Qu'est-ce qu'un onduleur ? Un guide pour débutants pour les étudiants en génie électrique et électronique

Introduction :

Dans cet article, nous allons vous expliquer ce qu'est un onduleur, quelle est sa fonction et quel est son principe de fonctionnement. Vous trouverez des onduleurs dans les panneaux photovoltaïques pour fournir une alimentation CA à utiliser dans les maisons et les bureaux. Vous les trouverez également dans les « variateurs de fréquence » pour contrôler la vitesse, le couple et le sens de rotation des moteurs à induction AC dans les ventilateurs, les pompes et les compresseurs.

Qu'est-ce qu'un onduleur ?

Allons d'abord à l'essentiel. Vous connaissez probablement les deux types d'alimentation électrique, à savoir le courant continu (CC) et le courant alternatif (CA). Le courant continu est celui que vous utiliseriez probablement pour une lampe de poche de base, des panneaux solaires ou des batteries, et de petits produits électriques avec des circuits imprimés. Mais quand on parle d'appareils électroménagers plus gros, l'électricité fonctionne tout à fait différemment. L'alimentation de votre prise murale est basée sur le courant alternatif (CA) et est utilisée pour alimenter votre maison. Les deux types ont leurs propres limites et nous devons donc souvent convertir une forme à l'autre afin de maximiser leur utilisation.

Un onduleur est un appareil qui peut faire cela pour vous :convertir le courant continu en courant alternatif. Vous pouvez utiliser un oscilloscope pour observer le signal des deux types de puissances. Le courant continu vous fournira un courant qui circule essentiellement dans une direction avec une tension maximale ; vous verrez une seule ligne droite continue. D'un autre côté, pour le courant alternatif, vous verrez un motif semblable à une onde sinusoïdale avec la tension alternant entre les points positifs et négatifs de crête en un cycle. Le courant fait essentiellement des allers-retours.

Fonctionnement d'un onduleur

Pour comprendre le fonctionnement d'un onduleur, considérons un circuit dans lequel une source CC est utilisée pour alimenter un appareil CA. Pour convertir le courant continu en courant alternatif, il y a quatre commutateurs. Les interrupteurs sont appariés de telle sorte que lorsque les interrupteurs 1 et 4 se ferment, les interrupteurs 2 et 3 s'ouvrent et vice-versa. Par conséquent, la charge subira un courant alternatif bien qu'elle soit connectée à une source CC.

Lorsqu'une paire d'interrupteurs est ouverte, le courant passe par le côté droit de l'appareil CA. De même, lorsque la deuxième paire d'interrupteurs correspondante est ouverte, le courant passe par le côté gauche du dispositif CA. Et ainsi, l'appareil connaîtra un courant alternatif.

L'appareil ne subira pas d'onde sinusoïdale ; au lieu de cela, la commutation soudaine se traduira par une onde carrée. Cette onde peut effectivement endommager l'appareil électrique et il faut donc la lisser. Pour cela, les ingénieurs utilisent certains composants électriques tels que des diodes, des IGBT et des MOSFET, etc. 

Utilisation des IGBT dans les onduleurs : 

Un IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) est un dispositif semi-conducteur à trois bornes. Considérons maintenant le circuit illustré ci-dessous pour un moteur.

Il y a une source CC et une charge CA, et un tas d'IGBT connectés à un contrôleur. Chaque IGBT recevra un signal du contrôleur lui indiquant quand s'ouvrir et se fermer. Les IGBT sont jumelés.

Lorsque vous mettez le circuit sous tension, le contrôleur active une paire d'IGBT pour permettre au courant de les traverser pendant une période de temps limitée et ainsi le moteur subira un courant alternatif.

Utilisation d'onduleurs pour contrôler la vitesse du moteur :

Les IGBT s'ouvrent et se ferment de manière pulsée plusieurs fois par cycle, ce qui est également connu sous le nom de modulation de largeur d'impulsion. Le cycle lui-même est décomposé en segments plus petits et le contrôleur indique aux IGBT combien de temps rester fermé pour chaque segment plus petit. De cette manière, les IGBT permettent à différentes quantités de courant de circuler dans le moteur.

En conséquence, la puissance moyenne par segment se traduit par un modèle d'onde sinusoïdale. Plus nous divisons le cycle en segments plus petits, plus l'onde sinusoïdale sera lisse. Et ainsi, le moteur connaîtra un courant alternatif sinusoïdal.

Le contrôleur peut ensuite être utilisé pour contrôler la durée d'ouverture d'un certain IGBT pour contrôler la fréquence et la longueur d'onde correspondantes du signal qui contrôlera la vitesse, le couple et la direction du moteur.

Utilisations des onduleurs : 

Les onduleurs ont de nombreuses applications et utilisations :

• Ils sont utilisés dans les petits adaptateurs de voiture pour le bureau, les applications domestiques et les systèmes à grand réseau.
• Une application courante se trouve dans les panneaux photovoltaïques.
• Ils sont intégrés dans les variateurs de fréquence pour contrôler la vitesse, le couple et la direction des moteurs à courant alternatif.
• Ils sont utilisés dans les systèmes CVC pour les propriétés industrielles et commerciales.
• Ils peuvent être utilisés comme UPS (Alimentation Sans Interruption).
• Ils sont utilisés dans les systèmes d'énergie solaire.
• Ils peuvent être utilisés dans des ventilateurs centrifuges, des mélangeurs, des pompes, des convoyeurs, des extrudeuses, etc.