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BTS Electrotechnique (deuxième année)

Onduleurs monophasés

CONVERTISSEURS CONTINU - ALTERNATIFS : ONDULEURS

I. ONDULEURS MONOPHASES

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4. Qualité du signal. Obtention d'une forme d'onde sinusoïdale

4.1. Filtrage

Onduleur monophasé + filtrage

Le spectre d'un signal rectangulaire inclut une onde fondamentale (rang n = 1, pulsation ω1) et des ondes harmoniques (rang n > 1, pulsation ωn = n.ω1) d'amplitude plus ou moins importante. Dans ce qui suit, on compare les performances de chaque type d'onduleur au cas idéal (onde sinusoïdale pure de pulsation ω1) en calculant le spectre du signal généré. On cherche à diminuer le plus possible l'amplitude des harmoniques de rang faible car :

La qualité de l'onde de tension obtenue sera évaluée par le TDH, ou taux de distorsion d'harmonique ramené au fondamental (TDH idéal = 0%). On pourrait aussi calculer le TDH du courant, mais celui-ci dépend également de la charge.

Rappel, le TDH s'écrit : TDH = n = 2 + V neff ² V 1 eff

Onduleur à commande symétrique

Onduleur pleine onde, tension aux bornes de charge

Spectre : v ( t ) = E . 4 π . k = 0 1 2 k + 1 . sin ( 2 k + 1 ) ωt

avec : n = 2k+1 (n impair)

La TDH est très mauvais, de l'ordre de 48% :

TDH = k = 1 + 1 2 k + 1 0,48

Sur charge résistive, le courant à la même forme d’onde que la tension, Le TDH est donc le même.

Sur charge inductive (R,L), la charge a pour effet de filtrer le courant (filtre passe-bas du premier ordre). Grossièrement, ne subsiste que le fondamental. En pratique le filtrage du premier ordre n’annule que les fréquences hautes. Les rang proches du fondamentales (3, 5 et 7) subsistent.

Onduleur à commande décalée

Signal :

Onduleur mono à commande déalée, forme d'onde de la tension aux bornes de la charge

α est l’angle de décalage ou angle de commande.

Le TDH dépend de l'angle de commande α. Sa valeur minimum est de l'ordre de 24%, pour α ≈ 27°.

4.2. Onduleur à résonance

Lorsqu'on abandonne un système stable écarté de sa position d'équilibre, il y retourne, généralement à travers une série d'oscillations propres. Celles-ci se produisent à la fréquence propre du système. Soumis à une excitation dont la fréquence est proche de cette fréquence propre, le système va être entraîné, comme une balançoire, dans une oscillation sinusoïdale qui s'amplifie de plus en plus, jusqu'à une limite qui dépend de l'amortissement et de la dissipation ou bien jusqu'à la rupture d'un élément du système, les contraintes engendrées dépassant la limite de rupture: c'est ce qu'on appelle la résonance. Sommairement on peut dire que le système réagit d'autant plus facilement, qu'on lui fournit de l'énergie à une fréquence proche de sa fréquence naturelle comme disent les Anglo-saxons. (Voire le pont de Tacoma).

Dans le cas d’un circuit R-L-C la résonance apparaît pour une fréquence propre f 0 = 1 2 π LC , la résonance est d’autant plus aigue que la valeur de la résistance est faible. Dans le cas d’une plaque ou d’un four à induction, le circuit de charge est constitué d’une bobine, soit un circuit RL. Cette bobine doit être alimenté en haute fréquence pour générer un champ magnétique sinusoïdale dans le matériel de cuisson (voire cours électrothermie). L’alimentation est constituée d’un onduleur dont la fréquence est accordée au circuit de charge constitué de la bobine et d’un condensateur pour former un circuit RLC. Le circuit RLC entre en résonance et le courant vibre à la seule la fréquence propre du circuit pour former un courant sinusoïdal.

Schéma d'un onduleur à résonance

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