Qu'est-ce qu'un onduleur de tension, comment ça marche, l'utilisation d'un onduleur

Des alimentations électroniques spéciales appelées onduleurs sont utilisées pour convertir le courant continu en courant alternatif. Le plus souvent, un onduleur convertit une tension continue d'une amplitude en une tension alternative d'une autre amplitude.

Par conséquent, l'onduleur est un générateur de tension changeant périodiquement, tandis que la forme d'onde de tension peut être sinusoïdale, quasi sinusoïdale ou pulsée... Les onduleurs sont utilisés à la fois comme dispositifs indépendants et dans le cadre de systèmes d'alimentation sans interruption (UPS).

Dans le cadre des sources d'alimentation sans interruption (UPS), les onduleurs permettent, par exemple, de recevoir une alimentation continue des systèmes informatiques, et si la tension disparaît soudainement dans le réseau, l'onduleur commencera immédiatement à fournir à l'ordinateur l'énergie obtenue à partir de la batterie de secours. Au moins, l'utilisateur aura le temps d'éteindre et d'éteindre l'ordinateur.

Les alimentations sans interruption plus grandes utilisent des onduleurs plus puissants avec des batteries de grande capacité qui peuvent alimenter de manière autonome les consommateurs pendant des heures, quel que soit le réseau, et lorsque le réseau revient à la normale, l'onduleur commutera automatiquement les consommateurs directement sur le secteur et les batteries commenceront à se charger.

Le côté technique

Dans les technologies modernes de conversion de l'électricité, l'onduleur ne peut agir que comme une unité intermédiaire, où sa fonction est de convertir la tension par une transformation à haute fréquence (dizaines et centaines de kilohertz). Heureusement, aujourd'hui, ce problème peut être facilement résolu, car pour le développement et la conception d'onduleurs, des commutateurs à semi-conducteurs capables de supporter des courants de centaines d'ampères, des noyaux magnétiques avec les paramètres nécessaires et des microcontrôleurs électroniques spécialement conçus pour les onduleurs (y compris résonnants) sont disponibles.

Les exigences pour les onduleurs, ainsi que pour les autres appareils électriques, incluent: un rendement élevé, une fiabilité, des dimensions et un poids les plus petits possibles. Il est également nécessaire que l'onduleur supporte le niveau autorisé d'harmoniques plus élevés dans la tension d'entrée et ne crée pas de bruit d'impulsion inacceptable pour les utilisateurs.

Dans les systèmes avec des sources d'électricité "vertes" (panneaux solaires, éoliennes) pour fournir de l'électricité directement au réseau général, des onduleurs Grid-tie sont utilisés, qui peuvent fonctionner de manière synchrone avec le réseau industriel.

Pendant le fonctionnement de l'onduleur de tension, la source de tension constante est périodiquement connectée au circuit de charge avec une polarité variable, tandis que la fréquence des connexions et leur durée sont formées par un signal de commande provenant du contrôleur.

Le contrôleur de l'onduleur remplit généralement plusieurs fonctions: réguler la tension de sortie, synchroniser le fonctionnement des commutateurs à semi-conducteurs, protéger le circuit contre les surcharges. En général, les onduleurs sont divisés en : onduleurs autonomes (onduleurs de courant et de tension) et onduleurs dépendants (pilotés par le réseau, pilotés par le réseau, etc.)

Circuit inverseur

Les commutateurs à semi-conducteurs de l'onduleur sont contrôlés par le contrôleur et disposent de diodes shunt inversées. La tension de sortie de l'onduleur, en fonction de la puissance actuelle de la charge, est ajustée en modifiant automatiquement la largeur d'impulsion dans le convertisseur haute fréquence, dans le cas le plus simple PWM (modulation de largeur d'impulsion).

Les alternances de la tension basse fréquence de sortie doivent être symétriques pour que les circuits de charge ne reçoivent en aucun cas une composante constante significative (pour les transformateurs, cela est particulièrement dangereux), pour cela la largeur d'impulsion du bloc BF (dans le cas le plus simple) est rendue constante .

Dans le contrôle des commutateurs de sortie de l'onduleur, un algorithme est utilisé qui assure un changement séquentiel des structures du circuit de puissance: direct, court-circuit, inverse.

D'une manière ou d'une autre, la valeur de puissance de charge instantanée à la sortie de l'onduleur a le caractère d'ondes à double fréquence, par conséquent, la source primaire doit permettre un tel mode de fonctionnement lorsque des courants d'ondulation la traversent et résister à un niveau d'interférence correspondant (à l'entrée de l'onduleur).

Si les premiers onduleurs étaient exclusivement mécaniques, il existe aujourd'hui de nombreuses options pour les circuits onduleurs à semi-conducteurs et il n'y a que trois schémas typiques : un pont sans transformateur, un poussoir avec la borne zéro du transformateur, un pont avec un transformateur.

Le circuit en pont sans transformateur se trouve dans les alimentations sans interruption de 500 VA et les onduleurs automobiles. Le circuit coulissant avec la borne neutre du transformateur est utilisé dans les onduleurs de faible puissance (pour ordinateurs) d'une capacité allant jusqu'à 500 VA, où la tension de la batterie de secours est de 12 ou 24 volts. Le circuit en pont avec un transformateur est utilisé dans de puissantes sources d'alimentation sans interruption (pour des unités et des dizaines de kVA).

Forme d'onde de tension de sortie

Dans les onduleurs de tension rectangulaires, un groupe de commutateurs à diodes inversées est commuté à la sortie de manière à produire une tension alternative aux bornes de la charge et à fournir un mode de circulation contrôlé dans le circuit. énergie réactive.

Les éléments suivants sont responsables de la proportionnalité de la tension de sortie : la durée relative des impulsions de commande ou le déphasage entre les signaux de commande des groupes de touches. En mode de circulation de puissance réactive non contrôlée, l'utilisateur influence la forme et l'amplitude de la tension de sortie de l'onduleur.

Dans les onduleurs de tension avec une sortie en forme de marche, le préconvertisseur haute fréquence forme une courbe de tension à marche unipolaire, se rapprochant approximativement de la forme d'une onde sinusoïdale dont la période est la moitié de la période de la tension de sortie. Le circuit en pont LF convertit ensuite la courbe étagée unipolaire en deux moitiés d'une courbe bipolaire qui ressemble à peu près à une onde sinusoïdale.

Dans les onduleurs de tension avec une forme sinusoïdale (ou quasi sinusoïdale) de la sortie, le pré-convertisseur haute fréquence génère une tension constante proche en amplitude de la future sortie sinusoïdale.

Le circuit en pont forme alors une variable basse fréquence à partir d'une tension constante, au moyen de plusieurs PWM, lorsque chaque paire de transistors dans chaque demi-cycle de formation de l'onde sinusoïdale de sortie est ouverte plusieurs fois pendant un temps variant selon la loi harmonique . Un filtre passe-bas extrait ensuite un sinus de la forme d'onde résultante.

Circuits de pré-conversion HF dans les onduleurs

Les circuits de préconversion haute fréquence les plus simples dans les onduleurs sont auto-générateurs. Ils sont assez simples en termes de mise en œuvre technique et sont assez efficaces à de faibles puissances (jusqu'à 10-20 W) pour alimenter des charges qui ne sont pas critiques pour le processus d'alimentation. La fréquence des oscillateurs ne dépasse pas 10 kHz.

La rétroaction positive dans de tels dispositifs est obtenue en saturant le circuit magnétique du transformateur. Mais pour les onduleurs puissants, de tels schémas ne sont pas acceptables, car les pertes dans les commutateurs augmentent et le rendement est finalement faible.Aussi, tout court-circuit en sortie interrompt les auto-oscillations.

Les meilleurs circuits des convertisseurs haute fréquence préliminaires sont le retour rapide (jusqu'à 150 W), le push-pull (jusqu'à 500 W), le demi-pont et le pont (plus de 500 W) des contrôleurs PWM, où la fréquence de conversion atteint des centaines de kilohertz.

Types d'onduleurs, modes de fonctionnement

Les onduleurs de tension monophasés sont divisés en deux groupes : à onde sinusoïdale pure en sortie et à onde sinusoïdale modifiée.La plupart des appareils modernes permettent une forme simplifiée du signal du réseau (onde sinusoïdale modifiée).

Une onde sinusoïdale pure est importante pour les appareils qui ont un moteur électrique ou un transformateur à l'entrée, ou s'il s'agit d'un appareil spécial qui ne fonctionne qu'avec une onde sinusoïdale pure à l'entrée.

Les onduleurs triphasés sont généralement utilisés pour générer du courant triphasé pour les moteurs électriques, par exemple pour l'alimentation moteur asynchrone triphasé… Dans ce cas, les enroulements du moteur sont directement connectés à la sortie de l'onduleur. En termes de puissance, l'onduleur est sélectionné en fonction de sa valeur crête pour l'utilisateur.

En général, il existe trois modes de fonctionnement de l'onduleur : démarrage, continu et surcharge. En mode démarrage (charge de la capacité, démarrage du réfrigérateur) la puissance peut doubler la puissance de l'onduleur en une fraction de seconde, ceci est acceptable pour la plupart des modèles. Mode continu - correspondant à la valeur nominale de l'onduleur. Mode surcharge - lorsque la puissance de l'utilisateur est 1,3 fois supérieure à celle nominale - dans ce mode, l'onduleur moyen peut fonctionner pendant environ une demi-heure.