Présentation volontairement simplifiée de l'onduleur en pont destinée aux BTS MAI
Afin d'alimenter les moteurs à courant alternatif par une (ou trois en triphasé ) tension(s) sinusoïdale(s) sans faire appel au réseau EDF, ou pour disposer d'une source de tension à fréquence variable, il faut utiliser un onduleur.
Le principe de l'onduleur réside en une conversion continu-alternatif.
Une source de tension constante E reliée à un dispositif d'interrupteurs commandés est par définition une hacheur ou un onduleur.
Si la tension de sortie de ce dispositif reste de signe constant, avec un rapport de cycle variable, c'est un hacheur, si la tension de sortie du dispositif est une tension à alternance de signe, c'est un onduleur.
Un onduleur monophasé est constitué par 8 commutateurs de courants placés en Pont PD2
soit: - 4 interrupteurs à amorçage- blocage commandés à une période T, fonctionnant en simultané sur chaque diagonale du pont, mais par alternance de demi-période.
- 4 diodes de récupération si la charge peut rendre de l'énergie électrique lorsqu'elle n'est plus alimentée ( comme les charges inductives: bobines, enroulements moteur statoriques )
figure et principe de fonctionnement sur la figure ci-dessous, où la charge est une bobine réelle (r;L) :
Les interrupteurs commandés passent de l'état bloqué (b) à l'état passant (a) aux instants tau et tau + T/2 où T est une période constante.
4 phases sont représentées sur mes schémas, et se déroulent ainsi:
A: de tau à T/2 --> amorçage de deux interrupteurs en diagonale 1 2' , mise sous tension E de la charge ( ici un enroulement rL )
B: de T/2 à tau + T/2 --> blocage de ces interrupteurs, décharge de l'enroulement dans les diodes de la diagonale croisée 2 1'
C: de tau+T/2 à T --> amorçage de deux interrupteurs en diagonale 1' 2 , mise sous tension E de la charge.
D: de T à tau + T ( soit aussi de 0 à tau retrospectivement si on considère le cycle sans début ni fin) blocage de ces interrupteurs, décharge de l'enroulement dans les diodes de la diagonale croisée 1 2'
Il faut étudier avec soin les sens et signe des tensions et courants aux bornes de la charge, ainsi que le signe de leur dérivée ( croissance et décroissance de i en particulier ).
Enfin, en terme d'énergie et de puissance:
Les phases représentées en rouge correspondent à une puissance positive p = u i > 0 aux bornes de la charge, en bleu à une puissance négative p = ui < 0
Un tel onduleur permet de polariser un moteur asynchrone ( ou un moteur synchrone) en tension statorique alternative à partir d'une source de tension continue .
Les phases dites de charge A et C correspondent à une consommation d'énergie électrique par le moteur, déchargeant la batterie. Le moteur y est donc récepteur.
Les phases dites de récupération B et D correspondent à une fourniture d'énergie électrique par le moteur à la batterie. Le moteur y est donc générateur.
Cas prticulier des onduleurs triphasés
En régime triphasé, le principe de l'onduleur reste le même, excepté qu'il y a 3 phases et que cela conduit à des schémas plus lourds.
Ainsi:
Problème des harmoniques:
que ce soit en mono ou en triphasé, se pose le problème des harmoniques présentent dans le signal de tension u(t).
le calcul de Fourier montre que la tension échelon périodique, symétrique en temps ( par rapport à T/2) et en valeur algèbrique de tension ( -E ,+ E pour faire simple) se développe sur une fonction du type " harmoniques sinus ordre impair "
u(t) = 1,3 E sin( wt ) + 0,63 E sin( 3wt) + 0,42 e sin ( 5wt)+ ...+ 4E / (pi n) sin( nwt) + ...
où n est un nombre impair et w = 2pi/T est la pulsation de l'harmonique fondamentale nombre fixé par la fréquence des commandes a et b des interrupteurs commandés.
Comme on le constate, un harmonique de rang 3 et un de rang 5 apparaissent de façon importante dans le résultat.
Afin d'épurer au mieux la tension u en tension fondamentale ( ou presque ), c'est à dire de sélectionner une tension alternative en sin (wt) , on procède à la commande dite décalée des interrupteurs du pont.
à suivre ...
je vais traiter l'onduleur décalé dans un nouvel article
