Présentation
Auteur(s)
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Henri FOCH : Professeur des universités - Laboratoire d’Électrotechnique et d’Électronique industrielle ENSEEIHT de Toulouse
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François FOREST : Professeur des universités - Laboratoire d’Électricité Signaux et Robotique - École Normale supérieure de Cachan
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Thierry MEYNARD : Chargé de recherche au CNRS - Laboratoire d’Électrotechnique et d’Électronique industrielle ENSEEIHT de Toulouse
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Lire l’articleINTRODUCTION
Les onduleurs de tension constituent une fonction incontournable de l’ électronique de puissance, présente dans les domaines d’applications les plus variés, dont le plus connu est sans doute celui de la variation de vitesse des machines à courants alternatifs. La forte évolution de cette fonction s’est appuyée, d’une part, sur le développement de composants à semi-conducteurs entièrement commandables, puissants, robustes et rapides, d’autre part, sur l’utilisation quasi-généralisée des techniques dites de « modulation de largeur d’impulsion » (MLI ou Pulse Width Modulation, PWM, dans le jargon anglo-saxon), ces dernières s’appuyant sur les performances en fréquence de découpage permises par les premiers. Au caractère « noble » de cette fonction (convertisseurs entièrement réversibles, forme sophistiquée de la conversion d’énergie) correspondent des applications particulièrement intéressantes. L’objectif de cet exposé est donc de présenter l’architecture et les modes de commande de ces onduleurs, leurs principales applications, des plus classiques aux plus récentes.
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1. Domaines d’applications classiques
Les deux grands domaines d’application classiques des onduleurs de tension sont les alimentations de secours et les entraînements à vitesse variable. Ils sont également caractéristiques de deux grandes familles, respectivement celle des systèmes à fréquence fixe et celle des systèmes à fréquence variable.
Nous nous appuierons donc sur une rapide description de ces deux exemples bien connus pour rappeler quelques éléments fondamentaux, tant sur le plan structurel que fonctionnel, éléments qui seront nécessaires pour introduire une généralisation des propriétés de cette fonction de conversion.
1.1 Configuration typique à fréquence fixe
Un exemple de configuration typique à fréquence fixe est celui de l’ onduleur d’alimentation sans interruption (ASI) qui permet de pallier les défaillances d’un réseau alternatif en recréant la tension correspondante à partir d’une batterie. La figure 1 montre le schéma de principe de l’étage de conversion DC-AC (courant continu − courant alternatif ou direct current − alternating current) dans une hypothèse monophasée. On y distingue principalement deux types de circuits, l’étage de conversion proprement dit, constitué de deux cellules de commutation (pont monophasé), et des filtres passifs.
Cette cellule de commutation est à la base de la majorité des structures d’onduleurs de tension. Élaborée à partir d’interrupteurs entièrement commandables à trois segments (transistors T bipolaire ou MOS, GTO, IGBT, associés chacun à une diode antiparallèle D), elle est réversible en courant. Elle peut être considérée comme une phase élémentaire d’un quelconque onduleur polyphasé classique, dans la mesure où elle est utilisée en mode différentiel (seule, la cellule ne peut délivrer de tension purement alternative). En monophasé, cela suppose l’utilisation d’une source continue double (point milieu capacitif) ou l’association de deux bras, comme c’est le cas dans notre exemple. Les propriétés et la commande de cette cellule sont essentielles dans le cadre de l’élaboration des onduleurs et nous reviendrons donc sur ces aspects dans le paragraphe suivant.
Dans toute la suite de l’article, nous ferons apparaître dans la cellule le symbole de l’IGBT, afin de présenter aux lecteurs un symbole...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - * - REVUE GÉNÉRALE DE L’ÉLECTRICITÉ, n 2, février 1989, numéro consacré au thème « Entre réseau et électronique sensible : L’alimentation statique sans interruption ».
-
(2) - * - REVUE GÉNÉRALE DE L’ÉLECTRICITÉ, n 5, mai 1992, numéro consacré au thème « Électronique de puissance : convertisseurs et commandes ».
-
(3) - LE DU (A.) - Pour un réseau électrique plus performant : le projet FACTS, - Revue Générale de l’Électricité, n 6, juin 1992, pp. 105 à 121.
-
(4) - CARRERE (P.) - Étude et réalisation des convertisseurs multicellulaires série à IGBT. Équilibrage des tensions, - Thèse de Docteur de l’Institut National Polytechnique de Toulouse, 10 octobre 1996.
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(5) - MEYNARD (T.A.), FOCH (H.) - Imbricated cells multilevel voltage-source inverters for high voltage applications, - European Power Electronics Journal,...
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