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

Le courant alternatif propre est omniprésent, de sorte que certains appareils électriques sont conçus en fonction de cette hypothèse de départ.

Les appareils qui se soucient de la qualité du courant alternatif

L'exemple classique d'un dispositif qui commence par une telle hypothèse est une amplificateur de puissance audio analogique conçu au début des années 1970 ou avant, ou une pièce plus moderne conçue selon les mêmes principes. La régulation linéaire dégage trop de chaleur pour être pratique dans un tel dispositif, la technologie de régulation à découpage à faible bruit n'était pas vraiment disponible à l'époque, et donc les amplificateurs de cette époque étaient conçus avec une puissance fondamentalement non régulée pilotant directement les étages d'amplification. La puissance sale apparaît comme une partie du signal de sortie, en fonction de la quantité de rétroaction de l'amplificateur.¹ C'est l'une des deux causes principales de la perte de puissance. ronflement de la ligne en anciens ampères.²

Un autre exemple de circuit où la qualité de l'alimentation peut affecter le fonctionnement d'un appareil est celui d'un moteur à courant alternatif, tel qu'un appareil de type perceuse électrique filaire où la vitesse du moteur est une fonction directe de la tension qui lui est appliquée. Une tension qui n'augmente et ne diminue pas de façon régulière entraîne des variations de vitesse. Les pas sur la sortie d'une onde sinusoïdale modifiée se situent dans la région des centaines de Hz, de sorte qu'une ASI sinusoïdale modifiée est susceptible de provoquer un changement dans la façon dont le moteur fonctionne que vous pouvez réellement entendre.

Si je ne m'inquiète pas trop des conséquences d'une mauvaise qualité de l'alimentation sur une perceuse électrique, il y a des appareils à moteur que je ne voudrais pas alimenter avec un onduleur de mauvaise qualité, comme par exemple une Machine CPAP .

Quant à la question de savoir si l'un des équipements de votre rack SOHO se soucie de la qualité de l'alimentation de l'onduleur, cela dépend de la conception de l'alimentation de chaque composant.

Types d'alimentation électrique

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

Le type d'alimentation le plus communément utilisé pour les appareils électroniques modernes est l'alimentation électrique. alimentation à découpage . Les commutateurs font des choses bien plus désagréables à l'alimentation que de mettre quelques 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 grand type 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 bruit d'entrée va sortir des étages de filtrage et de régulation sous la forme d'un peu de bruit parasite. J'ai essayé de trouver un exemple d'un appareil qui fonctionnerait mal à cause de ce flou, mais rien ne me vient à l'esprit. Lorsque vous poussez le bruit aussi loin, il devient sans conséquence pour la plupart des circuits, c'est pourquoi les régulateurs linéaires sont toujours utilisés, malgré leur inefficacité.

Il reste donc les alimentations non régulées. Cela ressemble beaucoup aux cas des moteurs à courant alternatif ci-dessus, sauf qu'un transformateur diminue la tension alternative, qui est alors généralement de l'ordre de 1,5 million d'euros. rectifié y filtré pour produire une tension continue irrégulière. Ce processus en trois étapes réduit considérablement le bruit côté courant alternatif, il est donc possible que certains dispositifs soient construits en supposant que le bruit et les vibrations qui en résultent ne soient pas trop élevés. ondulation sur la sortie d'une telle alimentation est assez propre, et serait gênée par le hachage de centaines de Hz provenant d'un onduleur à sinus modifié.

Oscillogrammes

Après fixer1234 a ajouté des images à sa réponse J'ai pensé que le sinus modifié ne pouvait pas vraiment être que mauvais, n'est-ce pas ? Je veux dire, ils vont utiliser plus de quatre étapes par cycle, non ? N'est-ce pas ?

J'ai décidé de capturer oscillogrammes de tous les UPS que j'ai ici pour la science ! Ils sont tous fabriqués par la même société, mais à des moments différents de la gamme de produits de cette société.

À titre de référence, voici à quoi ressemble la tension de ligne CA non filtrée à l'endroit du test, avec la tension en fonction du temps à gauche et une courbe de tension à droite. tracé du spectre de la même forme d'onde à droite :

Le grand pic à l'extrémité gauche du spectre est le résultat de l'analyse de l'échantillon. 60 Hz fondamental . Le grand pics harmoniques vous voyez montrer que mon alimentation murale ici n'est pas super propre. La plus grande est la 2ème harmonique à 120 Hz au milieu du graphique, 30 dB en dessous de la fondamentale, suivie de la 3ème harmonique à 180 Hz sur le bord droit du graphique. Ensuite, il y a ce pic mystérieux à 85 Hz, pour lequel je n'ai aucune explication.

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

J'ai testé plusieurs onduleurs à sinus vrai, tous 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 n'importe quel appareil électronique dans les limites de sa charge, car sa sortie sur batterie est aussi proche de l'alimentation murale idéale qu'elle ne l'est en pratique.

Si un onduleur dure assez longtemps, le coût des batteries de remplacement dépasse le coût initial. Si vous achetez des onduleurs de qualité, accordez donc plus d'attention à la coût de fonctionnement de l'onduleur que du prix d'achat initial.

Un onduleur de milieu de gamme du même fabricant coûte environ ⅓ de celui d'un onduleur de type true-sine avec les mêmes caractéristiques. Il sera probablement plus petit et plus léger, aussi. Le problème ? Ceci :

Bien que ce soit beaucoup mieux que le résultat auquel nous sommes amenés à nous attendre par le post de Fixer1234, ce n'est pas joli. Non seulement il y a beaucoup de bruit à large bande et de distorsion sur la sortie de cet onduleur, mais ces deux retours en arrière que vous voyez sur chaque cycle peuvent gêner les circuits qui supposent que la tension d'entrée CA augmente ou diminue toujours de façon régulière.

Néanmoins, une alimentation électrique bien filtrée et régulée éliminera tout cela, de sorte que ces appareils fonctionneront très bien avec cet onduleur. Je n'ai jamais eu de problèmes avec les appareils branchés sur cet onduleur. Puisque c'est l'onduleur qui maintient les composants centraux de mon réseau domestique, je pense que je remarquerais qu'ils redémarrent à chaque coupure de courant.

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

C'est en fait la version réelle de la forme d'onde idéalisée montrée dans la réponse de Fixer1234. La réponse à ma question ci-dessus est donc "Oui, ils font vraiment des onduleurs avec une qualité de sortie aussi mauvaise".

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

Nous avions un PC de marque haut de gamme branché sur cet onduleur, et à chaque coupure de courant, le PC - et l'onduleur - se mettait en marche. uniquement le PC - redémarrait spontanément. Tout le reste connecté aux prises de la "batterie" restait en marche. C'était tellement bizarre que j'ai écrit un Arduino à un moment donné pour enregistrer l'autonomie sur plusieurs semaines afin d'essayer de détecter les coupures de courant. Cette petite carte est restée allumée tout le temps, même lorsque le PC a redémarré. Nous avons finalement déplacé cet onduleur vers un vieux serveur, pensant que la charge plus importante provoquerait le même symptôme, mais non : l'onduleur a maintenu ce serveur en fonctionnement malgré plusieurs coupures de courant.

La qualité de sortie de cet onduleur n'est pas le dernier cri. Vous êtes assis ? Voici un onduleur bas de gamme de la même société qui a fabriqué les trois onduleurs ci-dessus :

Aïe !

Vous comprenez 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 appareils branchés sur cet onduleur ne pas survivre à une panne de courant.

Conclusions

De nombreux appareils ne se soucient tout simplement pas de la qualité du courant alternatif. Une lampe de bureau à incandescence en est un exemple extrême, mais tout appareil doté d'une alimentation bien régulée et bien filtrée devrait s'accommoder d'une entrée CA désagréable.

Comme nous l'avons vu ci-dessus et dans d'autres réponses, il existe cependant des appareils qui ne supportent pas une mauvaise alimentation d'entrée. Pour ces cas, vous avez besoin d'un onduleur à sinus vrai.

Digressions :

1. Certains modèles d'amplificateurs ont très peu de retour négatif . C'est une sorte de question religieuse dans les cercles audiophiles, avec les extrémistes réactionnaires qui croient que les meilleurs amplificateurs ont peu ou pas de rétroaction.

2. L'autre cause majeure du ronflement de l'amplificateur est le boucle de terre .

3. C'est pourquoi vous voyez souvent des blocs d'alimentation marqués comme acceptant 90-260 VAC ou similaire. Si un tel bloc d'alimentation reçoit 200 VCA, il consommera deux fois moins de courant que s'il recevait 100 VCA, ce qui lui permettra de fournir la même puissance au circuit alimenté. P=VI

4. Même les appareils qui ne se soucient pas beaucoup de l'énergie propre doivent souvent avoir filtrage de l'entrée d'alimentation afin d'atteindre EMC règlements.

5. A titre de comparaison avec le cas de la régulation linéaire, une alimentation non régulée typique pourrait réduire le bruit du côté CA d'environ 20 dB.

   Décibels sont un échelle logarithmique donde tous les 6 dB de différence entre deux tensions est un doublement ou une division par deux. Ainsi, la réduction du bruit de 80 dB d'un régulateur linéaire n'est pas 4 fois supérieure à celle de 20 dB que vous obtenez avec une alimentation non régulée typique, elle est environ 1 000 fois supérieure ! La baisse de 20 à 100 dB que vous obtenez avec une alimentation non régulée typique est de l'ordre de 1 000 fois supérieure. vraiment bien Un 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 sinus vrai pour 500 $, alors que vous pouvez obtenir un onduleur à sinus modifié de bonne qualité avec les mêmes caractéristiques pour 150 $. Une batterie d'onduleur typique doit être remplacée tous les 3 ans environ, ce qui peut coûter 150 à 200 $ pour le modèle à sinus vrai. Cela revient à 50-66 $/an × 12 ans ≈ 600-800 $, ce qui fait du coût de la batterie l'élément dominant du calcul des coûts.

   Les onduleurs haut de gamme ont tendance à avoir des batteries physiquement plus grandes pour un niveau de VA donné. Le coût de remplacement d'une batterie d'onduleur dépend donc en partie du prix d'achat initial de l'onduleur. Par conséquent, le coût de remplacement de la batterie d'un onduleur dépend en partie du prix d'achat initial de l'onduleur. Vous pouvez donc choisir d'acheter un onduleur de gamme inférieure, car le coût de fonctionnement à long terme serait trop élevé avec un onduleur de gamme supérieure.