onduleur

Un onduleur de puissance prend le courant continu (CC), généralement d'un parc de batteries ou d'un champ solaire, et le convertit en courant alternatif (CA) adapté aux équipements du réseau. La sortie est soit monophasée (120 V ou 230 V) pour les charges domestiques, soit triphasée pour les machines industrielles. Les onduleurs constituent le pont entre les sources renouvelables et l'infrastructure électrique standard, ce qui les rend essentiels dans les installations hors réseau, les systèmes d'alimentation de secours et les déploiements d'énergie renouvelable.

La conversion repose sur la commutation à haute fréquence de semi-conducteurs de puissance, généralement des MOSFET ou des IGBT, pour découper l'entrée CC en une onde carrée ou sinusoïdale modifiée qui est lissée par un filtrage de sortie. Les onduleurs à onde sinusoïdale pure produisent une sortie presque identique au CA du réseau, essentielle pour les appareils électroniques sensibles, les équipements médicaux et les variateurs de fréquence. Les onduleurs à onde modifiée ou carrée coûtent moins cher mais génèrent une distorsion harmonique, chauffant les transformateurs et provoquant un ronflement audible dans les charges inductives. La fréquence de commutation varie généralement de 10 kHz à 100 kHz, les fréquences plus élevées permettant des composants de filtre plus petits.

La taille et la capacité varient énormément. Les onduleurs portables de 300 à 2 000 watts alimentent les ordinateurs portables et les outils électriques à partir de batteries de voiture. Les unités industrielles atteignent 100 kW ou plus, convertissant le CC des parcs de batteries en cas de panne de courant ou intégrant la production distribuée. L'efficacité est généralement de 85 à 96 % selon la charge ; les modèles modernes fonctionnent sur une large plage de tension d'entrée pour tolérer la chute de tension de la batterie sous forte charge.

Modes de défaillance et contraintes courants

L'arrêt thermique se produit lorsque les pertes de commutation dépassent la capacité de refroidissement, forçant l'unité hors ligne pendant les périodes de pointe. Les surintensités déclenchent les circuits de protection presque instantanément, bien que des surcharges soutenues puissent endommager les semi-conducteurs avant que l'arrêt n'agisse. L'effondrement de la tension d'entrée dû à un câblage sous-dimensionné ou à des batteries faibles empêche l'onduleur de générer une tension de sortie suffisante, laissant les charges sous-alimentées. La THD (distorsion harmonique totale) due à une commutation médiocre ou à des filtres sous-dimensionnés interfère avec les équipements de correction du facteur de puissance et peut déclencher les disjoncteurs d'interconnexion du réseau.

Le nom reflète l'opération mathématique : inversion de la polarité de la tension. Dans le contexte industriel, les onduleurs se situent en aval des redresseurs dans la chaîne de puissance. Contrairement aux simples convertisseurs rotatifs mécaniques utilisés historiquement, les onduleurs à semi-conducteurs offrent une évolutivité, une efficacité élevée et un contrôle précis. Ils sont désormais la norme partout où les sources CC doivent alimenter des charges CA, que ce soit dans les installations solaires, les véhicules électriques, les alimentations sans interruption ou les opérations minières à distance.