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12 alimentations à découpage pour automatismes

ÉRICK HAEHNSEN / TCA redaction@industrie-technolgies.com
Plus compactes et plus économes en énergie mais restant tout aussi performantes, les alimentations à découpage pour automatismes se sont musclées ces dernières années. Comment les choisir, pour remplir quelles fonctions et à quel coût ? Industrie et Technologies vous aide à élaborer votre cahier des charges.

Véritables chevilles ouvrières de la performance, avec un rendement compris entre 70 % et plus de 90 %, les alimentations électriques à découpage pour automatismes brillent par leur discrétion. C'est à peine si on les remarque ! « Nous disposons de lignes de fabrication automatisées pour nos cartes électroniques (soudure à la vague, bancs de tests...). Mais ce sont les fabricants de ces machines qui installent leurs propres alimentations à découpage. Nous ne les voyons pas puisque nous achetons une ligne complète », reconnaît Thierry Liger, dirigeant et fondateur de Power System Technology, société qui fabrique pourtant des alimentations électriques pour les automates embarqués dans les trains ou les sous-marins.

Ces discrets composants sont néanmoins essentiels. Ils permettent, en générant une tension continue, de lisser les fluctuations du réseau. À partir de la tension du secteur préalablement redressée, ces alimentations embarquent un composant de commutation qui sert à générer une tension alternative rectangulaire de fréquence relativement élevée (plus de 20 kHz). « Après passage dans un transformateur, cette tension est redressée et filtrée en une tension continue », explique Jérôme Mestre, responsable produits Ethernet, industrie et automatismes chez Weidmüller France. Le dispositif de commande du composant de commutation adapte en permanence le rapport cyclique du signal rectangulaire de façon à ce que la tension attendue soit fournie en sortie.

Des critères d'abord physiques

« Compte tenu des différentes sources alternatives (monophasées, triphasées), de la puissance requise, des tensions de sortie, etc., le marché compte plusieurs milliers de modèles d'alimentations à découpage », constate Annie Raffy, responsable marketing chez le fabricant d'alimentation TDK-Lambda France. Pour faire le tri dans cette profusion de références, l'acheteur doit d'abord s'appuyer sur les caractéristiques techniques. Quelle est la nature de la tension primaire ? Est-elle alternative en 230 V ou triphasée en 400 V ? Quelle est la puissance de sortie attendue ? « Veillez à la surdimensionner de 10 à 15 %. Car en cas d'élévation de la température, l'alimentation perd de la puissance », conseille Hugo Ramos, ingénieur chez le distributeur Trium Power. Enfin, à quelle partie de l'automatisme l'alimentation à découpage s'adresse-t-elle ? « Il existe deux familles d'alimentations pour automatismes. La première concerne la partie ''intelligence'', c'est-à-dire le contrôle et la commande, dont les tensions usuelles sont de 1,2 V, 1,8 V, 2,5 V, 3,3 V et 5 V. Tandis que l'autre famille porte sur les actionneurs, comme les moteurs, les pompes ou les valves, qui réclament des tensions habituelles de 12 et 24 V », détaille Salah Ben Doua, ingénieur d'application senior chez Vicor France.

S'adapter à l'environnement

Toutes ces questions préliminaires vont permettre de bâtir un solide cahier des charges. Mais elles ne sont pas suffisantes. La manière dont sera utilisée l'alimentation est tout aussi cruciale. Le client va-t-il utiliser son alimentation de façon intensive ou épisodique ? Fait-il tourner ses lignes de production sans interruption ou doit-il au contraire les stopper régulièrement ? Tous ces éléments vont orienter l'industriel vers différents types d'installation. Et cela vaut le coup de se poser la question à chaque nouvel achat. Car les habitudes changent. « Les industriels, jusqu'ici habitués à faire tourner des lignes automatisées 24 heures sur 24, cherchent à présent à économiser de l'énergie. Ils stoppent leurs lignes beaucoup plus souvent », constate Dominique Thibot, chef du service marketing produit automatisation chez Siemens, qui vient de remarquer ce phénomène dans l'industrie automobile. « Il faut alors bien étalonner le système de protection, sous peine de voir la protection disjoncter », prévient-il. Ce problème est assez facile à gérer... à condition d'y penser en amont.

Ces caractéristiques sont d'autant plus essentielles qu'elles ont une incidence directe sur le prix des alimentations. Il varie de 18 euros (pour les fonctions de base) à 2 500 euros pour le très haut de gamme industriel. Le gros du marché se situant, lui, dans une fourchette de 80 à 500 euros. Sur ce dernier créneau et à ce prix, les alimentations sont quasiment garanties à vie. « Chez nous, la durée de vie avant la première défaillance [mean time between failures ou MTBF, NDLR] est de 500 000 heures, soit 57 ans ! », calcule Jérôme Mestre, de Weidmüller. Avec cette extraordinaire longévité, pas étonnant qu'on les oublie ! D'autres fabricants affichent de telles performances, à l'instar de Rockwell Automation avec sa série 1606-XLP 100E et de TDK-Lambda avec la série HWS (de 15 à 1 500 W). « Cependant, nos trois séries à monter en rail DIN, à savoir DPP (de 25 à 960 W en sortie), DSP (de 10 à 100 W) et DLP (de 75 à 240 W) ne sont pas garanties à vie », indique Annie Raffy, responsable marketing de la société.

Le Graal de la compacité

Les contraintes physiques de l'environnement impactent aussi le choix de l'alimentation. Surtout dans les secteurs gazier, pétrolier, ferroviaire, maritime ou aéronautique. « Dans ces secteurs, les alimentations vont supporter une plage de températures allant de - 55 °C à + 70 °C et encaisser de fortes vibrations », souligne Thierry Liger, qui recourt aux alimentations Vicor pour les intégrer à ses armoires sur mesure à bord d'avions, de trains, de sous-marins ou de plates-formes pétrolières off-shore.

Autre critère d'importance : la réduction du volume physique des alimentations. « L'objectif, c'est de gagner des mètres carrés au sol », confirme Jérôme Mestre. De fait, les industriels ont accompli des prodiges : « En format 3A, notre précédente génération avait un pas de 55,5 mm. Il est tombé à 33 mm », indique-t-il. Pour Marc Pesson, ingénieur avant-vente chez Rockwell Automation, « c'est grâce à l'électronique que l'on réduit le volume des alimentations à découpage ». En effet, en augmentant la fréquence de découpage, on peut diminuer la taille des composants passifs : inductance, transformateur, condensateur de filtrage... Reste à choisir la bonne typologie de commutation : « La commutation ''dure'' (de 50 kHz à 1 MHz) est la plus répandue. Mais la commutation ''douce'' (jusqu'à 3,5 MHz) affiche les plus hauts niveaux de rendement : jusqu'à plus de 90 % », affirme Salah Ben Doua, chez Vicor. À condition de bien maîtriser les fuites. Résultat, les alimentations sur rail DIN se multiplient. « Ce qui en facilite l'installation et la maintenance », insiste Hugo Ramos, de Trium.

Vers une intelligence embarquée

Reste à sélectionner le niveau d'intelligence requis. « Rares sont les alimentations qui communiquent sur leur état à un réseau de type bus de terrain », estime Marc Pesson (Rockwell Automation), en pensant aux équipements standards. Le degré zéro de cette communication se matérialise dans les Led vertes "DC OK" qui s'affichent en façade. « Ce type de relais est d'une utilité réduite. Surtout si l'alimentation est dans une armoire fermée, prévient Dominique Thibot. Résultat, les clients font l'économie de cette option. » En revanche, les utilisateurs apprécient de se reposer sur des alimentations qui encaissent les microcoupures. « Cette option intéresse les installations avec dix automates et plus, ainsi que les PC industriels qui, dès lors, peuvent s'éteindre proprement », fait valoir Dominique Thibot. La Sitop UPS dotée de condensateurs évite ainsi de maintenir un système de secours à base de batteries. « Plus l'installation d'automates est complexe, plus l'investissement (à partir de 250 euros) vaut le coup », conclut l'expert de Siemens.

Autre fonctionnalité recherchée : l'autodiagnostic électronique de l'alimentation : « À distance, on peut contrôler et piloter par Ethernet des alimentations à découpage dans des antennes-relais pour la 3G+ qui sont géographiquement inaccessibles », poursuit Salah Ben Doua, de Vicor. Et si ces produits sur mesure sont plus chers que les alimentations standards (de 30 à 50 %), ils sont aussi beaucoup plus efficaces.

Voir pdf pour le tableau.

L'essentiel

Il existe des milliers d'alimentations à découpage pour automatismes. Pour les choisir, les critères physiques priment (tension d'entrée, de sortie, puissance...). La fréquence d'utilisation fera opter ou non pour une solution haut de gamme. Par ailleurs, l'adaptation à un environnement sévère conduira à choisir des matériels durcis. La compacité est un argument majeur afin de gagner en surface au sol, de simplifier leur installation sur rail DIN et leur maintenance. Les solutions personnalisées rendent les alimentations intelligentes. Elles s'autodiagnostiquent et communiquent pour être pilotées à distance.

LA PLUS SÛRE

TRACO POWER TSP 600-124 900 000 HEURES SANS PANNE Placée sous le signe de la sécurité, l'alimentation TSP 600-124 de Traco Power délivre une puissance de 600 W avec une tension de sortie de 24 à 28 V en 25 A. Fournie dans un boîtier métallique dépourvu de ventilateur, elle est immunisée contre les perturbations électriques et garantit un temps de fonctionnement, entre deux pannes, de 900 000 heures. En cas de température trop élevée, l'alimentation s'arrête puis redémarre dès lors que la situation est redevenue normale. Le boîtier reconnaît automatiquement le type de réseau électrique sur lequel il est connecté, que ce soit du 220 ou du 110 V. Enfin, il est conforme aux spécifications EMC (compatibilité électromagnétique) et à la certification Atex, qui garantit son fonctionnement en atmosphère explosive. FICHE TECHNIQUE Tension d'entrée : 264 Vac Tension de sortie : de 24 à 28 Vdc Courant de sortie : 25 A Température de fonctionnement : de - 25 à + 70 °C Prix : à partir de 188 euros à raison de 10 unités

LA PLUS LÉGÈRE

ROCKWELL AUTOMATION 1606-XLP100E ELLE NE PÈSE QUE 360 GRAMMES L'alimentation à découpage 1606-XLP 100E de Rockwell Automation concilie haut rendement (90 %) et légèreté (360 g). Quant à la plage de températures de fonctionnement, elle s'étale de - 10 à + 70 °C. Sa durée de vie utile est de 500 000 heures grâce à une conception qui incorpore des condensateurs électrolytiques durables et un circuit à très faible perte thermique. Autre aspect intéressant, la 1606-XLP100E permet de ne pas surdimensionner le système en embarquant un Power Boost qui délivre jusqu'à 25 % de réserve de puissance supplémentaire sans diminution de la tension de sortie. La surcharge appliquée fournit, en continu, jusqu'à 180 % du courant nominal. FICHE TECHNIQUE Tension d'entrée : de 100 à 120 Vac, de 220 à 230 Vac et de 200 à 375 Vac (sélection automatique) Tension de sortie : 20 à 24 V/100 W, préréglée à 24,5 Vdc Courant de sortie assigné : 3,9 A (sous 24,5 V) et 3,2 A (sous 28 V) Température de fonctionnement : de - 10 à + 70 °C Prix : 156 euros

LA PLUS AUTONOME

SIEMENS SITOP UPS500S ELLE FONCTIONNE SANS BATTERIE Désormais, la Sitop UPS500S 24 V de Siemens s'affranchit de la batterie dont elle devait, jusqu'ici, être équipée pour résister aux microcoupures du secteur. En effet, elle remplace avantageusement la batterie par une capacité haute densité à double couche, capable de stocker à une température ambiante de 60 °C pas moins de 2,5 ou 5 kWs d'énergie, et de délivrer un courant de 15 A. C'est comme si cette alimentation était en même temps un onduleur. De quoi garantir pendant plusieurs minutes la continuité des opérations assurées par des PC industriels ou des automates programmables qui réclament une tension d'alimentation de 24 V. Aux oubliettes, la maintenance des batteries au plomb et à l'acide ! FiCHE TECHNIQUE Tension d'entrée : 22 à 29 Vdc Tension de sortie : 24 Vdc (+/- 3 %) Courant de sortie : 15 A Température de fonctionnement : de 0 à 60 °C (standard) Prix : à partir de 250 euros

SÉVERINE LEROUX CHEF DE PROJET CHEZ MAISONNEUVE, FABRICANT DE STATIONS D?ÉPURATION COMPACTES POUR LES SECTEURS GAZIER, PÉTROLIER ET MILITAIRE.

La fiabilité est cruciale

« En termes d'alimentations électriques, les cahiers des charges des clients finaux ne signalent rien en particulier. C'est à nous de nous débrouiller pour choisir le meilleur compromis. Cegelec, qui nous fournit les armoires d'automatismes avec les alimentations électriques, nous aide dans ce travail. Nous optons souvent pour des alimentations à découpage de TDK-Lambda. Elles sont compactes et résistent à des conditions extrêmes : de - 33 °C en stockage jusqu'à + 50 °C à l'ombre. Les puissances installées sont souvent de 240 W pour les automates. La fiabilité est cruciale pour nous car, en cas de panne, nous devons souvent nous déplacer à l'autre bout du monde. S'il existait des systèmes d'autodiagnostic sur les alimentations, cela nous intéresserait. Surtout en préventif. »

L'état du marché

Le leader mondial de l'alimentation électrique, Delta Electronics, réalise environ 3,1 milliards de dollars de chiffre d'affaires. Il distance Emerson Network Power (2e) et Lite-On Technology (3e) et pèse carrément cinq fois plus que le numéro 4, TDK-Lambda - à 676 millions de dollars. En France, le marché est estimé à 15 millions d'euros, selon le Gimelec. Mais il demeure extrêmement atomisé. « Chaque pays a ses constructeurs locaux », remarque Dominique Thibot, chef du service marketing produit automatisation chez Siemens. « Les alimentations dépendent beaucoup des automatismes », ajoute-t-il. D'ailleurs Mürr Elektronik, Phoenix Contact, Rockwell Automation, Siemens, Wago, Weidmüller... fabriquent à la fois des automatismes et des alimentations à découpage.

SÉBASTIEN BLANC RESPONSABLE COMMERCIAL DES OUTILS PÉDAGOGIQUES EXXOTEST CHEZ ANNECY ÉLECTRONIQUE, FABRICANT DE CIRCUITS IMPRIMÉS.

Les alimentations remplacent la batterie

« Nous avons développé une gamme d'outils pédagogiques à destination des bureaux d'études des constructeurs automobiles, des garagistes et des centres de formation technique. Ils aident les techniciens ou les élèves à créer, par exemple, tout le système d'éclairage d'une voiture. En interne, nous utilisons les alimentations à découpage d'ELC pour tester nos cartes électroniques, mais nous nous en servons également en lieu et place d'une batterie 12 V pour nos outils. »

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