Un onduleur ne fait pas simplement « l’inverse » d’un redresseur. Il commute une source CC à l’aide de semi-conducteurs, contrôle le moment de ces commutations et filtre souvent le résultat afin de créer une forme d’onde CA adaptée à un moteur, à une interface réseau, à un onduleur sans interruption ou à une charge autonome.

L’architecture commence par un bus CC. Sa tension, sa capacité, son impédance de source et l’ondulation admissible déterminent la quantité d’énergie disponible lors des variations de charge.

La source CC et la charge CA imposent des contraintes différentes ; l’étage de commutation doit satisfaire aux deux.

Les commutateurs créent la polarité et la tension moyenne

Un pont en H utilise quatre commutateurs commandés pour appliquer une tension CC positive ou négative aux bornes d’une charge. La mise en conduction simultanée de la mauvaise paire crée un chemin de court-circuit destructeur, c’est pourquoi les pilotes de grille insèrent un temps mort et imposent des verrouillages.

La modulation de largeur d’impulsion modifie la tension moyenne en faisant varier le rapport cyclique des commutateurs. Dans un onduleur triphasé, des bras de pont coordonnés synthétisent des tensions de phase dont la fréquence fondamentale et l’amplitude peuvent être contrôlées pour un moteur.

La forme d’onde est un spectre

La charge ne reçoit jamais directement du pont une sinusoïde mathématiquement parfaite. Elle reçoit des impulsions de commutation contenant une fondamentale souhaitée ainsi que des harmoniques. L’inductance du moteur filtre une partie de la forme d’onde ; d’autres charges peuvent nécessiter un filtre LC ou un filtre sinusoïdal.

L’alternance des états de commutation inverse le courant, tandis que la modulation de largeur d’impulsion contrôle la forme d’onde de sortie effective.

Les limites d’utilisation apparaissent en dehors de l’onduleur

Les fronts de tension rapides peuvent solliciter l’isolation du moteur, créer des courants dans les roulements et produire une surtension par onde réfléchie sur les câbles longs. Les filtres, le type de câble, la mise à la terre et la fréquence de commutation doivent être choisis en fonction du moteur et de l’installation.

Les charges régénératives peuvent augmenter la tension du bus CC. Le système peut nécessiter une résistance de freinage, un redresseur actif ou une voie de stockage d’énergie. La protection d’entrée, la précharge, les fusibles CC, les capteurs thermiques et l’isolement des défauts sont tout aussi importants.

Les options d’entraînement industriel sont regroupées dans la section entraînements et commande de mouvement, tandis que le matériel de conversion complémentaire peut être consulté dans la section alimentations.

Le rendement définit une plage de fonctionnement

Les pertes par conduction, les pertes de commutation, les composants magnétiques et le refroidissement déterminent le rendement et la puissance disponible. Une fréquence de commutation plus élevée peut améliorer la qualité de la forme d’onde tout en augmentant la chaleur. Un déclassement peut être nécessaire en fonction de l’altitude, de la température ambiante, des conditions dans l’enceinte ou du refroidissement du moteur à basse vitesse.

Point de vue de l’auteur : la question utile n’est pas de savoir si un onduleur produit du CA, mais si l’ensemble source–convertisseur–câble–charge reste maîtrisé sur les plans électrique et thermique lors du démarrage, de la régénération, des défauts et du fonctionnement continu.