Types d’alimentation électrique et leurs applications
L’alimentation électrique est un dispositif utilisé pour fournir l’énergie électrique pour faire fonctionner les appareils fonctionnant à l’énergie électrique. Elle a de nombreuses façons particulières de fournir de l’énergie électrique à un système spécifique « elle est la mère du système » ( Brown, 2001, p.1 ).
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La fonctionnalité de base de l’alimentation électrique est de convertir la tension de courant alternatif en tension de courant continu régulée requise par les appareils électroniques. Une alimentation typique comporte quatre modules différents dont chacun a une fonction spécifique.
(Source : http://www.kpsec.freeuk.com/powersup.htm)
Le transformateur est le premier module et sa fonction est de convertir un courant alternatif à haute tension en courant continu à basse tension. Le deuxième module est le redresseur et sa fonction principale est de convertir le courant alternatif basse tension en courant continu. Le troisième module est le lissage, le courant continu produit par le redresseur varie, le lissage réduit cette variation à une petite ondulation. Le dernier module est le régulateur, il règle la tension du courant continu à une valeur fixe en supprimant les ondulations. Ceci est une conception de base de l’alimentation électrique. La conception peut être énorme et compliquée en fonction des besoins.
Cet essai présentera les quatre principaux types d’alimentation qui sont les régulateurs linéaires et l’alimentation à découpage, l’alimentation programmable, l’alimentation sans coupure.
Le premier type d’alimentation est les alimentations à régulation linéaire. Elles constituent le type d’alimentation de base. elles produisent la tension de sortie régulée en abaissant la tension d’entrée. Pour y parvenir, elle s’appuie sur la conductivité variable d’un dispositif électronique. D’où une grande quantité d’énergie gaspillée sous forme de chaleur. « il s’agit cependant d’une alimentation électriquement très silencieuse » (Brown, 2001, p.11). elles sont souvent utilisées dans les équipements au sol et les systèmes d’alimentation distribués.
Les alimentations régulées linéaires fonctionnent en convertissant une entrée de courant alternatif variable en une sortie de courant continu régulée. Le circuit typique utilisé dans ce type a deux gammes. L’une permet plus de tension à un courant plus faible et l’autre permet plus de courant à une tension plus faible.
Les alimentations régulées linéaires se présentent sous deux formes de base appelées régulateurs en série et régulateurs en dérivation. Les alimentations régulées en série sont la forme la plus courante d’alimentation régulée linéaire. La puissance dissipée dans un dispositif régulé en série est le produit du courant de sortie de l’alimentation et de la chute de tension. Les alimentations régulées shunt sont la forme la plus simple d’alimentation régulée linéaire, mais elles sont moins efficaces.
La simplicité est le principal avantage des alimentations régulées linéaires. Elles sont largement utilisées dans l’industrie depuis longtemps. Elles sont utilisées dans les systèmes qui nécessitent un bruit extrêmement faible. Elles sont plus adaptées et plus rentables pour les applications à faible puissance. Elles sont utilisées dans les applications au sol et les systèmes d’alimentation distribués. Puisque l’alimentation linéaire régulée a une très faible ondulation de la tension de sortie, elle est utilisée dans les applications à faible bruit / faible ondulation telles que les appareils de communication et de radio où le bruit est très critique. Elle est plus efficace dans l’application dont la tension de sortie est presque égale à la tension d’entrée.
Le deuxième type d’alimentation est le mode de commutation (SMPS). Il fonctionne en mode ON-OFF. Il utilise des circuits de commutation et des éléments de stockage d’énergie tels que des condensateurs et des inductances pour obtenir la tension de sortie régulée. « Ces circuits sont idéalement sans perte avec un transfert d’énergie de 100% » (Johnny, 2006, p.1).
Le principal avantage de l’alimentation à découpage est le rendement plus élevé en raison de la faible dissipation de puissance. Il est plus simple et léger en raison de l’élimination des lourds transformateurs basse fréquence et génère peu de chaleur. Elle est utilisée dans les produits domestiques qui ont souvent des entrées universelles. Les téléphones mobiles ont changé leur technologie d’alimentation, passant d’une régulation linéaire à une technologie à découpage. Elle est largement utilisée dans l’alimentation électrique des avions comme le support au sol des avions.
Le troisième type d’alimentation est l’alimentation programmable. Elle fournit l’alimentation par le biais d’une interface informatique. Elle dépend généralement des technologies linéaires régulées et à découpage pour produire une puissance de sortie précise. Une alimentation programmable se compose généralement d’un microcontrôleur, de circuits de programmation de courant, de tension tels que des convertisseurs analogiques-numériques, d’une interface périphérique série, d’un clavier et d’un écran LCD.
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Le paramètre de tension désiré est donné comme entrée au microcontrôleur par le biais du clavier. En interne, le microcontrôleur convertit la tension analogique d’une source de tension en numérique par le biais d’un convertisseur analogique-numérique. Cette tension numérique est régulée par l’interface périphérique série pour obtenir la tension désirée qui est entrée dans le microcontrôleur par le clavier.
Le principal avantage de l’alimentation programmable est que la tension requise précise peut être produite, ce qui n’est pas possible avec une alimentation régulée linéaire ou en mode de commutation. Elle est principalement utilisée dans les tests d’équipements automatisés. Ils sont également utilisés dans les outils de mesure des vibrations par ultrasons.
Le dernier type d’alimentation est l’alimentation ininterrompue. Elle est largement connue sous le nom d’UPS ou de power back up. Il est largement utilisé comme alimentation de secours pour protéger les appareils contre les pannes dues à une perte soudaine d’alimentation.
Il existe trois grandes catégories d’alimentation ininterrompue, offline -standby, online et line-interactive.
La première catégorie est l’alimentation ininterrompue offline /standby. Elle fournit une protection contre les surtensions et une batterie de secours jusqu’à 20 minutes. Lorsque l’alimentation d’entrée tombe en dessous du niveau seuil, alors l’alimentation sans coupure allume son circuit d’alimentation fournissant une sauvegarde d’alimentation à l’appareil jusqu’à un certain temps (Dans ce type 20 minutes).
L’alimentation sans coupure en ligne-interactive est la deuxième catégorie. Elle n’utilise généralement qu’un seul convertisseur de puissance principal pour générer le courant. « Avec son faible coût et sa durabilité, l’onduleur interactif en ligne a été utilisé avec succès dans des millions d’installations informatiques dans le monde » (Hoff et Samstad , 2004) . Le temps de protection typique varie entre 5 minutes et 30 minutes.
La dernière catégorie est Online, le fonctionnement de l’alimentation sans coupure Online est très similaire au type Standby ou Line-Interactive. Le temps de protection typique varie entre 5 minutes et 30 minutes. Mais, il fournit un pare-feu électrique entre l’alimentation électrique entrante et les équipements électroniques sensibles. L’objectif principal de l’alimentation sans coupure est de protéger les appareils contre les pannes dues à une perte soudaine de puissance. Certaines alimentations sans coupure sont également capables de corriger les problèmes courants d’alimentation électrique tels que la perte totale de la tension d’entrée, l’augmentation ou la diminution momentanée de la tension d’entrée, les pics de tension et le bruit. Elles sont principalement utilisées pour la protection contre les surtensions et l’alimentation de secours des ordinateurs, des centres de données et des équipements de télécommunication. Ils sont utilisés pour fournir l’isolation électrique pour les équipements qui sont sensibles aux fluctuations de puissance.
En conclusion, il existe diverses sources d’énergie utilisées pour fournir l’énergie aux systèmes de manière efficace et efficiente. Par exemple, l’énergie solaire et l’énergie éolienne sont converties en énergie électrique pour fournir l’énergie aux grandes applications industrielles. Les alimentations sont le cœur de tout système qui nécessite de l’énergie électrique. Elles ne fournissent pas seulement de l’énergie mais protègent également le système contre les perturbations extérieures. Par conséquent, les considérations relatives à la conception et au développement d’une alimentation électrique sont plus importantes. Comme la technologie se développe, des alimentations plus avancées sont inventées pour fournir la meilleure protection et une alimentation efficace aux appareils.