Onduleur (UPS) et groupe électrogène

Lorsqu’un onduleur et un groupe électrogène sont utilisés ensemble, l’alimentation fournie par le groupe doit être compatible avec l’onduleur. Si la fréquence du groupe fluctue hors de la tolérance de l’onduleur, celui-ci repasse sur batterie ; lorsque l’autonomie batterie (par exemple 5 minutes) est épuisée, les charges s’arrêtent alors même que le groupe tourne.

Il ne suffit donc pas que l’onduleur et le groupe soient adaptés chacun de leur côté. L’onduleur (UPS) couvre la coupure en zéro seconde, mais son autonomie batterie est limitée. Le groupe électrogène fournit de l’énergie pendant des heures, mais met typiquement 10 à 15 secondes à prendre le relais. S’ils doivent fonctionner ensemble, le groupe doit être dimensionné en fonction de l’onduleur et les réglages doivent être accordés entre eux.

Comment fonctionne le système ?

1. Le réseau tombe. L’onduleur passe sur batterie sans délai.
2. L’inverseur de source (ATS) détecte la coupure et démarre le groupe.
3. Le groupe se stabilise en tension et en fréquence. L’ATS lui transfère la charge.
4. Le redresseur de l’onduleur passe progressivement sur l’alimentation du groupe. La recharge des batteries commence.
5. Au retour du réseau, l’ATS rend la charge au réseau. L’onduleur continue sans coupure.

Quelle autonomie batterie prévoir ?

En théorie, quelques secondes suffisent. En pratique, non. La première tentative de démarrage du groupe peut échouer ; le tableau de commande fait une deuxième, une troisième tentative. Si une alarme apparaît, il faut que quelqu’un intervienne. C’est pourquoi on retient généralement dans les projets une autonomie batterie de quelques minutes à 10–15 minutes. Pour les sites critiques, la durée visée est inscrite dans le cahier des charges du projet.

Quelle puissance de groupe pour un onduleur ?

Pour un groupe, l’onduleur n’est pas une charge ordinaire. Le calcul doit intégrer :

• La charge alimentée par l’onduleur.
• Les pertes de l’onduleur : rendement du redresseur et de l’onduleur.
• La puissance de recharge des batteries : après une coupure, pendant la recharge des batteries déchargées, la puissance d’entrée de l’onduleur augmente nettement. C’est le poste le plus souvent oublié.
• Les harmoniques : le redresseur absorbe un courant non linéaire. L’impédance de l’alternateur est plus élevée que celle du réseau. Le même courant harmonique provoque donc davantage de distorsion de tension sur le groupe.

Ratios approximatifs couramment admis selon le type de redresseur :

Type de redresseur de l’onduleur	Harmoniques de courant d’entrée (THDi, typique)	Groupe / puissance de l’onduleur (approximatif)
Redresseur IGBT (actif)	< 5 %	1,25–1,5 ×
Thyristors 12 pulses + filtre	~10 %	~1,5 ×
Thyristors 6 pulses, sans filtre	~25–35 %	2 × ou plus

Exemple : pour un onduleur de 200 kVA à redresseur IGBT, on envisage en présélection un groupe d’environ 250 à 300 kVA. Pour un ancien onduleur 6 pulses de même puissance, cette valeur peut monter à 400 kVA et au-delà. Ces ratios servent à la présélection ; la décision finale se prend avec les données des constructeurs de l’onduleur et du groupe. Les charges hors onduleur (climatisation, éclairage, pompes) s’ajoutent séparément ; voir quelle puissance de groupe électrogène et le calculateur de puissance.

Problèmes fréquents sur le terrain

Sur groupe, l’onduleur se réfugie sur batterie. Quand la charge est appliquée au groupe, la fréquence chute brièvement. Si la tolérance d’entrée de l’onduleur est réglée étroite, il considère cela comme un « mauvais réseau » et repasse sur batterie. Solution : élargir la tolérance de fréquence d’entrée et la fenêtre de synchronisation du bypass de l’onduleur pour les adapter au groupe, et utiliser un régulateur électronique de vitesse sur le groupe. C’est la cause la plus fréquente du scénario du début.

Toute la charge arrive d’un coup. Si le redresseur de l’onduleur prend la charge en une seule fois, le groupe subit un creux brutal de tension et de fréquence. Solution : faire prendre la charge au redresseur progressivement sur quelques secondes (walk-in / soft start). S’il y a plusieurs onduleurs, échelonner leurs mises en service à quelques secondes d’intervalle.

La tension varie à faible charge. Les filtres d’entrée de certains onduleurs produisent, à faible charge, de la puissance réactive capacitive (en avance). Les alternateurs n’acceptent qu’un fonctionnement limité sur charge capacitive ; l’AVR peut devenir instable. Solution : mettre les filtres en service avec la charge, vérifier la courbe de capacité de l’alternateur.

La forme d’onde de la tension est déformée. Avec des charges riches en harmoniques, le choix de l’alternateur compte. Une excitation à aimants permanents (PMG) ou un système d’excitation auxiliaire aide l’AVR à rester stable sur ces charges.

Essai : simulez la coupure

Un système onduleur–groupe ne se vérifie qu’avec une vraie coupure. Faire tourner le groupe à vide ou tester séparément les batteries de l’onduleur ne suffit pas. La méthode recommandée : à un moment adapté, ouvrir le disjoncteur réseau et suivre toute la chaîne de bout en bout. L’onduleur est-il passé sur batterie ? En combien de secondes l’ATS a-t-il basculé ? L’onduleur a-t-il accepté l’alimentation du groupe, ou est-il resté sur batterie ? Qu’est devenue la charge du groupe quand la recharge des batteries a commencé ? Le retransfert s’est-il bien passé au retour du réseau ? Si la réponse à l’une de ces questions est « on ne sait pas », le système n’a pas encore été testé. Pendant l’essai, il faut noter la tension, la fréquence et les journaux d’alarmes de l’onduleur.

Où rencontre-t-on ce cas ?

• Centres de données : onduleurs pour les serveurs, et généralement groupes redondants pour l’alimentation de longue durée.
• Hôpitaux : onduleurs pour les appareils médicaux et les systèmes d’information, groupe pour l’ensemble de l’établissement.
• Télécoms, banques, contrôle industriel et systèmes de sécurité.

Check-list

• Le type de redresseur de l’onduleur et son THDi d’entrée sont-ils connus ?
• La puissance de recharge des batteries a-t-elle été ajoutée au calcul du groupe ?
• L’autonomie batterie dépasse-t-elle largement le temps de prise de charge du groupe ?
• La tolérance de fréquence d’entrée et la fenêtre de bypass de l’onduleur sont-elles réglées ?
• La fonction walk-in du redresseur est-elle activée ?
• La mise en service de plusieurs onduleurs est-elle échelonnée ?
• Le facteur de puissance capacitif à faible charge a-t-il été vérifié ?
• Le système a-t-il été testé par une vraie coupure, disjoncteur réseau ouvert ?

Étape suivante

Onduleur et groupe s’associent en toute sécurité quand les données des deux côtés sont étudiées ensemble. Transmettez le modèle de votre onduleur et vos données de charge à l’équipe Terex Diesel ; déterminons ensemble la puissance de groupe adaptée : contactez-nous.