Quel est le rôle de l'alimentation sans interruption ?

CONSEILS : Un onduleur protège les charges critiques contre les coupures de courant et les perturbations électriques. Un onduleur utilise l'énergie stockée, l'électronique de puissance et des fonctions de contrôle pour assurer la continuité de l'alimentation des charges. Un onduleur peut également améliorer la qualité de l'alimentation, en fonction de sa topologie et de sa configuration. A Système UPS peut contribuer à un arrêt en toute sécurité, au maintien du fonctionnement du groupe électrogène en cas de coupure de courant, à la régulation de la tension et à la fiabilité des infrastructures critiques.

Ⅰ. À quoi sert un onduleur ?

1. Réponse directe

Un onduleur assure l'alimentation des équipements électriques essentiels lorsque l'alimentation électrique normale est interrompue ou ne répond plus aux exigences requises.

Ses principales fonctions sont les suivantes :

• Fournir une alimentation de secours en cas de coupure de courant.
• Assurer la continuité de l'alimentation électrique des charges critiques.
• Prise en charge d'un arrêt contrôlé en cas de panne prolongée.
• Régulation de la tension dans les onduleurs équipés d'un système de régulation de tension.
• Amélioration de certaines caractéristiques de la qualité de l'énergie.
• Assurer la continuité entre une panne du réseau et le démarrage du groupe électrogène.
• Surveillance des conditions d'entrée, de sortie, de charge, de batterie et d'alarme.
• Prise en charge des architectures d'alimentation critique redondantes.

Le NIST définit un onduleur (UPS) comme un système fournissant une source d'alimentation de secours en cas de coupure de la source principale, tandis que l'IEEE décrit les systèmes UPS comme une infrastructure de protection de l'alimentation destinée à des applications telles que les centres de données, les hôpitaux, les systèmes de contrôle industriels et les télécommunications.

2. Ce qu'un onduleur ne fait pas

Un onduleur n'est pas une solution universelle à tous les problèmes électriques.

Il n'assure pas automatiquement une autonomie de secours illimitée. Il ne remplace pas un groupe électrogène en cas de coupures de courant de longue durée. Il ne remplace pas la mise à la terre, la liaison équipotentielle, la protection des circuits ni un système de protection contre les surtensions correctement coordonné.

La protection effective dépend de la topologie et de la configuration de l'onduleur.

Par exemple, un onduleur à double conversion en ligne alimente la charge via son onduleur pendant le fonctionnement normal. Un onduleur en veille alimente généralement la charge via le réseau électrique et bascule vers son onduleur lorsque cela est nécessaire.

Par conséquent, des affirmations telles que “ tous les onduleurs offrent un temps de transfert nul ” ou “ tous les onduleurs assurent le même traitement de l'alimentation ” sont techniquement incomplètes.

II. Comment fonctionne un onduleur ?

1. Architecture électrique de base

Une architecture simplifiée d'onduleur peut être représentée comme suit :

Entrée CA → Redresseur/chargeur → Bus CC → Onduleur → Charge CA

Un système de stockage d'énergie est raccordé au côté courant continu.

L'architecture exacte dépend de la topologie de l'onduleur.

L'IEEE considère le redresseur, le système de stockage d'énergie, l'onduleur et le contournement statique comme des éléments fondamentaux de nombreuses architectures d'onduleurs.

Cette architecture a pour objectif d'isoler la charge critique d'au moins certaines des perturbations pouvant survenir sur le réseau électrique normal.

2. Redresseur

Le redresseur transforme le courant alternatif d'entrée en courant continu.

Dans un onduleur à double conversion en ligne, le redresseur alimente normalement le bus CC en fonctionnement normal.

Le bus CC alimente ensuite l'onduleur.

Le redresseur peut également recharger la batterie via le système de charge de l'onduleur.

Les redresseurs des onduleurs modernes peuvent recourir à des techniques de correction du facteur de puissance afin d'améliorer les caractéristiques du courant d'entrée. Les performances réelles en entrée dépendent de la conception de l'onduleur.

3. Bus CC

Le bus CC constitue la liaison électrique entre l'étage de conversion d'entrée, le système de stockage d'énergie et l'onduleur.

En fonctionnement normal, l'énergie provient du réseau électrique, passe par le redresseur pour atteindre le bus CC, puis l'onduleur.

En cas de coupure de courant, l'énergie stockée dans les batteries alimente le bus CC.

Cela permet à l'onduleur de continuer à fournir du courant alternatif à la charge critique.

4. Batterie

La batterie stocke de l'énergie électrique qui sera utilisée en cas de coupure de courant.

Communs Batterie de l'onduleur Ces technologies comprennent notamment :

• Batterie au plomb-acide VRLA.
• Batterie au plomb à électrolyte liquide.
• Lithium-ion.
• Autres technologies de stockage spécifiques à certaines applications.

Le choix d'une batterie ne se limite pas à sa capacité nominale.

Les ingénieurs doivent tenir compte des éléments suivants :

• Autonomie requise.
• Caractéristiques de décharge.
• Température ambiante.
• Mode de facturation.
• Gestion de la batterie.
• Conditions d'installation.
• Exigences en matière d'entretien.
• Durée de vie prévue.
• Stratégie de remplacement.
• Exigences de sécurité.

Les batteries lithium-ion présentent des avantages en termes de densité énergétique, d'encombrement, de durée de vie et de caractéristiques de charge, mais les batteries VRLA restent d'actualité pour de nombreuses applications d'onduleurs. Eaton souligne que ces deux technologies continuent de répondre à des besoins différents selon les applications.

5. Onduleur

L'onduleur transforme le courant continu en courant alternatif.

Dans le cas d'un onduleur à double conversion connecté au réseau, l'onduleur constitue la source d'alimentation normale de la charge critique.

Ses performances ont une incidence sur :

• Tension de sortie.
• Fréquence de sortie.
• Qualité de la forme d'onde.
• Distorsion harmonique.
• Réponse dynamique.
• Compatibilité des charges.

Un onduleur de haute qualité est particulièrement important pour les charges électroniques et industrielles sensibles.

Cependant, l'expression “ onde sinusoïdale pure ” ne suffit pas à elle seule à décrire pleinement les performances d'un onduleur. Les ingénieurs doivent également évaluer la régulation de la tension de sortie, le taux de distorsion harmonique (THD), la réponse dynamique, la capacité de surcharge et la compatibilité avec la charge connectée.

6. Dérivation statique

Un bypass statique offre un circuit d'alimentation alternatif contournant le système de conversion principal de l'onduleur.

Il peut être utilisé dans certaines situations :

• Conditions de surcharge.
• Défauts de l'onduleur.
• Opérations de maintenance.
• Conditions de fonctionnement anormales.

Le circuit de dérivation est important pour la disponibilité, mais il ne faut pas le confondre avec l'alimentation de secours par batterie.

Lorsque la charge est en dérivation, les caractéristiques électriques dépendent de la source de dérivation et du réseau de distribution de l'installation.

Ⅲ. Que se passe-t-il en cas de coupure de courant ?

1. Fonctionnement normal

En fonctionnement normal, l'onduleur surveille l'alimentation électrique entrante.

En fonction de la topologie, le réseau peut alimenter directement la charge ou alimenter le système de conversion UPS.

Parallèlement, la batterie reste disponible en cas de coupure de courant.

Le système de contrôle peut surveiller :

• Tension d'entrée.
• Tension de sortie.
• Fréquence.
• Niveau de charge.
• Tension de la batterie.
• État de la batterie.
• Mode de fonctionnement.
• Température.
• Conditions de défaillance.

2. Perturbation de l'alimentation électrique

Lorsque la tension ou la fréquence d'entrée sort de la plage de fonctionnement de l'onduleur, le système de commande de celui-ci détermine la réponse appropriée.

La réponse dépend de la topologie.

Un onduleur en mode veille transfère normalement la charge vers l'onduleur.

Un onduleur de type « line-interactive » peut recourir à une régulation de tension avant de faire appel à la batterie.

Un onduleur à double conversion en ligne alimente déjà la charge via son onduleur en fonctionnement normal.

C'est pourquoi l'expression “ temps de transfert ” doit être utilisée en fonction du contexte.

Eaton définit le temps de transfert comme le temps nécessaire à un onduleur pour basculer une charge sur l'alimentation par batterie, tandis que les architectures « en ligne » se distinguent fondamentalement par le fait que l'onduleur prend déjà en charge la charge en fonctionnement normal.

3. Fonctionnement sur batterie

En cas de coupure de courant, la batterie fournit de l'énergie en courant continu.

L'onduleur transforme cette énergie en courant alternatif.

La durée d'exécution disponible dépend des éléments suivants :

• Puissance de charge réelle.
• Capacité de la batterie.
• Tension de la batterie.
• Rendement de l'onduleur.
• État de la batterie.
• Température.
• Caractéristiques de décharge.
• Tension de fin de décharge.
• Vieillissement de la batterie.

Par conséquent, la capacité en Ah de la batterie ne suffit pas à elle seule à fournir une estimation fiable de l'autonomie.

4. Rétablissement des services publics

Dès que l'alimentation secteur redevient acceptable, l'onduleur revient au mode de fonctionnement normal correspondant.

Le chargeur de batterie reconstitue ensuite l'énergie consommée pendant la coupure de courant.

Des pannes répétées peuvent entraîner un problème opérationnel majeur.

Si le temps de recharge de la batterie est insuffisant entre deux coupures de courant, le deuxième événement peut se produire avec une capacité disponible réduite capacité de la batterie.

Ⅳ. Contre quels problèmes d'alimentation un onduleur peut-il protéger ?

1. Coupures de courant

Sa fonction principale consiste à assurer la continuité de l'alimentation en cas de coupure du réseau électrique.

Sans alimentation de secours, une coupure soudaine peut entraîner :

• Arrêt du serveur.
• Interruption du réseau.
• Réinitialisation de l'automate programmable.
• Corruption des données.
• Interruption de la production.
• Problème de communication.
• Perte des modifications non enregistrées.

Un onduleur fournit de l'énergie stockée afin que les équipements critiques puissent continuer à fonctionner ou s'arrêter de manière contrôlée.

Eaton considère la continuité de l'alimentation et l'arrêt du système comme les fonctions essentielles d'un onduleur.

2. Chutes de tension

Une chute de tension est une baisse temporaire de la tension.

En fonction des caractéristiques de la charge, de l'amplitude de l'affaissement et de sa durée, une charge sensible peut présenter un dysfonctionnement ou s'arrêter.

Un onduleur de type « line-interactive » peut corriger certaines variations de tension grâce à une régulation automatique de la tension.

Un onduleur à double conversion en ligne permet un contrôle plus précis de la tension de sortie, car la charge est alimentée par l'onduleur.

3. Surtension

Une surtension peut accroître les contraintes électriques subies par les équipements raccordés.

Un onduleur doté de fonctions adéquates de régulation de tension et de protection peut atténuer les effets de certaines anomalies de tension.

Toutefois, la plage de protection exacte doit être consultée dans les caractéristiques techniques de l'onduleur.

4. Surtensions et transitoires

Les surtensions et les phénomènes transitoires peuvent avoir pour origine :

• Changement de fournisseur d'énergie.
• Commutation de charges importantes.
• Conditions de défaillance.
• Phénomènes liés à la foudre.
• Perturbations électriques internes.

Les équipements UPS peuvent intégrer des fonctions de protection contre les surtensions et de filtrage.

Toutefois, un onduleur ne doit pas être considéré comme un système complet de protection contre la foudre.

Une installation correctement conçue peut nécessiter une protection coordonnée par des dispositifs de protection contre les surtensions (SPD), une mise à la terre, une liaison équipotentielle et une protection en amont.

5. Variations de fréquence

Les équipements sensibles à la fréquence peuvent être affectés lorsque la tension d'alimentation sort de la plage autorisée.

Un onduleur connecté à Internet peut réguler la fréquence de sortie via son onduleur, en fonction du mode de fonctionnement et de sa conception.

Cette fonctionnalité distingue la technologie des onduleurs des équipements conçus uniquement pour réguler la tension.

6. Bruit électrique

Certains onduleurs permettent d'atténuer certaines formes de parasites électriques.

Parmi les sources possibles, on peut citer :

• Alimentations à découpage.
• Moteurs.
• Variateurs de fréquence.
• Équipements industriels.
• Interférences électromagnétiques.

Le niveau de filtrage dépend de la topologie et du système de filtrage.

Par conséquent, les ingénieurs devraient éviter d'affirmer que tous les onduleurs éliminent l'ensemble des parasites électriques.

Ⅴ. Explication des topologies des onduleurs

1. Pourquoi la topologie de l'onduleur est-elle importante ?

La topologie de l'onduleur détermine le chemin d'alimentation normal et la réponse aux perturbations.

Les trois architectures dont on parle le plus souvent sont les suivantes :

• Onduleur en veille ou hors ligne.
• Onduleur interactif.
• Onduleur à double conversion en ligne.

Les documents du DOE distinguent également les architectures d'onduleurs à l'aide de classifications basées sur la dépendance en tension, telles que VFD, VI et VFI.

2. Onduleur en veille ou hors ligne

Un onduleur en mode veille alimente normalement la charge via le réseau électrique.

L'onduleur reste opérationnel jusqu'à ce qu'une perturbation de l'alimentation électrique nécessite le passage en mode batterie.

En cas de coupure de courant, le système transfère la charge vers l'onduleur.

Cette architecture est couramment utilisée lorsque le coût et la protection de base contre les coupures de courant priment sur un conditionnement optimal de l'alimentation.

Parmi les applications courantes, on peut citer :

• Ordinateurs de bureau.
• Matériel de télétravail.
• Petits équipements réseau.
• Charges électroniques non critiques.

3. Onduleurs de type « line-interactive »

Un onduleur interactif maintient généralement une alimentation provenant du réseau tout en assurant des fonctions de régulation de tension.

La régulation automatique de la tension permet de corriger certaines variations de la tension d'entrée sans puiser en permanence dans l'énergie de la batterie.

Les systèmes interactifs s'avèrent donc utiles dans les environnements où des fluctuations de tension se produisent, mais où l'application ne nécessite pas l'architecture complète d'un onduleur en ligne.

Parmi les applications courantes, on peut citer :

• Équipements réseau.
• Petites salles de serveurs.
• Systèmes informatiques de bureau.
• Équipements de télécommunications.
• Systèmes de commande industriels sélectionnés.

4. Onduleur à double conversion en ligne

Un onduleur en ligne utilise une architecture à double conversion :

CA → CC → CA

Le redresseur transforme le courant alternatif d'entrée en courant continu.

L'onduleur transforme ensuite le courant continu en courant alternatif régulé.

La charge critique est normalement alimentée par l'onduleur.

Par conséquent, en cas de coupure du réseau électrique, la charge ne nécessite pas de transfert classique du réseau vers l'onduleur.

Cette architecture est largement envisagée pour des applications critiques telles que :

• Centres de données.
• Contrôle industriel.
• Infrastructures médicales.
• Télécommunications.
• Automatisation des processus.
• Systèmes informatiques critiques.

5. Comparaison des topologies d'onduleurs

Cette comparaison est de nature conceptuelle.

Les performances réelles doivent être vérifiées par rapport à la documentation technique du fabricant et aux normes applicables.

Ⅵ. Onduleur ou groupe électrogène : pourquoi ils fonctionnent ensemble

1. Différentes fonctions

Un onduleur et un groupe électrogène permettent de résoudre différents problèmes d'alimentation électrique.

L'onduleur assure une alimentation de secours rapide.

Le générateur fournit de l'énergie pendant une longue durée.

Un générateur a généralement besoin d'un certain temps pour démarrer et se stabiliser.

L'onduleur comble cet intervalle.

Cette architecture revêt une importance particulière pour les installations qui ne peuvent tolérer aucune interruption, mais qui n'ont pas besoin de fonctionner entièrement sur batterie pendant toute la durée d'une longue coupure de courant.

2. Architecture type

Une installation critique peut utiliser :

Réseau électrique → Onduleur → Charge critique

avec un générateur fournissant une source alternative en amont :

Réseau électrique / Générateur → Onduleur → Charge critique

Une séquence type se présente comme suit :

1. Coupure de courant.
2. L'onduleur détecte une anomalie.
3. L'énergie de la batterie alimente la charge critique.
4. Le générateur démarre.
5. Le générateur atteint des conditions de fonctionnement acceptables.
6. La distribution électrique de l'installation s'effectue conformément à sa conception.
7. UPS continue d'assurer la protection du chargement.

La séquence exacte dépend du système ATS, du groupe électrogène, de l'onduleur et de l'architecture de distribution de l'installation.

3. L'autonomie d'un onduleur n'est pas la même que celle d'un groupe électrogène

Les batteries des onduleurs sont souvent conçues en fonction de la durée d'autonomie requise plutôt que de la durée totale d'une longue coupure de courant.

Les recommandations d'Eaton concernant les onduleurs indiquent que de nombreux systèmes standard offrent une autonomie de batterie interne de courte durée, tandis que des modules de batterie supplémentaires permettent de prolonger l'autonomie si nécessaire.

La question technique devrait donc être la suivante :

Combien de temps de passage est-il nécessaire pour cette installation ?

plutôt que :

Combien d'heures l'autonomie de la batterie devrait-elle être ?

Ⅶ. Comment choisir la puissance d'un onduleur ?

1. Commencez par la charge

La première étape consiste à recenser toutes les charges qui doivent rester protégées.

Fiche :

• Tension.
• Phase.
• Actuel.
• kW.
• kVA.
• Facteur de puissance.
• Courant d'appel.
• Caractéristiques harmoniques.
• Profil d'exploitation.

2. Comprendre les notions de kW et de kVA

La puissance nominale des onduleurs est généralement exprimée en VA ou en kVA.

La relation entre la puissance apparente et la puissance réelle est la suivante :

kW = kVA × facteur de puissance

Par exemple :

Une charge de 100 kVA fonctionnant avec un facteur de puissance de 0,9 présente les caractéristiques suivantes :

100 × 0,9 = 90 kW

Toutefois, ce calcul ne suffit pas à lui seul à déterminer la puissance nominale correcte de l'onduleur.

L'ingénieur doit également tenir compte des éléments suivants :

• Capacité de l'onduleur en matière de facteur de puissance.
• Capacité de surcharge.
• Charges transitoires.
• Développement futur.
• Redondance.
• Température de fonctionnement.
• Configuration de la batterie.

3. Évitez de choisir des tailles trop grandes

Un très grand UPS n'est pas forcément un meilleur onduleur.

Un surdimensionnement peut entraîner :

• Faible taux d'utilisation des capacités.
• Coût d'investissement plus élevé.
• Fonctionnement moins efficace.
• Encore plus de capacités inutilisées.

Le DOE souligne notamment que le rendement des onduleurs varie en fonction de la charge et que les systèmes peu sollicités peuvent gaspiller une part importante de l'énergie fournie. Le DOE recommande également de prendre en compte ASI modulaire les architectures dans lesquelles les systèmes fonctionnent en deçà des conditions de conception ou pour lesquelles une croissance future est prévue.

4. Prévoir une croissance future

Un centre de données ou une usine en pleine expansion peut présenter une charge future nettement supérieure à sa charge actuelle.

Les ingénieurs peuvent envisager :

• Onduleur modulaire.
• Systèmes d'onduleurs en parallèle.
• Redondance N+1.
• Systèmes de batteries extensibles.
• Modules de puissance supplémentaires.

Une architecture modulaire permet d'adapter la capacité à l'évolution de la charge.

Ⅷ. Comment calcule-t-on l'autonomie d'un onduleur ?

1. Énergie de base de la batterie

Voici un calcul théorique simplifié :

Énergie de la batterie ≈ Tension de la batterie × Capacité de la batterie

Par exemple, un parc de batteries d'une tension nominale de 240 V et d'une capacité nominale de 100 Ah présente les caractéristiques suivantes :

240 × 100 = 24 000 Wh

ou, en gros :

24 kWh d'énergie stockée nominale

Cela ne signifie toutefois pas que 24 kWh sont disponibles au niveau de la charge CA.

2. Durée de fonctionnement réelle

Voici une estimation simplifiée :

Autonomie ≈ Énergie disponible de la batterie × Rendement de l'onduleur ÷ Puissance de charge

Le résultat n'est qu'une approximation technique.

La durée d'exécution réelle dépend des facteurs suivants :

• Taux de décharge de la batterie.
• Température de la batterie.
• Âge de la batterie.
• Composition chimique des batteries.
• Rendement de l'onduleur.
• Tension de coupure en courant continu.
• Caractéristiques de charge.
• Configuration de la batterie.

Par conséquent, les courbes de fonctionnement fournies par le fabricant doivent être utilisées pour la conception finale.

3. Exemple

Supposons que :

• Capacité nominale de la batterie : 24 kWh.
• Fraction utilisable estimée : 80%.
• Rendement de conversion de l'onduleur : 90%.
• Puissance : 10 kW.

On obtient ainsi une estimation simplifiée :

24 × 0,80 × 0,90 ÷ 10 = 1,728 heure

Il ne s'agit pas d'une durée d'exécution garantie.

Le résultat réel peut varier, car la capacité de la batterie ne constitue pas une réserve d'énergie fixe dans toutes les conditions de décharge.

Cet exemple illustre la méthode de calcul plutôt que de fournir une valeur de performance universelle.

Ⅸ. Rendement et consommation énergétique des onduleurs

1. Le rendement dépend des conditions d'exploitation

Le rendement de l'onduleur varie en fonction des conditions de fonctionnement.

Parmi les facteurs importants, on peut citer :

• Pourcentage de charge.
• Mode de fonctionnement.
• Conditions d'entrée.
• Facteur de puissance.
• Conception du convertisseur.
• Exigences en matière de refroidissement.

Le DOE précise explicitement que le rendement des onduleurs varie en fonction de la charge et que les systèmes fonctionnant à faible charge peuvent perdre une part importante de l'énergie d'entrée sous forme de pertes au niveau de l'onduleur.

2. Pourquoi le fonctionnement à charge partielle est-il important ?

Imaginons un site qui installe une capacité d'onduleur nettement supérieure à ses besoins actuels.

L'onduleur peut fonctionner pendant des années à un faible pourcentage de sa puissance nominale.

Selon la conception de l'onduleur, cela peut réduire son rendement.

Par conséquent, Sélection de l'ASI requires a balance between:

• Current load.
• Future growth.
• Efficiency.
• Redondance.
• Capital cost.
• Maintenance strategy.

3. ASI modulaire

Modular UPS systems can address this challenge.

Capacity can be deployed in modules instead of installing the entire future capacity on day one.

This approach can improve capacity utilization and simplify expansion.

DOE specifically identifies modular UPS as an option for applications with future growth or sustained operation below design capacity.

Ⅹ. UPS vs Voltage Stabilizer

1. Fundamental Difference

A UPS primarily provides power continuity and stored-energy backup.

A stabilisateur de tension primarily provides régulation de la tension.

Une tension stabilisateur normally cannot provide battery-backed power during a blackout.

A UPS may provide voltage regulation, but the capability depends on its topology.

2. Engineering Comparison

The distinction is important in industrial facilities.

A site with severe voltage fluctuation but reliable utility continuity may need voltage regulation.

A site with frequent outages may need a UPS.

A site with both problems may need coordinated power-protection equipment.

BKPOWER already maintains separate technical content covering UPS and voltage-stabilizer differences.

Ⅺ. Where Are UPS Systems Used?

1. Centres de données

Data centers use UPS systems to protect critical IT and infrastructure loads.

Typical protected equipment includes:

• Servers.
• Storage.
• Network switches.
• Security systems.
• Control systems.
• Critical monitoring equipment.

A UPS can also bridge the interval between utility failure and generator availability.

For high-availability facilities, UPS systems may form part of N+1 or other redundant power architectures.

2. Industrial Automation

Industrial automation can be sensitive to short power disturbances.

Typical loads include:

• PLCs.
• SCADA systems.
• Industrial PCs.
• Sensors.
• Control networks.
• Instrumentation.
• Process-control systems.

Depending on load characteristics, a short interruption can cause a controller reset or process interruption.

The economic impact may be much greater than the energy cost of the outage itself.

3. Healthcare

Healthcare facilities contain electrical loads with different levels of criticality.

UPS systems may support selected:

• Medical electronics.
• IT systems.
• Monitoring equipment.
• Communication systems.
• Control equipment.

The actual UPS design must comply with the electrical and safety requirements applicable to the installation.

UL Solutions identifies healthcare, data centers, server rooms, telecommunications, and financial institutions among UPS application areas.

4. Télécommunications

Telecommunication systems depend on high availability.

UPS systems can protect:

• Équipements réseau.
• Communication equipment.
• Data transmission systems.
• Control systems.

Battery autonomy and surveillance à distance are particularly important for distributed facilities.

5. Finance and Enterprise IT

Financial institutions and enterprise IT systems can be highly sensitive to power interruption.

A UPS can support:

• Servers.
• Network infrastructure.
• Storage.
• Communication systems.
• Transaction systems.

The required architecture depends on the criticality of the application.

Ⅻ. How to Choose the Right UPS

1. Define the Critical Load

Do not start by choosing a UPS model.

Start by identifying the equipment that actually needs protection.

Classify loads into:

• Critical.
• Important.
• Non-critical.

This can prevent unnecessary UPS capacity.

2. Determine Electrical Requirements

Collect:

• Tension d'entrée.
• Tension de sortie.
• Phase configuration.
• Fréquence.
• kW.
• kVA.
• Facteur de puissance.
• Courant d'appel.
• Caractéristiques harmoniques.

3. Select the Topology

This is a starting framework.

The final selection must consider the actual electrical and operational requirements.

4. Determine Runtime

Determine whether the UPS is intended to:

• Support controlled shutdown.
• Bridge generator startup.
• Maintain a process for a defined interval.
• Provide extended backup.

Runtime should be calculated from the load and verified against manufacturer data.

5. Evaluate Redundancy

For critical facilities, consider:

• N.
• N+1.
• 2N.
• Distributed redundant architectures.

The correct architecture depends on the facility’s availability requirements.

6. Review Applicable Standards

IEC 62040-1 addresses UPS safety requirements.

IEC 62040-3 addresses UPS performance and testing.

The current IEC 62040-1 consolidated publication applies to UPS systems with energy storage within the specified scope and establishes safety requirements.

For North American applications, UL 1778 provides a key framework for UPS safety evaluation and certification. UL Solutions describes UL 1778 as the Standard for Uninterruptible Power Systems.

The actual compliance requirements depend on the target market, installation, product construction, and project specifications.

ⅩⅢ. Common UPS Selection Mistakes

1. Choosing Only by kVA

kVA is important, but it is not the entire selection process.

Engineers should also evaluate:

• kW.
• Facteur de puissance.
• Inrush.
• Load profile.
• Overload capability.
• Future growth.
• Redondance.

2. Assuming All UPS Systems Have Zero Transfer Time

This is one of the most common technical misunderstandings.

A standby or line-interactive UPS normally needs a transfer between power paths during certain disturbances.

An online double-conversion UPS normally supplies the load through its inverter.

Therefore, the architecture determines the meaning and importance of transfer time.

3. Assuming a UPS Replaces a Generator

A UPS is normally designed for short-duration ride-through unless an extended battery system is specifically engineered.

A generator can provide much longer energy availability.

For critical infrastructure, the two technologies are often complementary.

4. Ignoring Battery Conditions

A battery’s nominal rating does not guarantee the same usable energy under every condition.

Temperature, age, discharge rate, and battery configuration matter.

5. Oversizing the UPS

Oversizing can increase capital cost and may reduce operating efficiency at low loads.

DOE specifically recommends considering loading and modular architectures when evaluating UPS energy performance.

6. Treating the UPS as the Entire Protection System

A UPS should normally be considered one layer of a broader power architecture.

Other layers may include:

• Surge protection.
• Grounding.
• Bonding.
• Circuit protection.
• Generator systems.
• Distribution redundancy.
• Monitoring.
• Environmental control.
• Battery protection.

ⅩⅣ. What Makes a UPS System Reliable?

1. Correct Electrical Architecture

Reliability starts with system design.

Important considerations include:

• Appropriate topology.
• Correct capacity.
• Configuration de la batterie.
• Bypass architecture.
• Protection coordination.
• Distribution design.

2. Thermal Management

UPS power electronics generate heat.

Thermal conditions can affect component lifetime and battery performance.

The UPS room therefore needs an appropriate environmental design.

3. Battery Management

Battery management should include:

• Monitoring.
• Correct charging.
• Temperature management.
• Periodic inspection.
• Appropriate testing.
• Planned replacement.

4. Monitoring and Communication

Modern UPS systems may provide:

• Tension d'entrée.
• Tension de sortie.
• Fréquence.
• Pourcentage de charge.
• État de la batterie.
• Alarm status.
• Estimated runtime.

Network connectivity can allow facility operators to monitor the system remotely.

5. Maintenance

A UPS should not be treated as maintenance-free infrastructure.

Depending on system design, maintenance may include:

• Battery inspection.
• Capacitor inspection.
• Cooling-system inspection.
• Connection checks.
• Alarm testing.
• Firmware or monitoring-system maintenance.
• Preventive service.

ⅩⅤ. BKPOWER UPS Solutions

BKPOWER’s current UPS portfolio includes industrial-frequency UPS, high-frequency UPS, rack-mounted UPS, modular UPS, line-interactive UPS, UPS batteries, and battery cabinets. Its modular range includes three-phase online double-conversion systems across multiple capacity configurations.

BKPOWER also publishes technical material covering UPS topology, runtime, UPS power factor, industrial UPS selection, and the relationship between UPS and voltage stabilization.

For an engineering project, the selection process should focus on:

• Actual load.
• kW and kVA.
• Facteur de puissance.
• Single-phase or three-phase architecture.
• Autonomie requise.
• Utility quality.
• Load sensitivity.
• Redondance.
• Environmental conditions.
• Battery technology.
• Développement futur.
• Applicable standards.

For industrial applications, online UPS and industrial-frequency UPS architectures can be evaluated according to load characteristics, electrical environment, and required availability.

ⅩⅥ. Final Engineering Takeaway

So, what does a UPS do?

The short answer is:

A UPS maintains power continuity for critical loads when the normal electrical supply fails or becomes unacceptable.

The engineering answer is more comprehensive.

A UPS combines:

• Power conversion.
• Energy storage.
• Inverter technology.
• Control systems.
• Switching.
• Protection.
• Monitoring.

Its performance depends on topology, load, battery configuration, operating mode, and system architecture.

For a simple computer, a standby or line-interactive UPS may provide sufficient protection.

For a data center or industrial control system, an online double-conversion UPS may be evaluated because the inverter continuously supplies the load during normal operation.

For a facility with long outages, a UPS may work together with a generator.

For a site with severe voltage instability but limited outage risk, a voltage stabilizer may address a different part of the power problem.

The correct UPS therefore should not be selected from kVA alone.

Engineers should evaluate:

• Load kW.
• Load kVA.
• Facteur de puissance.
• Phase configuration.
• Voltage and frequency.
• Inrush characteristics.
• Required runtime.
• Battery technology.
• Efficiency.
• Bypass architecture.
• Redondance.
• Environmental conditions.
• Applicable safety and performance standards.

IEC 62040-1 establishes UPS safety requirements, while IEC 62040-3 provides requirements for UPS performance and testing.

The most reliable approach is to treat the UPS as part of a critical power protection architecture, not simply as a battery box.

That approach allows engineers to connect power continuity, power quality, battery energy, generator integration, redundancy, efficiency, and lifecycle management into one coherent design.

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Sources de référence

FAQ