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

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Je voudrais acheter un onduleur rack qui prendrait en charge toute l’électronique informatique dans une salle SOHO. Cela inclut les commutateurs, les routeurs, les PC, les serveurs et les NAS. Au cours de mes recherches, j'ai découvert qu'il existe différents types d'onduleurs et que ceux qui génèrent une onde sinusoïdale pure sont les meilleurs. Cependant, ils sont aussi beaucoup plus chers que par exemple les onduleurs à onde sinusoïdale modifiée.

Quelle est l'application d'un onduleur à onde sinusoïdale pure? Cela apportera-t-il des avantages dans mon cas d'utilisation ou est-ce excessif?

totymedli
la source
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Vous voudrez peut-être être intéressé par des recherches à ce sujet sur ee.se. Nous avons eu là quelques questions connexes, et en bref, sine modifié aime tuer les wallwarts smps bon marché.
PlasmaHH
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Réponse simple: à moins que vous n'utilisiez du matériel scientifique, médical ou audio sensible, vous n'en avez pas vraiment besoin. En cas de besoin, la documentation le mettra généralement en évidence. Ajoutez simplement une belle tête APC et une étagère de batterie supplémentaire et tout ira bien. Indiquez combien de temps cela va alimenter votre équipement en fonction des besoins de votre entreprise. En général, une heure ou deux, c'est bien. La principale raison pour laquelle un onduleur doit toujours se trouver entre le mur et votre kit est pour atténuer les baisses de tension et vous donner le temps de procéder à un arrêt contrôlé en cas de panne de courant.
Alex Atkinson
@ PlasmaHH, vraiment? Je peux voir une onde carrée surcharger et / ou endommager des signaux de muraille bon marché, mais l’onde sinusoïdale modifiée est généralement "assez proche". À bien y penser, je n’ai jamais rien endommagé sur un onduleur à ondes carrées de merde; ils émettent juste un peu plus de chaleur, ce qu'ils peuvent tolérer très bien pendant quelques minutes en cas de panne de secteur.
Psusi
@ psusi: J'ai un exemple de compteur de puissance endommagé ici: electronics.stackexchange.com/a/309273/151222 . Ce n'était pas bon marché non plus. :-)
alokoko
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@ neverMind9 Peut-être aurait-il également été demandé, mais il est également ici. Il appartient à "matériel informatique" sinon la balise entière up serait offtopic. Aussi, autant que je sache, vous ne pouvez pas déplacer une question après un temps donné.
totymedli

Réponses:

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Un courant alternatif propre est omniprésent. Certains appareils électriques ont donc été conçus avec cette hypothèse de départ.

Appareils soucieux de la qualité de l'alimentation secteur

Un exemple classique d'appareil qui part de cette hypothèse est un amplificateur de puissance audio analogique conçu au début des années 1970 ou avant, ou une pièce plus moderne conçue dans le même sens. La régulation linéaire dégage trop de chaleur pour être pratique dans un tel dispositif. La technologie de régulation à commutation à faible bruit n’étant pas réellement disponible à l’époque, les amplis de cette époque ont été conçus avec une puissance fondamentalement non régulée pilotant directement les étages d’amplification. La puissance encrassée apparaît comme une partie du signal de sortie, en fonction du nombre de retours de l'amplificateur.¹ C'est l'une des deux causes principales du bourdonnement de ligne dans les anciens amplis.²

Un autre exemple de circuit dans lequel la qualité de l’énergie peut affecter le fonctionnement de l’appareil concerne un moteur à courant alternatif, tel qu’une perceuse électrique à fil , dans lequel la vitesse du moteur est directement fonction de la tension qui lui est appliquée. Une tension qui n'augmente pas et ne diminue pas progressivement provoquera des variations de vitesse. Les pas à la sortie d'une onde sinusoïdale modifiée se situent dans la région des centaines de Hz. Par conséquent, un onduleur à sinusoïdal modifié est susceptible de provoquer une modification du fonctionnement du moteur que vous pouvez réellement entendre.

Bien que je ne m'inquiète pas trop des conséquences d'une mauvaise qualité d'alimentation sur une perceuse électrique, il existe des dispositifs à moteur que je ne voudrais pas utiliser avec une UPS de mauvaise qualité, telle qu'une machine CPAP .

La question de savoir si l’un des équipements de votre rack SOHO tient à la qualité de la puissance de sortie de l’ASI dépend de la conception de l’alimentation de chaque composant.

Types d'alimentation

Les appareils à filtrage et régulation de l'alimentation puissants ne se soucient généralement pas des non-idéalités d'une onde sinusoïdale modifiée. Tout ce qui compte pour un tel appareil est qu’il reçoive une puissance efficace suffisante et que l’alimentation se situe dans les limites de tension d’entrée de l’appareil.³

Le type d’alimentation le plus couramment utilisé pour les appareils électroniques modernes est l’ alimentation à découpage . Les commutateurs font beaucoup plus de mal au pouvoir que de mettre quelques bosses sur la sinusoïde d'entrée, de sorte qu'ils doivent déjà avoir beaucoup de filtrage si le circuit de charge nécessite une alimentation propre.

L'autre type principal de régulation de l'alimentation est le régulateur linéaire , qui supprime généralement les bruits d'entrée et les ondulations basse fréquence de 80 à 100 dB. Cela signifie que les étapes de filtrage et de régulation produiront un peu de bosselure d'entrée comme un peu de fuzz. J'ai essayé de trouver un exemple d'appareil qui fonctionnerait mal à cause de ce fuzz, mais rien ne me vient à l'esprit. Si vous abaissez le bruit aussi loin, cela devient sans conséquence pour la plupart des circuits, ce qui explique pourquoi les régulateurs linéaires sont toujours utilisés, malgré leur inefficacité.

Cela laisse des sources d’alimentation non réglementées. Cela ressemble beaucoup aux cas de moteur à courant alternatif ci-dessus, sauf qu'un transformateur diminue la tension alternative, qui est ensuite généralement redressée et filtrée pour produire une tension continue irrégulière. Ce processus en trois étapes réduit considérablement le bruit côté alternatif. Il est donc possible que certains appareils soient construits avec l'hypothèse que le bruit et l' ondulation résultants à la sortie d'une telle alimentation sont relativement propres et risquent d'être gênés par la hachage en centaines de Hz sortant d'un onduleur à sinus modifié.

Oscillogrammes

Après que fix1234 a ajouté des images à sa réponse , j'ai pensé que le sine modifié ne pouvait pas être aussi grave, non? Je veux dire, ils vont utiliser plus de quatre étapes par cycle, non? Droite?

J'ai décidé de capturer les oscillogrammes de tous les UPS que j'ai ici pour Science! Tous sont fabriqués par la même société, mais ils proviennent de différents points de la gamme de produits de cette société.

Pour référence, voici à quoi ressemble la tension de ligne alternative non filtrée au lieu de test, avec la tension en fonction du temps à gauche et un tracé du spectre de la même forme d'onde à droite:

AC brut du mur

Le grand pic au bord gauche du tracé du spectre est le fondamental à 60 Hz . Les grands pics harmoniques que vous voyez montrent que ma puissance murale n’est pas très propre. Le plus grand est le 2e harmonique à 120 Hz au centre de la courbe, à 30 dB de la fondamentale, suivi par la 3e harmonique à 180 Hz au bord droit de la courbe. Ensuite, il y a ce pic mystère à 85 Hz, pour lequel je n'ai aucune explication.

C’est une distorsion suffisante pour apparaître dans l’oscillogramme de gauche: remarquez les pics quelque peu aplatis.

J'ai testé deux ou trois onduleurs à sinus vrai, qui étaient tous les deux assez chers. Leur sortie ressemble à ceci:

sortie UPS à sinus vrai haut de gamme

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 tout appareil électronique dans les limites de charge, car sa sortie sur batterie est aussi proche de la puissance murale idéale qu'aucune différence pratique ne peut en résulter.

Si un onduleur dure suffisamment longtemps, le coût des batteries de remplacement dépasse le coût initial. Par conséquent, si vous achetez des onduleurs de qualité, accordez plus d’attention au coût de fonctionnement de l’onduleur qu’au prix d’achat initial.

Un onduleur milieu de gamme du même fabricant coûte environ les de celui d’un onduleur à sinus véritable possédant les mêmes spécifications. Il sera probablement plus petit et plus léger aussi. La prise? Cette:

sortie de l'ASI milieu de gamme

Bien que ce soit bien meilleur que le résultat auquel nous nous attendions de la part de fix1234, ce n'est pas joli. Non seulement il y a beaucoup de bruit et de distorsion à large bande sur la sortie de cet onduleur, mais ces deux attaques en retour que vous voyez à chaque cycle peuvent gêner les circuits qui supposent que la tension d'entrée CA augmente ou diminue constamment.

Néanmoins, une alimentation bien filtrée et régulée supprimera tout cela, de sorte que de tels dispositifs fonctionneront parfaitement à partir de cet onduleur. Je n'ai jamais eu de problèmes avec les périphériques branchés sur cet UPS. Etant donné que c’est l’onduleur qui maintient les principaux composants de mon réseau domestique, je pense que j’aurais remarqué qu’ils redémarraient à chaque coupure de courant.

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

sortie UPS de mauvaise qualité en milieu de gamme

Ceci est essentiellement la version réelle de la forme d'onde idéalisée présentée dans la réponse de fix1234. La réponse à ma question ci-dessus est alors "Oui, ils fabriquent vraiment des onduleurs avec une qualité de sortie aussi mauvaise."

Et oui, cela peut réellement compter dans la pratique. En fait, j'ai choisi de tester la sortie de cet onduleur en particulier pour cette réponse, car cela nous a posé problème par le passé.

Nous avions un ordinateur de marque haut de gamme branché sur cet onduleur, et sur chaque coup de foudre, le PC - et seul le PC - redémarrait spontanément. Tout le reste connecté aux prises "batterie" resterait en place. C'était tellement bizarre que j'ai en fait écrit un programme Arduino à un moment donné pour me connecter pendant plusieurs semaines afin de détecter les coupures de courant. Cette petite carte est restée active pendant tout le temps, même lorsque le PC a redémarré. Nous avons finalement transféré cet onduleur sur un ancien et gros serveur, en espérant que la charge plus lourde causerait également le même symptôme, mais non: l’onduleur a maintenu ce serveur sous plusieurs coupures de courant.

La qualité de sortie de cet onduleur n'est pas au fond du baril. Êtes-vous assis? Voici un UPS bas de gamme de la même société qui a fabriqué les trois UPS ci-dessus:

sortie UPS bas de gamme

Ow!

Vous voyez 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 périphériques branchés sur cet onduleur échouer en raison d’une panne de courant.

Conclusions

De nombreux appareils ne se soucient tout simplement pas beaucoup de la qualité de l'alimentation secteur. Un exemple extrême est une lampe de bureau à incandescence, mais tout appareil doté d'une alimentation bien régulée et bien filtrée doit prendre en charge une très mauvaise entrée CA.

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


Digressions:

  1. Certaines conceptions d'amplificateurs ont très peu de retour négatif . Il s’agit là d’une question de religion dans les milieux audiophiles, les extrémistes réactionnaires estimant que les meilleurs amplificateurs n’ont pas ou peu de rétroaction.

  2. L'autre cause majeure du bourdonnement de l'amplificateur est la boucle de masse .

  3. C'est pourquoi vous voyez fréquemment des blocs d'alimentation marqués comme acceptant 90-260 VAC ou similaires. Si une telle alimentation consomme 200 VCA, elle consommera simplement la moitié du courant comme si elle recevait plutôt 100 VCA, ce qui lui permettrait de fournir la même puissance en watts au circuit alimenté. P = VI

  4. Même les appareils qui ne s’intéressent guère à la consommation d’énergie doivent souvent filtrer les entrées d’alimentation afin de respecter les réglementations CEM .

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

    Les décibels sont une échelle logarithmiquechaque différence de 6 dB entre deux tensions est doublée ou divisée par deux. Ainsi, la réduction de bruit de 80 dB d'un régulateur linéaire n'est pas 4 fois supérieure à celle obtenue avec une alimentation typique non régulée: elle vaut environ 1 000 ×! La chute de 20 dB à 100 dB que vous obtenez avec un très bon régulateur linéaire signifie que la sortie est 10 000 fois plus silencieuse que l'entrée.

  6. Supposons que vous décidiez d'acheter un onduleur à sinus véritable à 500 $, alors que vous pouvez obtenir un onduleur à sinus modifié de bonne qualité avec les mêmes spécifications de titre que 150 $. Une batterie UPS typique doit être remplacée tous les 3 ans environ, ce qui peut coûter entre 150 et 200 dollars US pour le modèle à sinusoïdal véritable. Cela équivaut à 50-66 $ / an × 12 ans 600 600-800 $, le coût de la batterie étant l'élément dominant dans le calcul du coût.

    Les onduleurs haut de gamme ont généralement des batteries physiquement plus grandes pour un niveau de VA donné. Par conséquent, le coût de la batterie de remplacement pour une batterie d'onduleur dépend en partie du montant que vous avez payé pour l'onduleur à l'origine. Vous pouvez donc choisir d’acheter un onduleur bas de gamme par rapport aux graphiques ci-dessus car les coûts d’exploitation à long terme seraient trop élevés avec un onduleur haut de gamme.

Warren Young
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Oscilligrammes intéressants. Dans ma réponse, l’onde sinusoïdale simulée de CyberPower est probablement une illustration destinée uniquement à illustrer le principe. Je pense que leur objectif était de simplifier la description du concept de "fossé de pouvoir". En réalité, il pourrait probablement contenir des étapes qui chevauchent zéro mais fournissent une tension inférieure au seuil de la durée du problème. J'ai été surpris de voir la science imiter l'art si bien dans votre forme d'onde "du fond du tonneau". Toutes les alimentations PFC actives n’auront pas de problèmes avec tous les onduleurs à onde non sinusoïdale, mais certaines ne fonctionnent pas ensemble et c’est la raison pour laquelle. +1 pour la science.
fix1234
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Au fait, je ne m'attendais pas à ce qu'un onduleur à onde sinusoïdale pure soit aussi performant. J'aurais supposé que votre UPS de milieu de gamme était suffisamment proche pour s'appeler une onde sinusoïdale pure. Je ne peux imaginer aucun équipement ne fonctionnant pas sur cette sortie.
fix1234
1
Cette forme d’onde inférieure correspond à la sortie de mon ordinateur cyberpower 1000 avr âgé de 15 ans. C'est moche, mais ça ne m'a jamais posé de problèmes. Les batteries doubles 8ah (en série pour 24v) ne me coûtent que 20 $ chacune à remplacer tous les 3-4 ans et je pense avoir payé 100 $ ou 150 $ neuves.
Psusi
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L’une des choses que j’ai observée est que l’alimentation électrique, la carte mère et le processeur du PC peuvent fonctionner jusqu’à 10 degrés Celsius de plus en plus chaud lorsque vous les utilisez sur un système .vs sinusoïdal modifié bon marché. les exécuter directement à partir du secteur. Cela dépend évidemment beaucoup de la qualité de l'alimentation, mais tout filtrage en excès nécessaire se traduit généralement par un rendement de conversion inférieur et davantage de chaleur.
Igor Levicki
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@PeterCordes Tous les tests ont été effectués à vide. Je m'attendrais à de pires résultats dans l'ensemble avec une charge importante. Mais la question devient « Quelle charge?» Existe-t-il une norme permettant de comparer les résultats? Si oui, combien coûte une charge calibrée? Si ce n'est pas le cas, comment puis-je déterminer ce qui fait une bonne conception de charge réplicable? Je ne peux pas simplement utiliser un bloc d'alimentation COTS, car ce n'est valable que lorsque ce modèle est en production. Et quelle est sa charge?
Warren Young le
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L’exigence d’une onde sinusoïdale pure concerne principalement les alimentations PFC (Active Power Factor Correction) de l’ordinateur. Pour ces derniers, une forme d'onde non sinusoïdale peut provoquer un arrêt, annulant ainsi tout le but d'un onduleur.

J'ai vu deux explications pour le mécanisme:

  • L'une d'elles, décrite dans cet article , est que le bloc d'alimentation PFC peut entraîner une charge initiale élevée sur l'onduleur, ce qui déclenche une protection contre les surcharges qui l'arrête.

  • Une autre explication est décrite dans cette fiche technique du fabricant d’onduleurs CyberPower:

Gap Power

Une forme de sortie d'onde sinusoïdale simulée produit un état de sortie nul pendant le cycle de changement de phase, ce qui entraîne un "écart" de puissance. Cet intervalle peut entraîner une interruption de l'alimentation pour les équipements dotés d'une alimentation PFC active lors du passage de la sortie d'alimentation CA à la sortie simulée à onde sinusoïdale (mode batterie).

Les deux explications ne s’excluent pas nécessairement; chacun pourrait s'appliquer dans des circonstances spécifiques. Mais pour les deux explications, il y a accord sur trois points importants:

  • Une combinaison spécifique d'équipement et d'onduleur peut ou non avoir un problème. Différents modèles d'onduleurs produisent différentes formes de formes d'onde simulées, différentes alimentations ont une sensibilité différente à la forme de la forme d'onde, différentes configurations d'équipement ont une charge de puissance différente de la capacité de l'onduleur, etc.

  • Si le matériel informatique n'utilise pas d'alimentation PFC active, l'utilisation d'un onduleur à onde sinusoïdale modifiée n'est pas un problème (et implicite, l'utilisation d'un onduleur à onde sinusoïdale pure n'est pas un avantage).

  • L'utilisation d'un onduleur à onde sinusoïdale modifiée avec une alimentation PFC ne causera pas de dommages physiques à l'onduleur ni à l'alimentation, mais une éventuelle défaillance de l'onduleur qui maintient l'équipement sous tension lorsqu'il est censé le faire. ** (voir l'avertissement ci-dessous)


Mise en garde: cette réponse concerne le matériel informatique, pas les autres périphériques pouvant également être alimentés par l'onduleur. J'ai constaté à l'occasion des rapports d'incompatibilité de la puissance des ondes non sinusoïdales avec certains autres appareils. Par exemple, la réponse de kinokijuf mentionne le rétro-éclairage fluorescent d'un moniteur LCD ayant des problèmes dus à un onduleur à onde sinusoïdale simulé. Mon dernier point, sur la sécurité des équipements, ne vise pas les autres appareils connectés.

fix1234
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+1: C'est une idée très intéressante. Nous avons un ordinateur au bureau qui ne veut tout simplement pas rester en place après une panne de courant. Nous avons eu deux onduleurs différents dessus, le premier a été déplacé vers un ordinateur différent, et la paire a traversé plusieurs pannes de courant. Avant de remplacer ce premier onduleur, j’écrivais un petit programme Arduino qui surveillait l’état de l’alimentation: si l’alimentation était coupée suffisamment longtemps pour redémarrer l’Arduino, je pourrais également me baser sur la sortie série. Il n'a jamais redémarré, même lorsque le PC l'a fait. Conclusion: Ce PC n'aime pas non plus UPS.
Warren Young
@WarrenYoung Un site d'examen que j'ai vu lié à occasionnellement a fait des tests actifs de PFC / sinus modifié. Le résultat normal de l’IIRC était que la charge maximale que le PSU pouvait supporter était inférieure à celle que le PSU ou l’UPS aurait pu être capable de supporter. Je ne me souviens pas si c'était le PSU, l'UPS ou les deux qui étaient en train d'être déclassés; s'il s'agissait de l'onduleur, vous pourriez peut-être résoudre ce problème en utilisant une sauvegarde plus puissante. Je préférerais probablement simplement remplacer l'alimentation du PC plutôt que de faire face à d'éventuels maux de tête d'une configuration non standard.
Dan Neely
@Warren Vous pouvez également remplacer l'alimentation du PC (sauf si ce PC est un déchet non modulaire d'Apple).
neverMind9
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Les alimentations en mode de commutation de la plupart des équipements informatiques ont une grande tolérance au bruit dans le secteur, ce qui signifie qu’elles doivent fonctionner correctement à partir d’un onduleur à «sinus modifié», mais elles peuvent surchauffer.

Cependant, cela pourrait causer des dommages aux appareils plus complexes fonctionnant directement sur le secteur et dépendant de la tension de ligne, tels que:

  • alimentations non régulées et à régulation linéaire
  • charges inductives telles que moteurs
  • équipement audio
  • lampes fluorescentes telles que celle de l’ écran LCD de cet homme .
  • matériel médical de haute précision
  • (Ajouter d'autres exemples)

En règle générale, si votre périphérique dispose d'un adaptateur d'alimentation séparé «100–240V», il devrait convenir avec un onduleur à sinus modifié.

kinokijuf
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En parlant de moniteur, je n’allais pas non plus éteindre un tube cathodique. Mieux vaut probablement faire attention aux moniteurs en général.
Random832
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Ceci est quelque peu anecdotique, mais certaines alimentations de serveur ne démarreront pas lorsqu'elles seront alimentées avec une alimentation à onde carrée modifiée .

L’endroit où je travaille a un équipement serveur monté dans un camion et fonctionnant à partir d’un onduleur modifié à onde carrée. Les alimentations du serveur devaient être spécifiquement testées pour s'assurer qu'elles allaient démarrer avec un courant alternatif modifié à onde carrée. Certains systèmes shell (quelques boîtiers Dell) ne démarrent pas lorsqu'ils sont exécutés à partir de l'onduleur.

Notez qu'ils fonctionneront sur une entrée rectangulaire modifiée, mais ne démarreront pas . En d'autres termes, si le serveur est commuté sur la sortie de l'onduleur lors de son exécution, c'est bon, mais vous ne pouvez pas l'initialiser à partir de la sortie de l'onduleur / UPS.

Cela peut être un problème ou non, selon le cas d'utilisation auquel vous vous attendez.

Faux nom
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Si vous utilisez des cordons d'alimentation pour répartir l'alimentation de l'onduleur dans une grande pièce, tout effet autre qu'une onde sinusoïdale pure peut en fait être plus perturbé en raison des effets d'impédance le long du câble d'alimentation. J'ai entendu parler de cet effet dans une usine où nous utilisions essentiellement des contrôleurs de moteur à fréquence variable à onde sinusoïdale pure sur de longs câbles, car trop de distorsion sur un long câble risquerait de brûler un moteur. Tous les trous UPS que j'ai vus semblent être une onde sinusoïdale pure.

Les bandes de protection contre les surtensions ou la protection intégrée contre les surtensions intégrées dans l'équipement peuvent poser un problème pour un système UPS qui n'est pas au moins sur le point d'être une onde sinusoïdale pure. Puisque je voulais une alimentation de secours pour les ordinateurs, la télévision, les caméras de sécurité, etc., tous dans la même pièce, c’était davantage un problème de sécurité que de payer plus pour une unité à onde sinusoïdale pure. Je n'ai pas besoin de m'inquiéter si quelque chose peut surchauffer. En fait, j'avais une veilleuse avec ampoule intégrée qui surchauffait et fondait lorsqu'elle était branchée sur l'onduleur le moins cher que j'aie jamais eu. Fondu dans le boîtier de l’onduleur, il avait été plusieurs fois plus brillant avant de brûler. Je crois qu’il utilisait un condensateur pour fournir une résistance définie à 60 Hz, mais les harmoniques de l’ASI entraînaient une résistance moins apparente, de sorte que trop de puissance passait dans le condensateur.

Michael John Lake
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Abraxas