Types d’ASI

Les types d’ASI statiques sont définis par la norme CEI 62040 qui distingue les ASI fonctionnant en :

• attente passive (en anglais : passive stand-by, parfois aussi : off-line),
• interaction avec le réseau (en anglais : line-interactive),
• double conversion (en anglais : double conversion, parfois aussi : on-line).

Cette typologie fait intervenir le fonctionnement des ASI par rapport au réseau, terme qui recouvre en fait l’organisation de la distribution en amont de l’ASI.

La norme CEI 62040 définit la terminologie suivante pour le réseau :

• réseau source : réseau dont la puissance est normalement disponible de façon continue, habituellement fournie par une compagnie de distribution électrique, mais parfois par la propre station de production d’énergie de l’opérateur,
• réseau secours : réseau prévu pour remplacer le réseau source en cas de défaillance de celui-ci,
• réseau bypass : réseau dont la puissance est fournie à travers le bypass.

Pratiquement, une ASI dispose en général de deux entrées qui sont notées "Réseau 1" et "Réseau 2" dans la suite de ce chapitre.

• L’entrée Réseau 1 est alimentée par le réseau source, en pratique par un câble tiré depuis un départ du réseau amont de distribution publique ou privée.
• L’entrée Réseau 2 est alimentée par le réseau secours, en pratique par un câble tiré d’un départ du réseau amont distinct de celui alimentant l’entrée Réseau 1, ce départ pouvant être secouru (ex : groupe électrogène, autre ASI, etc.). Lorsqu’il n’existe pas de réseau secours disponible, l’entrée Réseau 2 est alimentée par le réseau source (dédoublement du câble de l’entrée Réseau 1). L’entrée Réseau 2 est aussi utilisée pour alimenter le circuit bypass de l’ASI lorsqu’il existe. Ainsi, le bypass sera alimenté par le réseau secours ou le réseau source, selon la disponibilité ou non d’un réseau secours.

ASI fonctionnant en attente passive (passive stand-by ou off-line)

Principe de fonctionnement

L’ASI intervient en parallèle et en secours du réseau (cf. Fig. N16).

Mode normal

La charge est alimentée par le réseau, via un filtre qui élimine certaines perturbations et peut réaliser une régulation de la tension (la norme parle de "dispositifs additionnels de conditionnement"). L’ASI est en attente passive.

Mode autonomie

Lorsque la tension alternative du réseau d’entrée est hors des tolérances spécifiées de l’ASI ou en cas de défaillance de ce réseau, l’onduleur et la batterie assurent la permanence de l’alimentation de la charge après un temps de permutation très court (< 10 ms). L’ASI continue à fonctionner sur batterie jusqu’à la durée d’autonomie de cette dernière ou au retour du réseau en tolérance, ce qui provoque le transfert de l’alimentation sur le réseau en mode normal.

Utilisation

Cette configuration résulte en fait d’un compromis entre un niveau acceptable de protection contre les perturbations et le coût correspondant. Elle n’est utilisable qu’avec de faibles puissances (< 2 kVA). D’autre part, fonctionnant sans véritable contacteur statique, elle fait intervenir un temps de basculement sur l’onduleur. Ce temps est acceptable pour certaines applications unitaires, mais incompatible avec les performances requises par des ensembles plus complexes et sensibles (gros centres informatiques, centraux téléphoniques, etc.). En outre, la fréquence de sortie n’est pas régulée et il n’y a pas de bypass.

Nota : en mode normal, la puissance de la charge ne transitant pas par l’onduleur, ce type d’ASI est parfois appelé "off-line". Ce terme est impropre, car il signifie aussi "non alimenté par le réseau" alors qu’en fait la charge est principalement alimentée par le réseau en mode normal. C’est pourquoi la norme CEI 62040 recommande de lui préférer "en attente passive".

ASI fonctionnant en interaction avec le réseau (line interactive)

Principe de fonctionnement

L’ASI intervient en parallèle et en secours du réseau mais assure aussi la charge de la batterie. Il interagit de ce fait avec le réseau par un fonctionnement réversible (cf. Fig. N17).

Mode normal

La charge est alimentée par le réseau conditionné constitué par le réseau en parallèle avec l’ASI. Cette ASI est en fonctionnement permanent afin de conditionner la puissance de sortie et/ou d’assurer la recharge de la batterie.

La fréquence de sortie est dépendante de la fréquence du réseau.

Mode autonomie

Lorsque la tension du réseau d’entrée est hors des tolérances spécifiées de l’ASI ou en cas de défaillance du réseau, l’onduleur et la batterie assurent la permanence de l’alimentation de la charge après un transfert sans coupure grâce à un contacteur statique. Ce dernier déconnecte également l’alimentation d’entrée pour éviter un retour d’alimentation depuis l’onduleur. L’ASI continue à fonctionner sur batterie jusqu’à la durée d’autonomie de cette dernière ou au retour du réseau en tolérance, ce qui provoque le transfert de l’alimentation sur le réseau en mode normal.

Mode bypass

Ce type d’ASI peut comporter un bypass. En cas de défaillance d’une des fonctions de l’ASI, l’alimentation de la charge peut être alors transférée sur l’entrée 2 via le bypass (alimentation par le réseau source ou secours selon l’installation).

Utilisation

Cette configuration est mal adaptée à la régulation de charge sensible en moyenne et forte puissance car ne permettant pas de régulation de la fréquence.

Elle reste de ce fait marginale dans le domaine des moyennes et fortes puissances.

ASI fonctionnant en double conversion (ou on-line)

Principe de fonctionnement

L’onduleur est inséré en série entre le réseau et l’application.

Mode normal

La puissance fournie à la charge transite par la chaîne convertisseur-chargeuronduleur qui réalise une double conversion allternatif-continu-alternatif, d’où la dénomination utilisée.

Mode autonomie

Lorsque la tension alternative du réseau d’entrée est hors des tolérances spécifiées de l’ASI ou en cas de défaillance de ce réseau, l’onduleur et la batterie assurent la permanence de l’alimentation de la charge, après un transfert sans coupure grâce à un contacteur statique. L’ASI continue à fonctionner sur batterie jusqu’à la durée d’autonomie de cette dernière ou au retour du réseau en tolérance, ce qui provoque le transfert de l’alimentation sur le réseau en mode normal.

Mode bypass

Ce type d’ASI comporte en général un bypass statique, le plus souvent appelé contacteur statique (cf. Fig. N18).

L’alimentation de la charge peut alors être transférée sans coupure sur l’entrée 2 via le bypass (alimentation par le réseau source ou le réseau secours selon l’installation) dans les cas suivants :

• défaillance de l’ASI,
• transitoire de courant de charge (courant d’appel ou d’élimination de défaut) ;
• pointes de charge.

Toutefois l’adjonction d’un bypass suppose des fréquences d’entrée et de sortie identiques et, si les niveaux de tension sont différents, un transformateur de bypass doit être prévu. Pour certaines charges, il faut synchroniser l’ASI avec le réseau d’alimentation du bypass pour maintenir la permanence de l’alimentation dans de bonnes conditions. Par ailleurs, en mode bypass une perturbation du réseau d’entrée peut se répercuter sur l’utilisation, puisque l’onduleur n’intervient plus.

Nota : une autre voie de bypass, appelée souvent bypass de maintenance, est prévue pour pouvoir réaliser la maintenance. Sa fermeture est commandée par un interrupteur manuel.

Utilisation

Dans cette configuration, il n’y a pas de temps de permutation lors des transferts de la charge sur onduleur du fait de la présence d’un contacteur statique. Cette configuration permet aussi à la tension et à la fréquence de sortie d’être indépendantes des conditions de la tension et de la fréquence d’entrée. Ceci permet à l’ASI, lorsqu’elle est conçue pour, de fonctionner en convertisseur de fréquence. C’est la principale configuration utilisée pour les moyennes et fortes puissances (à partir de 10 kVA). C’est celle qui sera envisagée dans la suite de ce chapitre.

Nota : ce type d’ASI est souvent appelé "on-line", signifiant que la charge est alimentée en permanence par l’onduleur indépendamment des conditions du réseau d’entrée. Ce terme est impropre, car il signifie aussi "sur réseau" alors qu’en fait la charge est alimentée par la chaîne de double conversion redresseur-chargeur-onduleur. C’est pourquoi la norme CEI 62040 recommande de lui préférer "double conversion".