Un courant alternatif propre est omniprésent. Certains appareils électriques ont donc été conçus avec cette hypothèse de départ.
Appareils soucieux de la qualité de l'alimentation secteur
Un exemple classique d'appareil qui part de cette hypothèse est un amplificateur de puissance audio analogique conçu au début des années 1970 ou avant, ou une pièce plus moderne conçue dans le même sens. La régulation linéaire dégage trop de chaleur pour être pratique dans un tel dispositif. La technologie de régulation à commutation à faible bruit n’étant pas réellement disponible à l’époque, les amplis de cette époque ont été conçus avec une puissance fondamentalement non régulée pilotant directement les étages d’amplification. La puissance encrassée apparaît comme une partie du signal de sortie, en fonction du nombre de retours de l'amplificateur.¹ C'est l'une des deux causes principales du bourdonnement de ligne dans les anciens amplis.²
Un autre exemple de circuit dans lequel la qualité de l’énergie peut affecter le fonctionnement de l’appareil concerne un moteur à courant alternatif, tel qu’une perceuse électrique à fil , dans lequel la vitesse du moteur est directement fonction de la tension qui lui est appliquée. Une tension qui n'augmente pas et ne diminue pas progressivement provoquera des variations de vitesse. Les pas à la sortie d'une onde sinusoïdale modifiée se situent dans la région des centaines de Hz. Par conséquent, un onduleur à sinusoïdal modifié est susceptible de provoquer une modification du fonctionnement du moteur que vous pouvez réellement entendre.
Bien que je ne m'inquiète pas trop des conséquences d'une mauvaise qualité d'alimentation sur une perceuse électrique, il existe des dispositifs à moteur que je ne voudrais pas utiliser avec une UPS de mauvaise qualité, telle qu'une machine CPAP .
La question de savoir si l’un des équipements de votre rack SOHO tient à la qualité de la puissance de sortie de l’ASI dépend de la conception de l’alimentation de chaque composant.
Types d'alimentation
Les appareils à filtrage et régulation de l'alimentation puissants ne se soucient généralement pas des non-idéalités d'une onde sinusoïdale modifiée. Tout ce qui compte pour un tel appareil est qu’il reçoive une puissance efficace suffisante et que l’alimentation se situe dans les limites de tension d’entrée de l’appareil.³
Le type d’alimentation le plus couramment utilisé pour les appareils électroniques modernes est l’ alimentation à découpage . Les commutateurs font beaucoup plus de mal au pouvoir que de mettre quelques bosses sur la sinusoïde d'entrée, de sorte qu'ils doivent déjà avoir beaucoup de filtrage si le circuit de charge nécessite une alimentation propre.
L'autre type principal de régulation de l'alimentation est le régulateur linéaire , qui supprime généralement les bruits d'entrée et les ondulations basse fréquence de 80 à 100 dB. Cela signifie que les étapes de filtrage et de régulation produiront un peu de bosselure d'entrée comme un peu de 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. Si vous abaissez le bruit aussi loin, cela devient sans conséquence pour la plupart des circuits, ce qui explique pourquoi les régulateurs linéaires sont toujours utilisés, malgré leur inefficacité.
Cela laisse des sources d’alimentation non réglementées. Cela ressemble beaucoup aux cas de moteur à courant alternatif ci-dessus, sauf qu'un transformateur diminue la tension alternative, qui est ensuite généralement redressée et filtrée pour produire une tension continue irrégulière. Ce processus en trois étapes réduit considérablement le bruit côté alternatif. Il est donc possible que certains appareils soient construits avec l'hypothèse que le bruit et l' ondulation résultants à la sortie d'une telle alimentation sont relativement propres et risquent d'être gênés par la hachage en centaines de Hz sortant d'un onduleur à sinus modifié.
Oscillogrammes
Après que fix1234 a ajouté des images à sa réponse , j'ai pensé que le sine modifié ne pouvait pas être aussi grave, non? Je veux dire, ils vont utiliser plus de quatre étapes par cycle, non? Droite?
J'ai décidé de capturer les oscillogrammes de tous les UPS que j'ai ici pour 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 de ligne alternative non filtrée au lieu de test, avec la tension en fonction du temps à gauche et un tracé du spectre de la même forme d'onde à droite:
Le grand pic au bord gauche du tracé du spectre est le fondamental à 60 Hz . Les grands pics harmoniques que vous voyez montrent que ma puissance murale n’est pas très propre. Le plus grand est le 2e harmonique à 120 Hz au centre de la courbe, à 30 dB de la fondamentale, suivi par la 3e harmonique à 180 Hz au bord droit de la courbe. Ensuite, il y a ce pic mystère à 85 Hz, pour lequel je n'ai aucune explication.
C’est une distorsion suffisante pour apparaître dans l’oscillogramme de gauche: remarquez les pics quelque peu aplatis.
J'ai testé deux ou trois onduleurs à sinus vrai, qui étaient tous les deux assez chers. Leur sortie ressemble à ceci:
Vos yeux ne vous trompent pas: la sortie CA sur batterie de cet onduleur particulier est plus propre que mon alimentation murale! Cet onduleur fera fonctionner tout appareil électronique dans les limites de charge, car sa sortie sur batterie est aussi proche de la puissance murale idéale qu'aucune différence pratique ne peut en résulter.
Si un onduleur dure suffisamment longtemps, le coût des batteries de remplacement dépasse le coût initial. Par conséquent, si vous achetez des onduleurs de qualité, accordez plus d’attention au coût de fonctionnement de l’onduleur qu’au prix d’achat initial.
Un onduleur milieu de gamme du même fabricant coûte environ les de celui d’un onduleur à sinus véritable possédant les mêmes spécifications. Il sera probablement plus petit et plus léger aussi. La prise? Cette:
Bien que ce soit bien meilleur que le résultat auquel nous nous attendions de la part de 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 attaques en retour que vous voyez à chaque cycle peuvent gêner les circuits qui supposent que la tension d'entrée CA augmente ou diminue constamment.
Néanmoins, une alimentation bien filtrée et régulée supprimera tout cela, de sorte que de tels dispositifs fonctionneront parfaitement à partir de cet onduleur. Je n'ai jamais eu de problèmes avec les périphériques branchés sur cet UPS. Etant donné que c’est l’onduleur qui maintient les principaux composants de mon réseau domestique, je pense que j’aurais remarqué qu’ils redémarraient à chaque coupure de courant.
L'une des raisons pour lesquelles je ne donne pas les noms de marques et de modèles ici, c'est que ce n'est pas un très bon guide pour la qualité des sorties sur batterie. J'ai testé un proche parent de l'onduleur précédent et obtenu un résultat de test très différent:
Ceci est essentiellement la version réelle de la forme d'onde idéalisée présentée dans la réponse de fix1234. La réponse à ma question ci-dessus est alors "Oui, ils fabriquent vraiment des onduleurs avec une qualité de sortie aussi mauvaise."
Et oui, cela peut réellement compter 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 problème par le passé.
Nous avions un ordinateur de marque haut de gamme branché sur cet onduleur, et sur chaque coup de foudre, le PC - et seul le PC - redémarrait spontanément. Tout le reste connecté aux prises "batterie" resterait en place. C'était tellement bizarre que j'ai en fait écrit un programme Arduino à un moment donné pour me connecter pendant plusieurs semaines afin de détecter les coupures de courant. Cette petite carte est restée active pendant tout le temps, même lorsque le PC a redémarré. Nous avons finalement transféré cet onduleur sur un ancien et gros serveur, en espérant que la charge plus lourde causerait également le même symptôme, mais non: l’onduleur a maintenu ce serveur sous plusieurs coupures de courant.
La qualité de sortie de cet onduleur n'est pas au fond du baril. Êtes-vous assis? Voici un UPS bas de gamme de la même société qui a fabriqué les trois UPS ci-dessus:
Ow!
Vous voyez maintenant 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 périphériques branchés sur cet onduleur échouer en raison d’une panne de courant.
Conclusions
De nombreux appareils ne se soucient tout simplement pas beaucoup de la qualité de l'alimentation secteur. Un exemple extrême est une lampe de bureau à incandescence, mais tout appareil doté d'une alimentation bien régulée et bien filtrée doit prendre en charge une très mauvaise entrée CA.
Comme nous l’avons vu ci-dessus et dans d’autres réponses, il existe cependant des dispositifs qui ne résistent pas à une mauvaise alimentation. Pour ces cas, vous avez besoin d'un onduleur à sinus véritable.
Digressions:
Certaines conceptions d'amplificateurs ont très peu de retour négatif . Il s’agit là d’une question de religion dans les milieux audiophiles, les extrémistes réactionnaires estimant que les meilleurs amplificateurs n’ont pas ou peu de rétroaction.
L'autre cause majeure du bourdonnement de l'amplificateur est la boucle de masse .
C'est pourquoi vous voyez fréquemment des blocs d'alimentation marqués comme acceptant 90-260 VAC ou similaires. Si une telle alimentation consomme 200 VCA, elle consommera simplement la moitié du courant comme si elle recevait plutôt 100 VCA, ce qui lui permettrait de fournir la même puissance en watts au circuit alimenté. P = VI
Même les appareils qui ne s’intéressent guère à la consommation d’énergie doivent souvent filtrer les entrées d’alimentation afin de respecter les réglementations CEM .
À titre de comparaison avec le cas de la régulation linéaire, une alimentation non régulée typique pourrait réduire le bruit du côté alternatif d'environ 20 dB.
Les décibels sont une échelle logarithmique où chaque différence de 6 dB entre deux tensions est doublée ou divisée par deux. Ainsi, la réduction de bruit de 80 dB d'un régulateur linéaire n'est pas 4 fois supérieure à celle obtenue avec une alimentation typique non régulée: elle vaut environ 1 000 ×! La chute de 20 dB à 100 dB que vous obtenez avec un très bon régulateur linéaire signifie que la sortie est 10 000 fois plus silencieuse que l'entrée.
Supposons que vous décidiez d'acheter un onduleur à sinus véritable à 500 $, alors que vous pouvez obtenir un onduleur à sinus modifié de bonne qualité avec les mêmes spécifications de titre que 150 $. Une batterie UPS typique doit être remplacée tous les 3 ans environ, ce qui peut coûter entre 150 et 200 dollars US pour le modèle à sinusoïdal véritable. Cela équivaut à 50-66 $ / an × 12 ans 600 600-800 $, le coût de la batterie étant l'élément dominant dans le calcul du coût.
Les onduleurs haut de gamme ont généralement des batteries physiquement plus grandes pour un niveau de VA donné. Par conséquent, le coût de la batterie de remplacement pour une batterie d'onduleur dépend en partie du montant que vous avez payé pour l'onduleur à l'origine. Vous pouvez donc choisir d’acheter un onduleur bas de gamme par rapport aux graphiques ci-dessus car les coûts d’exploitation à long terme seraient trop élevés avec un onduleur haut de gamme.
