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Electronique/Connaissance/Mesures de consommation

De Ordinoscope.net
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Introduction

La puissance d'un consommateur électrique s'exprime en watts. Mais en courant alternatif, sur le secteur, cette puissance est altérée par un déphasage entre la tension et le courant. Dans ce cas, la puissance réellement consommée correspond au point de jonction entre la tension et le courant, toujours inférieure à la simple multiplication de la tension par le courant.

En courant continu, la puissance est la résultante de la tension x le courant et s'exprime en [W] (Watts).

En courant alternatif, on peut mesurer 2 puissances:

  • la puissance apparente, identique au continu, soit tension x courant, mais s'exprime en [VA] (Volts x Ampères). C'est la puissance qu'il faut amener au consommateur pour qu'il puisse fonctionner.
  • la puissance efficace ou réelle est la résultante de la puissance apparente x cos φ (phi - le déphasage), et s'exprime en [W] (Watts). C'est la puissance qui est réellement consommée.

Le facteur entre les deux puissances s'appelle "cos φ" (cos phi).

Conséquences du déphasage:

  • la bonne nouvelle, c'est que vous ne payez que la puissance efficace, c'est à dire les watts
  • la mauvaise nouvelle, c'est que tout doit être dimensionné pour la puissance apparente, c'est à dire les VA

Une ampoule à filament ou un radiateur a virtuellement un cos φ de 1, c'est à dire que la puissance apparente et la puissance efficace sont identiques (dans la réalité, le cos φ est proche des 0.99). Par contre tout appareil contenant un moteur, un transformateur, ou une alimentation à découpage (ex. alim de PC, régulateur de lumière), a un déphasage important.

Voici un exemple que bon nombre a dû subir une fois: l'utilisation d'un fer à repasser et un aspirateur simultanément.

Appareil Puissance efficace Cos φ Puissance apparente Ampères
fer à repasser 1500 W 1.0 1500 VA 6.3
aspirateur 500 W 0.65 750 VA 3.1
total 2000 W - 2250 VA 9.4

On pourrait supposer qu'avec un disjoncteur de 10A, on ait droit à 2400W (240V x 10A). Donc mon fer à repasser et mon aspirateur consommant 2000W cumulés, ça me laisserait encore ~15% de marge. Mais après mesure, je constate que mon aspirateur a un cos φ de 0.65, et que le cumul est de 2250VA, pour 2000W, c'est à dire 9.4A, et non pas 8.4 comme supposé, vraiment très proche de la limite du disjoncteur. Et comme il y a certainement d'autres consommateurs derrière ce disjoncteur (ex. lampe), c'est la disjonctée assurée. Conclusion, la ligne est dimensionnée pour des VA, quelque soient les watts consommés.

Remarque: beaucoup de gens pensent que les disjoncteur coupent à la valeur donnée. C'est à moitié vrai. Si le courant dépasse la valeur du disjoncteur, il coupe. Mais un disjoncteur qui est proche de la limite pendant plusieurs minutes va aussi couper. Sur un disjoncteur de 10A, ne vous attendez pas à pouvoir consommer 9.5A pendant une demie-heure.

Si vous en êtes arrivé jusque là dans l'explication, c'est certainement que vous êtes curieux d'en savoir plus sur votre propre consommation. Une réaction légitime serait d'aller au premier commerce du coin pour acheter un de ces appareils de mesure de consommation bon marché. Je l'ai aussi fait. Mais ces appareils sont de très mauvaise qualité et n'espérez pas obtenir plus d'information que les VA, et encore, avec une tolérance dépassant tout entendement. Les miens sont tous passés à la poubelle.

Ampoule halogène
jaune: tension, bleu: courant
Ordinateur (alim. à découpage)
jaune: tension, bleu: courant

On peut observer dans la 2ème mesures que seule une partie de la sinusoïde est consommée en courant. C'est le propre d'une alimentation à découpage.

Mesures

Les mesures suivantes ont été effectuées avec un multimètre UNI-T UT71E, considéré comme du cheap par les professionnels, mais largement suffisant pour se donner une idée concrète.

Il est très difficile d'obtenir une valeur stable, surtout avec des appareils informatiques. Ces valeurs sont des moyennes visuelles au repos.

Ordinateurs

Appareil Description Max Fonctionnement normal Standby / Suspend Eteint / Hibernate
P [VA] P [W]

Cos φ

P [VA] P [W] Cos φ P [VA] P [W] Cos φ P [VA] P [W] Cos φ
Apple Mac Mini



45 VA 41 W 0.91





Asrock Ion 330 CPU Intel Atom 330 (Ubuntu 11.04 amd64)


57 VA 28 W 0.48 9 VA 2.8 W 0.30 7 VA 1.8 W 0.26
Asus EeeBox B202 CPU Intel Atom N270 (Debian Squeeze i386)


31 VA 14 W 0.46 4 VA 0.9 W 0.2
Dell Optiplex 380

CPU Intel Core2 Duo E7500 (Ubuntu 12.04 amd64)
HDD SATA WD1600AAJS-7 (3.5" / 160 GB)

115 VA 75 W 0.65 67 VA 44 W 0.65 7 VA 1.2 W 0.15 0.5 VA 0.5 W 1
Dell PowerEdge SC440

CPU Intel Xeon 3040 (Debian Wheezy amd64)
HDD SATA SAMSUNG HD501LJ CR10 500G




94 VA 66 W 0.70


0 VA 0 W 1
Dell PowerEdge T110

CPU Intel Xeon X3430 (Debian Wheezy amd64)
HDD SATA Seagate ST31000340AS 1TB

100 VA 74 W 0.74 68 VA 50 W 0.73


11 VA 2.5 W 0.22
Dell PowerEdge T110 II CPU Intel Xeon E3-1220 V2 @ 3.10GHz (Debian Wheezy amd64)
2x HDD SATA WDC WD30EFRX-68A 3TB (Red)



38 VA 28 W 0.73





HP Proliant N40L HDD SATA WDC WD30EFRX-68A 3TB (Red)
Wake on LAN activé



42 VA 30 W 0.7


14 VA 1.0 W 0.07
Supermicro X7SLA 1 disque 2.5" (Debian Squeeze amd64)


64 VA 30 W 0.47 9 VA 2.2 W 0.23
Zotac CI320 (Celeron N2930) 1 SSD (Debian Wheezy CLI) 14 VA 5.9 W 0.42 4 VA 0.7 W 0.15

APs

Appareil Fonctionnement normal Commentaires
P [VA] P [W] Cos φ PoE
Ubiquiti Unifi 802.11ac 21 10.7 0.50 12.1 ~ 18 (varie sans arrêt) la consommation peut monter encore bien plus haut - devient très chaud (certaines zones > 70°C)
Ubiquiti Unifi 802.11ac Pro 9 2.9 ~ 4.0 0.42 3.6 ~ 5.9 (PoE 802.3at) très variable, mais aussi très en-dessous de l'UPA-AC
Xiaomi MiWiFi Mini 4.0 1.7 0.37 N/A

Micro PCs / ARM

Appareil Description Max Fonctionnement normal Standby / Suspend Eteint / Hibernate
P [VA] P [W]

Cos φ

P [VA] P [W] Cos φ P [VA] P [W] Cos φ P [VA] P [W] Cos φ
MXIII Android TV 12 VA 6 W 0.5 7 VA 3.2 W 0.45 2.3 VA 0.3 W 0.13
Orange Pi Lite Armbian (no GUI) 4.0 VA 1.1 W 0.25
Orange Pi Zero Armbian (no GUI) - mesuré sur l'USB 1.4 W 0.65 W
PCEngines Alix 2D3 (Linux Voyage 0.7.5) 12 VA 3.7 W 0.31
PCEngines APU pfSense 2.2


9~12 VA 4.9~6.3 W 0.52
PCEngines APU2 Debian 8 10 VA 5 W 0.49 7 VA 3.4 W 0.5
Raspberry Pi 2 Octoprint, WiFi (USB), webcam (mesuré sur l'USB / 3 jours) 2.8 W

Arduino & IoT

Appareil Description Fonctionnement normal Standby / Suspend
P [W] P [W]
Sonoff RF Bridge Tasmota 0.42W
Wemos mini D1 Tasmota + BME280 0.4W N/A

Imprimantes

Appareil Max Fonctionnement normal Standby / Suspend Eteint / Hibernate
P [VA] P [W]

Cos φ

P [VA] P [W] Cos φ P [VA] P [W] Cos φ P [VA] P [W] Cos φ
Brother DCP8065DN


24 VA 12 W 0.48

NAS

Appareil Description Max Fonctionnement normal Standby / Suspend Eteint / Hibernate
P [VA] P [W]

Cos φ

P [VA] P [W] Cos φ P [VA] P [W] Cos φ P [VA] P [W] Cos φ
QNAP TS-439 Pro II

4x HDD SATA Hitachi HDS722020ALA330 JKAO 2TB
Wake on LAN activé

65 VA 58 W 0.89 55 VA 48 W 0.88


12 VA 2.0 W 0.17
QNAP TS-569 Pro 5x HDD SATA WDC RED 3TB


52 VA 44 W 0.83


14 VA 1.1 W 0.08
QNAP TS-569 Pro 5x HDD SATA divers (vieux disques, pour test)


66 VA 55 W 0.83





Synology DS916+ 4x HDD WD Red 8TB 85 VA 44 W 0.5 83 VA 35 W 0.42
Synology DS1513+ 5x HDD WD Red 4TB

Switches

Appareil Description Fonctionnement normal Commentaire
P [VA] P [W] Cos φ
Cisco SG220-26 1 port connecté, économie d'énergie activée sur tous les ports 16 VA 6.9 W 0.41
Cisco SG220-26P 1 port connecté, économie d'énergie activée sur tous les ports 43 VA 19 W 0.44
HP ProCurve 1800-8G à vide, aucun port connecté 9 VA 4.5 W 0.47
HP ProCurve 1810-8G à vide, aucun port connecté - « Green Mode » et « Auto Power Down » activés 9 VA 2.5 W 0.27
HP ProCurve 1810-24G à vide, aucun port connecté - « Green Mode » et « Auto Power Down » activés 14 VA 7.8 W 0.56
HP ProCurve 1810-24G v2 à vide, aucun port connecté 16 VA 8.3 W 0.49
Netgear ProSafe GS110TP à vide, aucun port connecté, 8 ports PoE (max 45W) 12 VA 3.9 W 0.33
Unifi Switch 8-60W à vide, aucun port connecté, 4 ports PoE (max 60W) 14 VA 5.8 W 0.40 consomme presque 2x plus que le ZyXEL GS1900-8HP
Unifi Switch 16XG (10 Gbps) à vide, aucun port connecté 20 VA 15.6 W 0.54
ZyXEL GS1900-8HP à vide, aucun port connecté, 8 ports PoE (max 90W) 11 VA 3.0 W 0.26 meilleur score pour un switch 8 ports PoE(+)
ZyXEL GS2210-24 à vide, aucun port connecté - « EEE », « Auto Power Down » et « Short Reach » activés 16 VA 7.8 W 0.47

Téléphones VoIP

Appareil Fonctionnement normal
P [VA] P [W] Cos φ
Cisco SPA122 2 VA 0.5 W (1.5 W en cours de communication) 0.25
Cisco SPA525G2 7 VA 2.6 W 0.37
Snom 370 7 VA 2.3 W 0.33
Yealink T46G 2.3 W (PoE), 2.0 W écran éteint
Yealink W52P 1.1 W (PoE - base seulement)

Divers

Appareil Commentaires Max Fonctionnement normal Standby / Suspend Eteint / Hibernate
P [VA] P [W]

Cos φ

P [VA] P [W] Cos φ P [VA] P [W] Cos φ P [VA] P [W] Cos φ
Google ChromeCast 1 mesuré sur l'USB 2.0 W 1.35 W
Google ChromeCast 2 mesuré sur l'USB 1.8 W 1.25 ~ 1.5 W
Samsung Soundstand HW-600 16 VA 6.6 W 0.4 4 VA 0.2 W 0.03

Références