d'isolement ou à d'autres dispositifs de conditionnement de puissance.

Onduleur

Appareil qui convertit le courant continu en courant alternatif. Un composant de base de l'onduleur et de certains autres conditionneurs d'alimentation. En soi, un onduleur n'a aucune capacité de conditionnement de puissance.

Transformateur d'isolement

Un transformateur bobiné de telle sorte que chaque enroulement est isolé électriquement des autres enroulements, par exemple, le courant ne passera pas d'un enroulement à l'autre enroulement par conduction. Cette isolation sert à réduire les transitoires mineurs et le bruit dans l'entrée d'être transmis à la sortie. Les transformateurs d'isolement sont souvent équipés d'un blindage entre le primaire et le secondaire pour supprimer davantage le bruit et les transitoires. Ces unités sont principalement utilisées pour augmenter ou réduire la tension et offrent une certaine protection contre le bruit, mais rien d'autre en termes de conditionnement de l'alimentation.

Conditionneur de ligne

Le terme « conditionneur de ligne » est le plus souvent utilisé pour désigner un régulateur de tension ou un conditionneur de puissance utilisé dans les applications audio, vidéo, graphiques et informatiques. Bien qu'un conditionneur de ligne remplisse généralement le même objectif qu'un conditionneur de puissance, il a tendance à être destiné à une application à des puissances KVA relativement plus faibles.

Isolation de ligne

Isolation entre les côtés primaire et secondaire d'un transformateur d'isolement.

Changeur de prise mécanique

Les changeurs de prises mécaniques utilisent un moteur pour entraîner les composants mécaniques afin de changer les prises ou de modifier autrement le rapport de rotation. Généralement, le moteur déplace un ensemble de balais ou de contacteurs d'une position à une autre pour engager physiquement chaque robinet.

Les changeurs de prises mécaniques permettent une régulation très précise de la tension de sortie (< 1 %) et sont relativement peu coûteux. D'autre part, ces types d'unités sont très lents à effectuer des corrections de tension importantes en raison de limitations mécaniques et de la nécessité de changer les prises de manière séquentielle. Les appareils électroniques modernes ont tendance à nécessiter des temps de correction beaucoup plus courts que ceux que peuvent fournir les changeurs de prises mécaniques.

Conditionneur de puissance

Le terme "conditionneur de puissance" dans l'usage courant fait référence à un régulateur de tension qui a des capacités autres qu'une simple régulation de tension. Souvent, les conditionneurs de puissance fournissent également divers degrés d'isolation de ligne, d'atténuation du bruit, de suppression des surtensions, de filtrage des harmoniques, d'équilibrage des phases, etc.

Primaire secondaire

Le primaire fait référence à l'entrée d'un transformateur et le secondaire à la sortie.

Redresseur

Plage d'entrée

Appareil qui convertit le courant alternatif en courant continu. Un composant de base de l'onduleur et de certains autres conditionneurs d'alimentation. En soi, un redresseur n'a aucune capacité de conditionnement de puissance.

Traversée affaissée

Les produits SAG ride-through sont des dispositifs conçus pour contrecarrer les affaissements électriques (ride-through). Les technologies pour y parvenir peuvent être divisées en type de stockage d'énergie et type de stockage sans énergie.

Les dispositifs de type à stockage d'énergie stockent l'énergie électriquement ou mécaniquement et déchargent cette énergie pour augmenter ou augmenter complètement la tension lorsqu'un creux se produit. Ces types d'appareils stockent l'énergie dans des condensateurs, des batteries ou des masses tournantes. Ces types d'appareils sont coûteux et ont des limites quant à la durée ou à la fréquence à laquelle ils peuvent corriger les affaissements.

Les dispositifs de type non-stockage d'énergie tirent un courant supplémentaire du système, même à des tensions extrêmement basses, pour synthétiser la tension nécessaire pour contrer un affaissement. Ces types de dispositifs sont sensiblement moins chers et certains peuvent fournir une correction d'affaissement sans limitation de temps ou de fréquence d'apparition.

Parafoudre (suppresseur)

Les parafoudres sont généralement des varistances à oxyde métallique (MOV) qui écrêtent (tronquent) les tensions au-dessus d'un seuil prédéterminé. Essentiellement une résistance non linéaire, le parafoudre est placé entre une phase et la terre. À des niveaux de tension normaux, la résistance du parafoudre est très élevée, de sorte qu'un courant négligeable passe à la terre. À des niveaux de tension supérieurs au seuil, la résistance du parafoudre devient si faible qu'elle crée effectivement un court-circuit, détournant ainsi la puissance dommageable de la surtension vers la terre. Les parafoudres offrent une protection précieuse contre les niveaux de tension dangereux.

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Le processus de changement de prises sur un transformateur pour ajuster la tension de sortie.

Pour changer les prises dans un transformateur typique, l'unité doit être mise hors tension et isolée, l'unité ouverte et le câblage ou le câble physiquement déplacé d'un ensemble de prises à un autre ensemble de prises. Les unités sont appelées changeurs de prises à vide.

Les unités qui peuvent changer de prises tout en maintenant l'alimentation d'une charge sont appelées changeurs de prises en charge ou en ligne. Il s'agit généralement d'unités mécaniques ou électroniques.

Robinets

La fonction normale d'un transformateur est de changer un niveau de tension d'entrée à un niveau de tension de sortie différent, par exemple, 480v à 208v. Le rapport de transformation de tension est déterminé par le nombre de "tours" sur les côtés primaire et secondaire du transformateur (rapport de tours). Étant donné que les tensions exactes dans une application donnée peuvent varier, les transformateurs sont souvent équipés de "prises", qui permettent d'ajuster le rapport de tours. Un robinet est simplement une connexion électrique à une bobine de transformateur. En ayant des prises au-dessus et au-dessous du nombre nominal de spires pour une bobine donnée, le rapport de spires peut être modifié et la tension de sortie modifiée. Avec deux prises de 2,5 % au-dessus et deux en dessous du rapport de tours nominal, la tension de sortie peut être ajustée jusqu'à ±5 %.

TVSS

Suppresseur de surtension transitoire. Voir Parafoudre.

Alimentation sans coupure - UPS

Pour les petites applications monophasées, l'alimentation sans coupure (UPS) est souvent le conditionneur d'alimentation de choix. L'onduleur peut fournir un conditionnement de l'alimentation ainsi qu'une batterie de secours en cas de coupure de courant. Cela laisse du temps pour surmonter l'interruption ou pour la sauvegarde ou l'arrêt en toute sécurité des systèmes. L'onduleur doit être dimensionné pour le courant de crête requis par les appareils en aval, puis pour la durée pendant laquelle le courant à pleine charge est requis pour le fonctionnement ou l'arrêt du système. La taille physique et le coût de l'onduleur augmentent rapidement à mesure que la taille de la charge et le "temps de la batterie" augmentent. Dans les grandes applications triphasées, les onduleurs peuvent devenir des unités de la taille d'une pièce nécessitant des systèmes de maintenance et de surveillance sophistiqués pour prolonger la durée de vie des batteries. Le remplacement de la batterie d'un onduleur peut être nécessaire en aussi peu que 2 ans, peut représenter jusqu'à 65 % du coût initial de l'unité et, selon le type de batterie, peut nécessiter une élimination spéciale des anciennes batteries.

Les onduleurs existent en quatre versions de base : la veille (ou hors ligne), la ligne interactive, la ferrorésonnante et la double conversion.

L'onduleur de secours n'offre une protection qu'en cas d'affaissement prolongé ou d'interruption. En mode normal, la batterie et l'onduleur de l'onduleur de secours sont éteints et les appareils en aval fonctionnent sur une alimentation secteur inconditionnée. Lorsqu'un creux ou une interruption se produit, un interrupteur mécanique active l'onduleur afin qu'il puisse alimenter les appareils en aval. Une fois l'événement effacé, l'onduleur revient en mode de charge en attente. De nombreux onduleurs de secours intègrent également une protection contre les surtensions. Ces types d'unités sont le plus souvent utilisés pour protéger des appareils individuels tels que des postes de travail.

La ligne interactive fonctionne de la même manière que l'onduleur de secours, mais ajoute la capacité de fournir un certain degré de régulation de tension (buck-boost) de l'alimentation de ligne pour les appareils en aval.

L'onduleur ferrorésonnant remplace la partie abaisseur-élévateur de l'onduleur interactif de ligne par un transformateur ferrorésonnant pour fournir un degré plus élevé de conditionnement de l'alimentation de la ligne pour les appareils en aval.

L'onduleur à double conversion offre le plus haut degré de conditionnement de l'alimentation de tous les onduleurs. Alors que les trois types d'onduleurs précédents n'utilisent que les batteries et l'onduleur en cas d'affaissement ou d'interruption, l'onduleur à double conversion utilise deux onduleurs. Cet onduleur prend le courant alternatif entrant, le convertit en courant continu, puis le reconvertit en courant alternatif. En cas d'affaissement ou d'interruption, l'onduleur de sortie utilise l'alimentation de la batterie CC pour alimenter la charge. La double conversion, avec la sauvegarde fournie par les batteries, peut éliminer de nombreux problèmes de qualité de l'alimentation, mais cette capacité s'accompagne d'un coût initial, d'un coût d'exploitation et d'un coût de maintenance élevés.

Régulation de tension

L'une des principales fonctions des régulateurs de tension et des conditionneurs de puissance est de maintenir le niveau de tension vu par les appareils en aval dans un certain ensemble de limites. En règle générale, les unités spécifieront "régulation d'entrée" ou "plage d'entrée" et "régulation de sortie". Par exemple, une unité peut avoir une plage d'entrée de +10 %/-25 % et une régulation à ±5 %. Cela signifie que si la tension entrante est comprise entre la tension nominale plus 10 % et la tension nominale moins 25 %, l'unité régulera la tension de sortie à l'intérieur de la tension nominale plus ou moins 5 %. Si la tension nominale est de 480 volts, tant que la tension d'entrée n'est pas supérieure à 528 volts et pas inférieure à 360 volts, la tension de sortie sera comprise entre 504 et 456 volts. La plage d'entrée et la réglementation varient selon le fabricant, la technologie et la gamme de prix. Les grandes plages d'entrée et les petites plages de régulation ont tendance à avoir des prix plus élevés et vice versa. La plupart des applications peuvent se contenter d'une régulation de ±3 à 5%.

Les régulateurs de tension à changement de prise mécanique offrent fréquemment une régulation de sortie dans la plage de ± 1/2 à 1 %, mais ces types d'unités ont un temps de réponse nettement plus lent que les autres technologies.

Régulateur de tension

Un régulateur de tension, comme son nom l'indique, régule la tension. La tension entrante vers le régulateur est ajustée de sorte que le niveau de tension de sortie se situe dans une certaine plage.

Stabilisateur de tension

L'équivalent britannique du régulateur de tension.