Étage onduleur d'un convertisseur de fréquence : conversion du courant continu en une sortie alternative variable

Au sein d'un convertisseur de fréquence, l'onduleur reçoit un courant continu stable provenant du bus CC et commute rapidement des composants à semi-conducteurs pour générer une tension alternative réglable ainsi qu'une fréquence précise, nécessaires au pilotage de moteurs ou au fonctionnement d'équipements.

Mécanisme de conversion du courant continu en courant alternatif
Des composants à semi-conducteurs, tels que les transistors bipolaires à grille isolée (IGBT), effectuent des cycles de commutation rapides au sein du pont onduleur. Cette opération transforme le courant continu (tension constante) en impulsions de polarité alternée afin de reproduire des ondes sinusoïdales lisses.

La modulation de largeur d'impulsion (PWM) régule la durée de ces impulsions de tension à haute vitesse. L'ajustement de la largeur des impulsions modifie la tension efficace, tandis que la modification du timing des cycles d'impulsion permet d'obtenir la fréquence de sortie souhaitée sur les lignes électriques industrielles raccordées.

Cas courants de conversion de tension et de fréquence
Les équipements nécessitant une alimentation haute fréquence spécifique utilisent un convertisseur passant de 60 Hz à 400 Hz. L'étage onduleur commute à une vitesse suffisante pour générer des profils sinusoïdaux à 400 cycles, destinés aux matériels aéronautiques ou militaires spécialisés.

Les machines conçues pour l'étranger nécessitent souvent une réduction de tension par rapport au réseau électrique standard américain. Les systèmes convertissant du 480 V / 60 Hz en 400 V / 50 Hz ajustent les rapports cycliques des impulsions pour assurer une excitation de champ adéquate.

Les exploitants d'installations installent fréquemment des convertisseurs passant de 480 V / 60 Hz à 380 V / 50 Hz. Cette configuration résout les incompatibilités de tension et de fréquence lors de l'utilisation de machines de production européennes importées sur les réseaux de distribution locaux.

Gestion de la qualité de sortie et du rendement de l'onduleur
Les vitesses de commutation élevées génèrent du bruit électrique et des pics de tension. L'installation de filtres sinusoïdaux en sortie réduit la distorsion harmonique totale (THD), protégeant ainsi l'isolation des moteurs et stabilisant le courant de ligne dans les configurations à variateur de vitesse.

Le choix de la fréquence de découpage permet de trouver un équilibre entre les pertes thermiques et le bruit acoustique du moteur. Des fréquences de commutation plus élevées produisent des ondes de courant sinusoïdales plus propres, mais nécessitent une gestion de la dissipation thermique pour protéger les composants de puissance internes.