Question Quand ai-je besoin d'un onduleur à onde sinusoïdale pure?


Je voudrais acheter un onduleur rack qui prendrait en charge tous les composants électroniques liés à l'informatique dans une salle SOHO. Cela comprend les commutateurs, les routeurs, les PC, les serveurs, le NAS. Au cours de mes recherches, j'ai découvert qu'il existe différents types d'onduleurs et que ceux qui génèrent une onde sinusoïdale pure sont les meilleurs. Cependant, ils sont également beaucoup plus chers que, par exemple, les onduleurs à onde sinusoïdale modifiée.

Quelle est l'application d'un onduleur à onde sinusoïdale pure? Va-t-il offrir des avantages dans mon cas d'utilisation ou est-ce un excès?


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2018-05-09 12:36


origine


Vous voudrez peut-être être intéressé par des recherches à ce sujet sur ee.se. Nous y avons eu pas mal de questions connexes et, en résumé, le sinus modifié aime tuer les wallps muraux bon marché. - PlasmaHH
Une réponse simple: à moins que vous n'utilisiez des équipements scientifiques, médicaux ou audio sensibles, vous n'en avez pas vraiment besoin. S'il y a un besoin, la documentation le mettra clairement en évidence. Il suffit de lancer une belle tête APC et une tablette supplémentaire dans la batterie et tout ira bien. Exécutez les chiffres sur la durée de fonctionnement de votre équipement en fonction des besoins de votre entreprise. Généralement, une heure ou deux convient. La principale raison pour laquelle un onduleur doit toujours être entre le mur et votre kit est d'atténuer les baisses de tension et de vous laisser le temps de procéder à un arrêt contrôlé en cas de panne de courant. - Alex Atkinson
@PlasmaHH, vraiment? Je peux voir une onde carrée surchargée et / ou endommager les wallwarts bon marché, mais l'onde sinusoïdale modulée est généralement "assez proche". En y repensant, je n’ai jamais rien endommagé sur un onduleur à ondes carrées. ils mettent juste un peu plus de chaleur qu'ils peuvent tolérer pendant quelques minutes en cas de coupure de courant. - psusi
@psusi: J'ai un exemple de wattmètre endommagé ici: electronics.stackexchange.com/a/309273/151222. Ce n'était pas bon marché non plus. :-) - alokoko
@alokoko, je n'ai eu aucun problème avec mon compteur de marque Kill-A-Watt à 20 $ ici. Vous pensez qu'un compteur conçu pour vous avertir lorsque vous avez une alimentation de mauvaise qualité entrant dans la charge réelle est conçu pour gérer cela. D'un autre côté, nous n'utilisons normalement que du 120V ici aux États-Unis, ce qui est probablement plus facile à utiliser. - psusi


Réponses:


Clean AC est omniprésent, de sorte que certains appareils électriques sont conçus comme une hypothèse de départ.

Périphériques soucieux de la qualité de l'alimentation CA

Un exemple classique d’un appareil qui commence par une telle hypothèse est un amplificateur de puissance audio analogique conçu dans ou avant le début des années 1970, ou une pièce plus moderne conçue dans le même sens. La régulation linéaire libère trop de chaleur pour être pratique dans un tel appareil, la technologie de régulation de commutation à faible bruit n’était pas vraiment disponible à l’époque et les amplificateurs de cette époque étaient conçus avec une puissance non régulée entraînant directement les étages d’amplification. La puissance sale apparaît comme une partie du signal de sortie, en fonction de la quantité de retour de l’amplificateur¹. C’est l’une des deux causes principales de ligne bourdonnement dans les anciens amplis²

Un autre exemple de circuit où la qualité de l’énergie peut affecter le fonctionnement de l’appareil est un moteur à courant alternatif, tel perceuse électrique à cordon, où la vitesse du moteur est directement fonction de la tension qui lui est transmise. Une tension qui n'augmente pas et ne diminue pas régulièrement provoquera des variations de vitesse. Les étapes à la sortie d'une onde sinusoïdale modifiée se situent dans la région des centaines de Hz, de sorte qu'un onduleur à sinus modifié est susceptible de provoquer un changement dans la façon dont le moteur fonctionne que vous pouvez réellement entendre.

Bien que je ne sois pas trop préoccupé par ce que pourrait être une mauvaise qualité d’énergie sur une perceuse électrique, il existe des appareils à moteur que je ne voudrais pas utiliser d’un onduleur de mauvaise qualité, comme un Machine CPAP.

En ce qui concerne la question de savoir si l'un des équipements de votre rack SOHO se soucie de la qualité de la puissance de sortie de l'onduleur, cela dépend de la conception de l'alimentation de chaque composant.

Types d'alimentation

Les appareils dotés d'un filtrage et d'une régulation de l'alimentation puissants ne se soucient généralement pas des non-idéalités dans une onde sinusoïdale modifiée. Tout ce qui compte pour un tel appareil est qu’il soit suffisant Puissance RMS et que la puissance est dans les limites de tension d'entrée de l'appareil.³

Le type d’alimentation le plus courant utilisé pour les appareils électroniques modernes est le alimentation à découpage. Les commutateurs font beaucoup plus de choses à la puissance que des bosses sur l'onde sinusoïdale d'entrée, donc ils doivent déjà avoir beaucoup de filtrage si le circuit de charge nécessite une alimentation propre.

L’autre type majeur de régulation de l’alimentation électrique est le régulateur linéaire, qui supprime généralement le bruit d’entrée basse fréquence et l’ondulation de 80 à 100 dB. Cela signifie qu'un peu de bosses en entrée va sortir des étapes de filtrage et de régulation comme un simple fuzz. J'ai essayé de trouver un exemple d'appareil qui fonctionnerait mal à cause de ce fuzz, mais rien ne me vient à l'esprit. Lorsque vous poussez le bruit aussi loin, il devient sans conséquence pour la plupart des circuits, ce qui explique pourquoi les régulateurs linéaires sont toujours utilisés malgré leur inefficacité.

Cela laisse des alimentations non régulées. Cela ressemble beaucoup aux boîtiers de moteur à courant alternatif ci-dessus sauf qu'un transformateur diminue la tension alternative, qui est alors généralement rectifié et filtré pour produire une tension continue cahoteuse. Ce processus en trois étapes réduit considérablement le bruit du côté AC, il est donc possible que des dispositifs soient construits en supposant que le bruit résultant et ondulation sur la sortie d'une telle alimentation est assez propre, et serait ennuyé par le hachage de centaines de Hz sortant d'un onduleur à sinus modifié.

Oscillogrammes

Après fixer1234 ajouté des images à sa réponseJe pensais que le sinus modifié ne pouvait pas vraiment être cette mal, non? Je veux dire, ils vont utiliser plus de quatre étapes par cycle, non? Droite?

J'ai décidé de capturer oscillogrammes de tous les UPS que j'ai ici pour la science! Tous sont fabriqués par la même société, mais ils proviennent de différents points de la gamme de produits de cette société.

Pour référence, voici à quoi ressemble la tension secteur non filtrée à l’emplacement du test, avec la tension en fonction du temps à gauche et une tracé du spectre de la même forme d'onde à droite:

raw AC from the wall

Le grand pic sur le bord gauche du spectre est le 60 Hz  fondamental. Le grand pics harmoniques vous voyez montrer que la puissance de mon mur n'est pas très propre. La plus grande est la 2ème harmonique à 120 Hz au milieu du tracé, 30 dB en dessous de la fondamentale, suivie par la 3ème harmonique à 180 Hz au bord droit du tracé. Ensuite, il y a ce pic mystérieux à 85 Hz, que je n'ai aucune explication.

C'est assez de distorsion pour apparaître dans l'oscillogramme de gauche: remarquez les pics quelque peu aplatis.

J'ai testé plusieurs onduleurs à sine sinusoïdale, tous deux assez chers. Leur sortie ressemble à ceci:

high-end true-sine UPS output

Vos yeux ne vous trompent pas: la sortie AC sur batterie de cet onduleur particulier est plus propre que mon alimentation murale! Cet onduleur fonctionnera avec n'importe quel appareil électronique dans les limites de sa charge, car sa sortie sur batterie est aussi proche de la puissance murale idéale, sans aucune différence pratique.

Si un onduleur dure suffisamment longtemps, le coût des batteries de remplacement dépasse le coût initial. Si vous achetez des onduleurs de qualité, accordez donc plus d’importance à la coût de fonctionnement de l'UPS au prix d'achat initial.⁶

Un onduleur de milieu de gamme du même fabricant coûte environ & frac13 celui d'un onduleur véritable avec les mêmes spécifications. Il sera probablement plus petit et plus léger aussi. La prise? Ce:

mid-range UPS output

Bien que ce soit bien meilleur que le résultat que nous sommes en droit d’attendre en postant sur fix1234, ce n’est pas joli. Non seulement il y a beaucoup de bruit et de distorsion à large bande sur la sortie de cet onduleur, mais ces deux retombées à chaque cycle peuvent gêner les circuits qui supposent que la tension d'entrée CA augmente ou diminue toujours.

Néanmoins, une alimentation bien filtrée et régulée éliminera tout cela, de sorte que ces appareils fonctionneront à partir de cet onduleur. Je n'ai jamais eu de problèmes avec les appareils branchés sur cet onduleur. Étant donné que ce sont les onduleurs qui maintiennent les composants centraux de mon réseau domestique, je pense que je les remarquerais s'ils redémarraient à chaque coup de courant.

L'une des raisons pour lesquelles je ne donne pas de noms de marques et de modèles ici, c'est que ce n'est pas un très bon guide pour la qualité de sortie sur batterie. J'ai testé un proche parent de l'onduleur précédent et obtenu un résultat de test très différent:

poor-quality mid-range UPS output

Ceci est fondamentalement la version du monde réel de la forme d'onde idéalisée montrée dans la réponse de Fix1234. La réponse à ma question ci-dessus est donc la suivante: "Oui, les onduleurs ont vraiment une qualité de sortie aussi mauvaise."

Et oui, cela peut effectivement avoir de l'importance dans la pratique. En fait, j'ai choisi de tester la sortie de cet onduleur en particulier pour cette réponse, car cela nous a posé des problèmes par le passé.

Nous avions un PC de marque haut de gamme branché sur cet onduleur, et à chaque coup de courant, le PC - et seulement le PC - redémarrerait spontanément. Tout le reste connecté aux prises «batteries» resterait en place. C'était si bizarre que j'ai écrit un Arduino programme à un moment donné pour enregistrer "live-ness" sur plusieurs semaines pour essayer de détecter les pertes de puissance. Cette petite planche est restée en fonctionnement tout le temps, même lorsque le PC a redémarré. Nous avons finalement déplacé cet onduleur sur un ancien grand serveur, en s’attendant à ce que la charge la plus lourde provoque le même symptôme, mais non: l’onduleur a maintenu ce serveur à travers plusieurs coupures de courant.

La qualité de sortie de l'onduleur n'est pas au bas du canon. Êtes-vous assis? Voici un onduleur bas de gamme de la même société qui a fabriqué les trois onduleurs ci-dessus:

low-end UPS output

Ow!

Maintenant, vous voyez pourquoi cette gamme d’onduleurs bas de gamme coûte environ la moitié de celle des onduleurs de milieu de gamme.

Cela dit, je n'ai jamais vu l'un des appareils branchés sur cet onduleur ne parvenant pas à faire face à une panne de courant.

Conclusions

De nombreux appareils ne se soucient tout simplement pas de la qualité de l'alimentation en courant alternatif. Un exemple extrême est une lampe de bureau à incandescence, mais tout appareil avec une alimentation bien régulée et bien filtrée doit faire face à une entrée AC moche.

Comme nous l’avons vu plus haut et dans d’autres réponses, cependant, il existe des appareils qui ne peuvent pas gérer une puissance d’entrée insuffisante. Pour ces cas, vous avez besoin d'un onduleur vraiment sinueux.


Digressions:

  1. Certains modèles d'amplificateurs ont très peu retours négatifs. Il s’agit là d’un problème religieux dans les milieux audiophiles, les extrémistes réactionnaires étant convaincus que les meilleurs amplificateurs n’ont que peu ou pas de réaction.

  2. L’autre cause majeure du bourdonnement de l’amplificateur est la boucle de terre.

  3. C'est pourquoi vous voyez fréquemment des blocs d'alimentation marqués comme acceptant 90-260 VCA ou similaires. Si un tel bloc d’alimentation reçoit 200 VCA, il consomme simplement la moitié du courant comme s’il avait obtenu 100 VCA, ce qui lui permet de fournir la même puissance au circuit alimenté. P = VI

  4. Même les appareils qui ne se soucient guère de l’énergie propre doivent souvent filtrage d'entrée de puissance pour se rencontrer EMC règlements.

  5. Pour une comparaison avec le cas de régulation linéaire, une alimentation non régulée typique peut réduire le bruit du côté AC d'environ 20 dB.

    Décibels région échelle logarithmique où tous les 6 dB de différence entre deux tensions est un doublement ou une réduction de moitié. Ainsi, la réduction de bruit de 80 dB d'un régulateur linéaire n'est pas 4 fois supérieure à celle obtenue avec une alimentation non régulée typique, soit environ 1 000 fois mieux! La chute de 20 dB à 100 dB que vous obtenez d'un très bien Le régulateur linéaire signifie que la sortie est 10 000 fois plus silencieuse que l'entrée.

  6. Disons que vous décidez d'acheter un onduleur à 500 $, même si vous pouvez obtenir un onduleur à sinus modifié de bonne qualité avec les mêmes spécifications pour 150 $. Une batterie UPS typique doit être remplacée tous les trois ans environ, ce qui peut coûter de 150 à 200 dollars pour le modèle à sinus réel. Cela revient à 50-66 $ / an × 12 ans et à environ 600-800 $, ce qui fait que la batterie coûte l'élément dominant dans le calcul des coûts.

    Les onduleurs haut de gamme ont généralement des batteries plus volumineuses pour un niveau de VA donné, de sorte que le coût de la batterie de remplacement pour une batterie d'onduleur dépend en partie du montant payé à l'origine pour l'onduleur. Vous pourriez donc choisir d’acheter un onduleur inférieur à celui que vous voudriez acheter, car les coûts d’exploitation à long terme seraient trop élevés avec un onduleur haut de gamme.


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2018-05-09 13:24



Oscilligrammes intéressants. L'onde sinusoïdale simulée de CyberPower dans ma réponse est probablement une illustration destinée uniquement à illustrer le principe. Je pense que leur propos était de simplifier la représentation du concept de «déficit de puissance». En réalité, il pourrait probablement contenir des étapes qui chevauchent zéro mais fournissent une tension de sous-seuil d'une durée de problème. J'ai été surpris de voir la science imiter l'art si bien dans votre forme d'onde "du bas du canon". Toutes les alimentations PFC actives ne rencontrent pas tous des problèmes avec tous les onduleurs sans onde sinusoïdale, mais certaines ne fonctionnent pas ensemble et c'est la raison pour laquelle. +1 pour la science. - fixer1234
BTW, je ne m'attendais pas à ce que l'onduleur à onde sinusoïdale pure soit si bon. J'aurais supposé que votre UPS de milieu de gamme était suffisamment proche pour être appelé une onde sinusoïdale pure. Je ne peux imaginer aucun équipement ne fonctionnant pas sur cette sortie. - fixer1234
Cette forme d'onde de fond correspond à la sortie de mon cyberpower 1000 avr datant de 15 ans. C'est moche, mais ça ne m'a jamais posé de problème. Les deux batteries 8ah (en série pour 24v) ne m'ont coûté que 20 $ chacune pour être remplacées tous les 3-4 ans et je pense avoir payé 100 $ ou 150 $ pour le nouveau. - psusi
Une chose que j'ai observée est que l'alimentation, la carte mère et le processeur du PC peuvent fonctionner jusqu'à 10 degrés Celsius plus chaud lorsque vous les exécutez sur un onduleur à onde sinusoïdale modifiée bon marché. les exécuter directement à partir du secteur. Bien entendu, cela dépend fortement de la qualité de la PSU, mais tout filtrage excessif nécessaire se traduit généralement par une efficacité de conversion plus faible et plus de chaleur. - Igor Levicki
@Warren: vous dites "moteur". Cela s'étendrait-il également aux moteurs utilisés pour faire tourner le disque dur mécanique? Comme par exemple pour un NAS. beaucoup de moteurs à l'intérieur :) Merci !! - JoeSlav


L'exigence d'une onde sinusoïdale pure concerne principalement les blocs d'alimentation à correction active du facteur de puissance (PFC) de l'ordinateur. Pour ceux-ci, une forme d'onde non sinusoïdale peut provoquer un arrêt, ce qui va à l'encontre du but ultime d'avoir un onduleur.

J'ai vu deux explications au mécanisme:

  • Un, décrit dans ce postest que le bloc d'alimentation PFC peut provoquer une charge initiale élevée sur l'onduleur, ce qui déclenche une protection contre les surcharges qui arrête l'onduleur.

  • Une autre explication est décrite dans ce Fiche technique du fabricant d'onduleurs CyberPower:

Power Gap

La forme de sortie d'onde sinusoïdale simulée produit un état de sortie zéro pendant le cycle de changement de phase, ce qui entraîne un "écart" de puissance. Cet espace peut provoquer une coupure de courant pour les équipements dotés d'une alimentation PFC active lors du passage de la sortie d'alimentation CA à une sortie à onde sinusoïdale simulée (mode batterie).

Les deux explications ne sont pas nécessairement incompatibles. chacun pourrait s'appliquer dans des circonstances spécifiques. Mais pour les deux explications, il existe un accord sur trois points importants:

  • Une combinaison spécifique d'équipement et d'onduleur peut ou non avoir un problème. Différents modèles d'ASI produisent différentes formes d'onde simulées, différentes alimentations ont une sensibilité différente à la forme de la forme d'onde, différentes configurations d'équipement ont une charge électrique différente de la capacité de l'ASI, etc.

  • Si le matériel informatique n'utilise pas d'alimentation Active PFC, l'utilisation d'un onduleur à onde sinusoïdale modifiée n'est pas un problème (et l'utilisation d'un onduleur à onde sinusoïdale pure n'est pas un avantage).

  • L'utilisation d'un onduleur à onde sinusoïdale modifiée avec une alimentation PFC n'entraînera pas de dommages physiques à l'onduleur ou à l'alimentation, mais une défaillance potentielle de l'onduleur pour maintenir l'équipement sous tension lorsqu'il est supposé le faire. ** (voir avertissement ci-dessous)


Caveat:  Cette réponse se concentre sur le matériel informatique et non sur les autres périphériques pouvant également être alimentés par l'onduleur. J'ai vu des rapports occasionnels de puissance non sinusoïdale incompatibles avec certains autres appareils. Par exemple, la réponse de kinokijuf mentionne le rétroéclairage fluorescent sur un moniteur LCD dont les problèmes seraient dus à une onde sinusoïdale simulée. Mon dernier point concernant la sécurité des équipements n’a pas pour but d’aborder d’autres appareils connectés. 


23
2018-05-09 17:35



+1: C'est une idée très intéressante. Nous avons un ordinateur au bureau qui ne restera pas en panne pendant une panne de courant. Nous avons eu deux UPS différents, dont le premier a été déplacé sur un autre ordinateur, et les deux ont fait plusieurs pannes de courant. Avant de remplacer ce premier onduleur, j'ai écrit un petit programme Arduino qui surveillerait l’état de l’alimentation: si l’alimentation était suffisamment longue pour redémarrer l’Arduino, je pourrais dire en fonction de la sortie série. Il n'a jamais redémarré, même lorsque le PC l'a fait. Conclusion: Ce PC n'aime pas non plus les onduleurs. - Warren Young
@WarrenYoung Un site de revue que j'ai vu lié de temps en temps a fait des tests PFC / UPS sinusoïdaux modifiés actifs. IIRC Le résultat normal était que la charge maximale que le bloc d'alimentation pouvait supporter était inférieure à ce que l'UPS ou l'UPS devraient être en mesure de faire. Je ne me souviens pas si c'était le bloc d'alimentation, l'onduleur ou les deux qui ont été dé-évalués; Si c'était l'onduleur, vous pourriez être en mesure de récupérer ce PC en utilisant une sauvegarde plus puissante. J'irais sans doute juste pour remplacer l'alimentation électrique du PC plutôt que de faire face à d'éventuels maux de tête le long d'une ligne de configuration non standard. - Dan Neely


Les alimentations à découpage de la plupart des équipements informatiques ont une grande tolérance au bruit dans le courant alternatif, ce qui signifie qu’elles doivent fonctionner correctement à partir d’un onduleur "sinus modifié", mais qu’elles risquent de surchauffer.

Cependant, il pourrait causer du tort dans les appareils plus complexes qui fonctionnent directement à partir du courant alternatif et dépendent de la tension secteur, tels que:

  • alimentations non régulées et à régulation linéaire
  • charges inductives telles que les moteurs
  • équipement audio
  • Lumières fluorescentes  tel que celui dans ce garsMoniteur LCD
  • ...(ajouter plus d'exemples)

Une règle de base est que si votre appareil dispose d'un adaptateur d'alimentation "100-240V" séparé, cela devrait convenir à un onduleur à sinus modifié.


11
2018-05-09 12:46



En parlant de moniteurs, je n’allais pas non plus alimenter un CRT. Mieux vaut probablement faire attention aux moniteurs en général. - Random832


C'est un peu anecdotique, mais certaines alimentations du serveur ne démarrent pas lorsqu'elles sont alimentées par une alimentation à onde carrée modifiée..

L'endroit où je travaille dispose d'un équipement de serveur monté sur un camion et d'un onduleur à onde carrée modifiée. Les alimentations du serveur devaient faire l’objet de tests spécifiques début sur courant alternatif à courant carré modifié. Certains systèmes hors-shell (quelques boîtiers Dell) ne démarreront pas s’ils sont exécutés à partir de l’onduleur.

Notez qu'ils vont courir sur une entrée à onde carrée modifiée, mais ne le fera pas début. En d'autres termes, si le serveur est commuté sur la sortie de l'onduleur en cours d'exécution, c'est bien, mais vous ne pouvez pas le démarrer à partir de la sortie de l'onduleur / de l'onduleur.

Cela peut être ou ne pas être un problème, selon le cas d'utilisation attendu.


6
2018-05-10 01:28





Si vous utilisez des cordons d'alimentation pour répartir l'alimentation de l'onduleur dans une grande pièce, tout effet autre qu'une onde sinusoïdale pure peut en réalité être plus grave en raison des effets d'impédance le long du câble d'alimentation. J'ai appris cet effet dans une usine où nous utilisions essentiellement des contrôleurs de moteur à fréquence variable à onde sinusoïdale pure sur de longs câbles, car trop de distorsion sur un long câble pouvait brûler un moteur. Tous les UPS que j'ai vus semblent être des sinusoïdes pures.

Les bandes de protection contre les surtensions ou la protection contre les surtensions intégrées à l'équipement peuvent constituer un problème pour un onduleur qui n'est pas au moins proche d'une onde sinusoïdale pure. Étant donné que je voulais une alimentation de secours pour l’ordinateur, la télévision, les caméras de sécurité, etc. dans la même pièce, c’était plus une question de sécurité que de payer une unité à onde sinusoïdale pure. Je n'ai pas besoin de m'inquiéter si quelque chose peut surchauffer. En fait, une veilleuse avec ampoule intégrée a surchauffé et fondu lorsqu'il est branché sur l'onduleur le moins cher que j'ai jamais eu. Fondu un plongeon dans le boîtier de l'onduleur et avait été beaucoup plus lumineux avant de brûler. Je crois qu'il utilisait un condensateur pour fournir une résistance définie à 60 Hz, mais les harmoniques de l'onduleur provoquaient une résistance moins apparente, de sorte qu'une trop grande quantité d'énergie passait par le condensateur.


1
2018-02-11 00:19



Vous voudrez peut-être fournir des suggestions à l’intervenant d’origine afin de les orienter dans la bonne direction pour leur solution ou leur poser des questions pour qu’ils puissent trouver ce qui leur convient. - Abraxas