Onduleur sans transformateur - Tout ce que vous devez savoir

Parfois, la technologie peut faire des pas de géant pour la communauté collective. La technologie sans transformateur est l'un de ces développements. Il offre aux services publics, aux producteurs d'électricité indépendants et aux intégrateurs une alimentation électrique illimitée et une complexité réduite. Cela signifie que les deux types les plus courants d'installations photovoltaïques commerciales peuvent utiliser des méthodes plus efficaces et réduire les coûts.

Les onduleurs sans transformateur sont plus petits et plus légers que leurs homologues à transformateur, ce qui peut être une raison majeure de les envisager.

Lisez la suite pour découvrir comment fonctionnent les onduleurs sans transformateur, les meilleurs circuits pour eux, les considérations d'installation et leurs avantages.

Qu'est-ce qu'un onduleur sans transformateur ?

Un onduleur convertit l'électricité à courant continu (CC) à basse tension en électricité à courant alternatif (CA) à haute tension, que les appareils utilisent.

Plutôt que d'avoir besoin d'un transformateur interne pour convertir l'énergie, un onduleur sans transformateur peut augmenter la tension à l'aide d'un processus informatisé en plusieurs étapes. Les composants électroniques de l'onduleur transforment l'alimentation CC basse fréquence en CA haute fréquence. Ensuite, il reconvertit l'alimentation en courant continu et enfin en tension alternative à fréquence standard.

3 meilleurs circuits pour les onduleurs sans transformateur

Les trois meilleures configurations de circuit pour les onduleurs sans transformateur sont l'IC 4047, une conception compacte de 200 watts, et les circuits d'onduleur solaire. Ils sont petits, relativement simples et dépendent de la batterie ou de l'énergie solaire plutôt que d'un transformateur interne.

IC 4047

Fig 4 : IC 4047

L'IC 4047 est l'un des circuits les plus simples que vous puissiez utiliser pour un onduleur sans transformateur. Il ne nécessite pas d'amorçage ni de circuits intégrés de pilote spéciaux.

Cependant, il est deux à trois fois plus grand que les dispositifs à canal N similaires avec une tolérance thermique réduite et des spécifications de courant accrues. Ainsi, les concepteurs l'évitent pour les unités professionnelles et commerciales.

Comment ça marche

L'IC 4047 est un multivibrateur de faible puissance que vous pouvez utiliser en mode MV astable ou monostable. Vous pouvez intégrer des entrées de déclenchement externes en mode astable (véritable déclenchement ou complément de déclenchement). En mode monostable, vous pouvez déclencher le front positif ou le front négatif du CI.

Sa fonction de redéclenchement vous permet d'étendre le délai de sortie à la quantité dont vous avez besoin.

Il dispose également d'un oscillateur intégré qui permet des options de fréquence variable avec un réseau RC externe.

Configuration

• Puissance : Batteries évaluées pour 190 V lorsqu'elles sont complètement chargées et 160 V lorsqu'elles sont modérément chargées
• IC 555 :PWM
• CI Opamp :configuré comme un comparateur avec des ondes triangulaires pour traiter les SPWM requis
• Commutateur de tampon BJTs  :défini en fonction des impulsions SPWM avec des MOSFET côté bas commutés sur le même schéma
• MOSFET  :doit être conçu pour la gestion d'un onduleur sans transformateur de 3 kva (tel que l'IRFB4137PBF-ND)
• Noyau de ferrite :au lieu d'un transformateur en fer lourd

Test de fréquence

Utilisez la formule suivante, mesurant f en Hz, Rt en Ohms et Ct en Farads :

f =1/1.453 x Rt x Ct

Vous voudrez tester la sortie de la plage de fréquences avec un fréquencemètre numérique jusqu'à ce que vous obteniez les résultats souhaités.

Liste des pièces

• C1 = 0,1 uF/PPC 
• R1 =56k
• Résistance IC broche 10/11 =330 ohms - 2nos 
• MOSFET canal P supérieur =FQP4P40 - 2nos
• MOSFET canal N inférieur =IRF740 =2nos
• Résistances de grille MOSFET =100k - 2nos
• Opto-coupleurs =4N25 – 2 nos
• Diodes Zener =12 V, 1/2 watt – 2 nos

Conception compacte de 200 watts

La configuration de 200 watts est simple et efficace, ne nécessitant aucun transformateur lourd. Les batteries qui l'alimentent ne prennent pas beaucoup de place et délivrent 110 V AC à 200 watts.

Comment ça marche

Le circuit inverseur simple de 200 watts utilise une tension d'entrée CC haute tension provenant de dix-huit batteries de 12 volts. Le circuit intégré a besoin d'une tension de fonctionnement stricte de 5 à 15 volts, qui provient donc de l'une des batteries de 12 volts.

Configuration

• Puissance : dix-huit batteries 12 volts en série
• Oscillateur :porte N1 (depuis l'IC 4093)
• CI :entrée de l'une des batteries 12 volts, appliquée à la sortie IC appropriée
• Pour une véritable inversion d'onde sinusoïdale  :utilisez un générateur d'onde sinusoïdale au lieu d'un oscillateur d'entrée

Liste des pièces

• Batterie =12V/4AH, 18 unités
• D1 =1N4148
• CI NAND =4093,
• Q1, Q2 =MPSA92
• Q3 =MJE350
• Q4, Q5 =MJE340
• Q6, Q7 =K1058,
• Q8, Q9 =J162

Circuit d'onduleur solaire sans transformateur

Fig 3:Système de circuit d'onduleur solaire sans transformateur

Une conception de circuit d'onduleur solaire sans transformateur élimine un transformateur en utilisant des MOSFET haute tension pour exploiter l'énergie solaire. Un régulateur de tension peut aider à réguler les fluctuations de puissance en fonction de la perte de puissance et du gain dû aux fluctuations de la lumière du soleil.

Comment ça marche

Les circuits d'onduleurs solaires sans transformateur convertissent l'énergie solaire en courant alternatif. Ils ont trois étages principaux :les étages d'oscillateur, de sortie et d'alimentation.

Configuration

• Puissance :panneaux solaires avec une plage de tension en circuit ouvert de 17 V (crépuscule) à 24 V (plein soleil), alimentés en B1 et B2
• Résistance de chute et diode Zener :limite à 15V de tension zener
• Stabilisateur de tension : pour réguler la tension de sortie solaire entre les jours ensoleillés et nuageux, qui peut aller de 170 V à 260 V
• Mosfets :Types N et P évalués à 450 V et 5 ampères
• Oscillateur :IC 555
• Sortie :MOSFET de puissance haute tension

Formules pour R₁ , R₂ , et C₁

T₁ =0.7(R₁ +R₂ )C et T₂ =0.7R₁ C

donc

T=0.7(R₁ +2R₂ )C ou f=1.4/(R₁ +2R₂ )C

où

T₁ =période haute, T₂ =période basse, T =période totale et f =fréquence

Liste des pièces

• B1 et B2 =du panneau solaire
• C1 =0,1 uF
• Diodes =sont 1N4148
• R1 =6K8
• R2 =140 K
• R3 = 10 K, 10 watts
• R4, R5 =100 Ohms, 1/4 watt
• Z1 =5,1 V 1 watt

Alternativement, vous pouvez installer un circuit inverseur à pont en H complet. L'avantage est que vous n'aurez besoin d'installer qu'un seul panneau solaire pour avoir une sortie de 220 V.

Fig 5 : Système de circuit d'onduleur solaire sans transformateur

Une conception de circuit d'onduleur solaire sans transformateur élimine un transformateur en utilisant des MOSFET haute tension pour exploiter l'énergie solaire. Un régulateur de tension peut aider à réguler les fluctuations de puissance en fonction de la perte de puissance et du gain dû aux fluctuations de la lumière du soleil.

Configuration

• Puissance :panneaux solaires avec une plage de tension en circuit ouvert de 17 V (crépuscule) à 24 V (plein soleil), alimentés en B1 et B2
• Résistance de chute et diode Zener :limite à 15V de tension zener
• Stabilisateur de tension : pour réguler la tension de sortie solaire entre les jours ensoleillés et nuageux pouvant aller de 170 V à 260 V
• Mosfets :Types N et P évalués à 450 V et 5 ampères
• Oscillateur :IC 555
• Sortie :MOSFET de puissance haute tension

Formules pour R₁ , R₂ , et C₁

T₁ =0.7(R₁ +R₂ )C et T₂ =0.7R₁ C

donc

T=0.7(R₁ +2R₂ )C ou f=1.4/(R₁ +2R₂ )C

où

T₁ =période haute, T₂ =période basse, T =période totale et f =fréquence

Liste des pièces

• B1 et B2 =du panneau solaire
• C1 =0,1 uF
• Diodes =sont 1N4148
• R1 =6K8
• R2 =140 K
• R3 = 10 K, 10 watts
• R4, R5 =100 Ohms, 1/4 watt
• Z1 =5,1 V 1 watt

Alternativement, vous pouvez installer un circuit inverseur à pont en H complet. L'avantage est que vous n'aurez besoin d'installer qu'un seul panneau solaire pour avoir une sortie de 220 V.

Considérations d'installation des onduleurs sans transformateur

Fig 4 :Ouvriers qui installent et testent des onduleurs sans transformateur

L'utilisation d'onduleurs traditionnels signifie que chacun doit être associé à un transformateur d'isolement unique ou personnalisé. La puissance diminue immédiatement puisque les transformateurs isolés sont efficaces à 99 % au maximum. De plus, la taille encombrante et la limite de portée vous gênent immédiatement. Onduleurs sans transformateur reliés directement au bâtiment ou au sous-panneau s'il est de taille suffisante.

Sans le transformateur lourd, la conception est légère et maniable, ce qui augmente les options d'installation. J'éliminerais également les quantités massives de câblage CC ainsi que la longueur et le coût du câblage CA. Vous pouvez connecter plusieurs onduleurs parallèles sans transformateurs en utilisant l'alimentation directe pour une performance plus stable.

Différences entre les onduleurs à transformateur et sans transformateur

La principale différence entre les onduleurs sans transformateur et les onduleurs traditionnels est le transformateur lui-même. L'absence de transformateur libère de l'espace pour un design plus propre, plus léger et direct. Cela le rend également plus efficace. Le processus informatisé et les composants électriques améliorés remplacent un transformateur.

Ces alimentations sans coupure sont désormais courantes dans les environnements de centres de données avec des installations plus petites. Ils sont disponibles dans une gamme de puissances allant de moins de 10 kVA à environ 300 kVA.

Avantages de l'utilisation d'un onduleur sans transformateur

Fig 5 :Onduleur léger et compact sans transformateur

Les onduleurs sans transformateur sont plus efficaces que les onduleurs conventionnels et capables d'éviter les pertes d'énergie internes. Il élimine également les coûts de composants supplémentaires dus à l'absence de transformateur, qui est encombrant et volumineux. Les versions sans transformateur sont légères et compactes et utilisent une commutation électronique plutôt que mécanique.

Les onduleurs sans transformateur ont également moins de bruit mécanique et moins de chaleur provenant des composants mécaniques. Dans l'ensemble, ces propriétés rendent la construction moins chère car elles n'ont pas besoin de ventilateurs de refroidissement, de transformateurs et d'autres composants encombrants.

Les onduleurs conventionnels fonctionnent via un seul PowerPoint. Cela signifie que les performances d'un composant faible réduiront la sortie CC globale. Avec les onduleurs sans transformateur, vous pouvez les installer dans deux directions différentes tout en générant une sortie CC.

Conclusion

Dans l'ensemble, les onduleurs sans transformateur sont rentables en raison des composants électriques moins nombreux et plus efficaces. Vous avez le choix entre différentes options avec les circuits, mais l'avantage global des modèles sans transformateur est la polyvalence. L'utilisation d'appareils et d'appareils électroniques plus petits et plus compacts permet une production et un coût moins chers pour le consommateur.

Les options de circuit dépendent du type de sortie CC requise. Alternativement, les composants sans transformateur offrent l'avantage de la vitesse et de l'efficacité. Cette technologie se développe et s'améliore depuis des décennies et révolutionnera la consommation électronique dans le futur.