Comprendre les Onduleurs : Guide Complet pour Étudiants en Génie Électrique et Électronique

Introduction :

Cet article explique ce qu'est un onduleur, sa fonction et son principe de fonctionnement. On les trouve dans les installations photovoltaïques pour fournir du courant alternatif aux maisons et bureaux, et dans les « variateurs de fréquence » pour contrôler vitesse, couple et sens de rotation des moteurs asynchrones (ventilateurs, pompes, compresseurs).

Qu'est-ce qu'un onduleur ?

Deux types de courant : Courant Continu (CC) et Courant Alternatif (CA). CC : lampe de poche, panneaux solaires, batteries, petits appareils à circuits imprimés. CA : prise murale, alimente la maison. Chacun a ses limites ; conversion souvent nécessaire.

Un onduleur convertit le CC en CA. À l'oscilloscope : CC = ligne droite continue (courant unidirectionnel, tension max). CA = onde sinusoïdale, tension alterne entre pics positif et négatif par cycle. Courant « va et vient ».

Fonctionnement d'un Onduleur

Circuit : source CC alimente charge CA. Quatre interrupteurs pour convertir CC en CA. Paires : quand 1 et 4 ferment, 2 et 3 ouvrent, et vice-versa. La charge voit un courant alternatif bien qu'alimentée en CC.

Une paire ouverte → courant côté droit de la charge. L'autre paire → côté gauche. La charge subit un courant alternatif.

Pas d'onde sinusoïdale mais onde carrée (commutation brutale) → peut endommager la charge. Lissage nécessaire : diodes, IGBT, MOSFET, etc.

Utilisation des IGBT dans les Onduleurs :

IGBT (Transistor Bipolaire à Grille Isolée) : composant semi-conducteur 3 bornes. Circuit pour moteur :

Source CC, charge CA, IGBT pilotés par contrôleur. IGBT par paires. À la mise sous tension, le contrôleur commute une paire d'IGBT pour laisser passer le courant pendant une durée limitée → moteur voit courant alternatif.

Contrôle de Vitesse Moteur par Onduleur :

IGBT s'ouvrent/ferment par pulsations multiples par cycle : modulation de largeur d'impulsion (MLI/PWM). Cycle divisé en segments ; contrôleur dicte la durée de fermeture par segment. Courant variable → puissance moyenne par segment = onde sinusoïdale. Plus de segments = onde plus lisse. Moteur voit un courant alternatif sinusoïdal.

Le contrôleur règle le temps d'ouverture des IGBT → contrôle fréquence et longueur d'onde du signal → contrôle vitesse, couple, sens du moteur.

Applications des Onduleurs :

• Adaptateurs voiture, applications bureau/maison, systèmes réseau étendus.
• Installations photovoltaïques (courant).
• Intégrés aux variateurs de fréquence pour contrôler moteurs CA (vitesse, couple, sens).
• Systèmes CVC (chauffage, ventilation, climatisation) industriels/commerciaux.
• Onduleurs (UPS - alimentation sans interruption).
• Systèmes solaires.
• Ventilateurs centrifuges, mélangeurs, pompes, convoyeurs, extrudeuses, etc.