Dans un onduleur à pont en H en cascade, plusieurs cellules monophasées sont utilisées en série pour fournir un courant alternatif régulier. Chaque cellule peut fournir une tension positive, négative ou nulle, permettant ainsi de générer une forme d'onde en escalier proche d'une sinusoïde. Cet onduleur multiniveaux constitue une excellente alternative pour les entraînements de moteurs moyenne tension (supérieure à 3.3 kV), car il élimine le besoin de semi-conducteurs haute tension connectés en série. Il offre ainsi un courant de sortie plus propre, avec une distorsion harmonique réduite par rapport aux onduleurs à deux niveaux classiques.
En novembre 2024, Wang Tao, ingénieur en systèmes électriques travaillant dans une cimenterie du Jiangsu, était confronté à un choix difficile. Le problème est apparu lorsque l'usine a dû moderniser le système d'entraînement du four, dont l'importance était d'autant plus cruciale compte tenu de son fonctionnement sous 6.6 kV. L'équipe hésitait entre un onduleur IGBT classique à deux niveaux et une conception en pont en H en cascade. Elle souhaitait opter pour une solution qu'elle maîtrisait bien en temps normal, à savoir un onduleur à deux niveaux ; le concept de pont en H en cascade était donc nouveau pour elle.
La différence de coût initial de 15 % liée à la technologie CHB et l'avantage supposé de centaines de petites cellules de commutation, alors que quelques cellules ou une seule grande cellule de commutation seraient plus performantes, ont engendré une grande confusion. Le projet a été reporté de trois semaines en raison de ces interrogations.
Ce guide est la seule source qui m'ait permis de constater concrètement la différence entre certaines topologies d'onduleurs multiniveaux et de comprendre pourquoi un onduleur en pont en H en cascade est pertinent pour les applications à moyenne tension. Il commence par expliquer le fonctionnement des cellules en pont en H, notamment comment quelques cellules en série créent de nombreux niveaux de tension. Ces topologies CHB alimentent les batteries dans les applications minières, les énergies renouvelables et les systèmes de commande de moteurs industriels lourds. Enfin, le lecteur pourra comparer les topologies CHB, NPC et à condensateurs volants et justifier son choix au sein de l'équipe d'approvisionnement.
Voici le contenu abordé : les blocs de construction en pont en H et leurs trois états de commutation, les cellules en cascade qui synthétisent une sortie multiniveaux haute tension, la comparaison des topologies, les stratégies de modulation et les applications industrielles pertinentes, ainsi que les perspectives d’avenir de la technologie CHB.
Points clés à retenir
- Un onduleur en pont en H en cascade connecte plusieurs cellules monophasées en pont en H en série pour synthétiser une forme d'onde en escalier à plusieurs niveaux avec un THD inférieur à celui des conceptions à deux niveaux.
- Chaque cellule en pont H produit +Vdc, 0 ou -Vdc ; n cellules en série créent 2n+1 niveaux de tension de sortie par phase.
- Les onduleurs CHB ne nécessitent ni diodes de limitation ni condensateurs volants, ce qui en fait la topologie multiniveaux la plus modulaire et tolérante aux pannes.
- Le CHB symétrique utilise des sources de courant continu identiques ; le CHB asymétrique utilise des rapports binaires ou ternaires pour maximiser les niveaux avec moins de cellules.
- Les variateurs de vitesse pour moteurs moyenne tension, les systèmes photovoltaïques solaires raccordés au réseau et les systèmes STATCOM constituent aujourd'hui les principales applications industrielles des onduleurs CHB.
Pour une analyse technique plus approfondie des normes des convertisseurs de fréquence haute tension, (Consultez notre guide complet sur les variateurs de moyenne et haute tension..)
Qu'est-ce qu'un onduleur à pont en H en cascade ?
Définition et concept de base
L'onduleur CHB (ou onduleur à pont en H en cascade) est un type d'onduleur multiniveaux qui génère une tension alternative à partir des multiples sorties de cellules monophasées en pont en H connectées en série. Chaque cellule fonctionne comme un module de commutation indépendant doté de sa propre source de courant continu.
Un onduleur CHB génère plusieurs petits niveaux de tension, ce qui induit une forme d'onde en escalier caractéristique, produisant une distorsion sinusoïdale pure par rapport à l'onde sinusoïdale réelle. Cette conception minimise la distorsion harmonique totale et les contraintes sur l'isolation du moteur.
Comment il s'intègre aux familles d'onduleurs multiniveaux
L'électronique de puissance distingue trois topologies classiques d'onduleurs multiniveaux. L'onduleur à point neutre fixé utilise des diodes pour créer des niveaux de tension intermédiaires. L'onduleur à condensateurs volants utilise des condensateurs empilés à cette fin. L'onduleur en pont en H en cascade réalise une sortie multiniveaux grâce à des cellules connectées en série, chacune alimentée par une source de courant continu isolée.
Cette différence structurelle confère au CHB un avantage unique. Il ne nécessite ni diodes de blocage ni condensateurs volants. Sa mise à l'échelle se fait simplement en ajoutant des cellules en série. Pour une compréhension plus approfondie de la manière dont les topologies d'onduleurs multiniveaux s'intègrent dans la chaîne complète de conversion de puissance AC-DC-AC, (lire notre guide de fonctionnement des convertisseurs de fréquence haute tension.)
Applications clés
Les onduleurs en pont en H en cascade sont utilisés partout où une sortie CA moyenne tension est requise et où la modularité est importante. Leurs principales applications comprennent les variateurs de fréquence moyenne tension pour pompes, ventilateurs et compresseurs ; les onduleurs photovoltaïques raccordés au réseau pour les centrales solaires de grande envergure ; les compensateurs statiques synchrones pour la gestion de la puissance réactive ; et les transformateurs de puissance pour les infrastructures de réseau de nouvelle génération.
Variateur de fréquence basse tension ou moyenne tension : lequel choisir ?
Bloc de construction en pont en H, fonctionnement d'une cellule unique
Configuration à quatre commutateurs et états de commutation
L'élément fondamental de tout onduleur à pont en H en cascade est la cellule de pont en H elle-même. Elle se compose de quatre commutateurs semi-conducteurs, généralement des IGBT ou des MOSFET, disposés en forme de pont en H. Une source de tension continue est connectée à la branche horizontale, et la sortie alternative est connectée à la branche verticale centrale.
Chaque paire d'interrupteurs contrôle le flux de courant. Lorsque les interrupteurs en haut à gauche et en bas à droite sont conducteurs, le courant circule dans un sens à travers la charge. Lorsque les interrupteurs en haut à droite et en bas à gauche sont conducteurs, le courant circule dans le sens opposé.
Niveaux de tension de sortie
Une cellule en pont en H produit trois états de sortie distincts. Lorsque la première paire d'interrupteurs est activée, la sortie est de +Vdc. Lorsque la deuxième paire d'interrupteurs est activée, la sortie est de -Vdc. Lorsque les deux interrupteurs supérieurs ou les deux interrupteurs inférieurs sont activés, la sortie est nulle.
Ces trois états constituent les éléments de base de chaque forme d'onde multiniveaux générée par un onduleur CHB. Aucune cellule ne produit une onde sinusoïdale à elle seule. L'onde sinusoïdale n'apparaît que lorsque plusieurs cellules combinent leurs sorties selon une séquence précisément synchronisée.
Exigence d'une source d'alimentation CC indépendante
Dans un onduleur CHB, chaque cellule en pont en H nécessite sa propre source de courant continu isolée. Il s'agit d'une caractéristique essentielle. Ces sources peuvent être des batteries, des panneaux photovoltaïques, des piles à combustible ou les sorties de redresseurs individuels. Dans les applications d'entraînement de moteurs, chaque cellule possède généralement son propre redresseur triphasé à diodes alimentant un condensateur.
Cette indépendance explique pourquoi les onduleurs CHB s'intègrent si naturellement aux systèmes d'énergies renouvelables. Chaque chaîne de panneaux solaires peut alimenter sa propre cellule, permettant ainsi un suivi individuel du point de puissance maximale.
Configuration en cascade, synthèse des niveaux de tension
Connexion en série des cellules en pont en H
Le fonctionnement d'un onduleur à pont en H en cascade repose sur la connexion en série de plusieurs cellules à pont en H, côté sortie CA. La tension de phase totale est alors égale à la somme algébrique des contributions individuelles de chaque cellule.
Si une cellule fournit +Vdc, la suivante 0 et la troisième +Vdc, la tension de sortie combinée est de +2Vdc. En coordonnant la commutation de toutes les cellules, le contrôleur peut faire varier la tension de sortie à travers de nombreux niveaux discrets.
Configurations symétriques et asymétriques
Les onduleurs CHB se déclinent en deux conceptions fondamentales. Dans un pont en H en cascade symétrique, chaque cellule utilise la même tension continue. Si chaque cellule est alimentée par une source de 480 V CC, chacune contribue à une tension de ±480 V. Il s'agit de l'approche la plus simple et la plus courante dans les variateurs de moteurs industriels.
Dans un pont en H asymétrique en cascade, les cellules utilisent différentes tensions continues. Un pont binaire utilise les tensions Vcc, 2Vcc, 4Vcc, etc. Un pont ternaire utilise Vcc, 3Vcc, 9Vcc. Les conceptions asymétriques génèrent beaucoup plus de niveaux de tension avec moins de cellules, mais elles nécessitent des algorithmes de contrôle plus complexes.
Formule du niveau de tension
La relation entre le nombre de cellules et les niveaux de sortie suit une formule simple. Pour une cellule symétrique à barrière de potentiel (CHB) comportant n cellules par phase, le nombre de niveaux de tension est de 2n + 1.
Deux cellules créent cinq niveaux. Trois cellules créent sept niveaux. Quatre cellules créent neuf niveaux.
Pour une cellule CHB binaire asymétrique, la formule s'étend à 2^(n+1) – 1 niveaux. Trois cellules binaires produisent quinze niveaux. Cette augmentation considérable explique pourquoi les chercheurs privilégient les conceptions asymétriques pour les applications exigeant un signal de sortie extrêmement pur.
Exemples de conceptions
Un variateur de moteur pratique de 3.3 kV pourrait utiliser trois cellules symétriques par phase, chacune alimentée par un bus CC de 690 V. Ceci génère une sortie à 7 niveaux. Un variateur de 6.6 kV pourrait utiliser six cellules par phase pour une forme d'onde à 13 niveaux.
En 2023, un laminoir à acier du Hebei a mis en service un variateur CHB de 10 kV à huit cellules par phase. Chaque cellule fonctionnait à 1 250 V CC. La sortie à 17 niveaux affichait un taux de distorsion harmonique (THD) inférieur à 3 % sans filtre.
L'ingénieur Li Ming a constaté que la différence la plus marquante par rapport à leur ancien variateur à deux niveaux était l'absence d'échauffement du moteur. La forme d'onde nette a permis d'éliminer les pertes haute fréquence qui dégradaient lentement, depuis des années, le moteur de leur broyeur de 3 500 kW.
Comparaison des topologies CHB et autres topologies multiniveaux
Point neutre bloqué (NPC)
L'onduleur à point neutre fixé (NPC) a été la première topologie multiniveaux largement adoptée. Il utilise un bus CC unique divisé en deux, des diodes de blocage créant un troisième niveau de tension au point médian. Les onduleurs NPC sont compacts et éprouvés de 2.3 kV à 4.16 kV.
Au-delà de 6.6 kV, la conception des convertisseurs NPC est confrontée à des difficultés majeures. Le nombre de diodes de limitation augmente de façon exponentielle. L'équilibrage de la tension des condensateurs devient complexe. De plus, la défaillance d'une seule diode peut paralyser toute la branche de phase.
Condensateur volant (FC)
Les onduleurs à condensateurs volants remplacent les diodes de limitation par des condensateurs empilés. Chaque niveau supplémentaire requiert un condensateur additionnel. Cette architecture offre une structure plus modulaire que les onduleurs NPC, mais la complexité du nombre de condensateurs et de l'équilibrage de tension limite toujours l'évolutivité.
Les onduleurs à pile à combustible trouvent des applications de niche où la rapidité de commutation et la dynamique élevée sont essentielles. Ils sont rarement utilisés au-delà de 6.6 kV dans les entraînements de moteurs commerciaux.
Comparaison côte à côte
| Caractéristique | NPC | Condensateur volant | CHB |
|---|---|---|---|
| Composants de serrage | Diodes | Condensateurs | Aucun |
| Sources CC | Single | Single | Plusieurs indépendants |
| Évolutivité | Édition | Moyenne | Haute |
| Tolérance aux pannes | Low | Moyenne | Haute |
| THD aux mêmes niveaux | Modérée | Modérée | Low |
| Plage de tension optimale | 2.3 à 4.16 kV | 2.3 à 6.6 kV | 3.3 kV+ |
Quand choisir CHB plutôt que NPC ou FC
Optez pour un onduleur à pont en H en cascade lorsque votre application exige une haute tension, une modularité ou une tolérance aux pannes. Le pont en H en cascade est la seule topologie qui évolue facilement jusqu'à 10 kV et au-delà. C'est la seule topologie permettant de contourner une cellule défaillante sans interrompre le fonctionnement. Enfin, c'est la seule topologie intégrant directement plusieurs sources CC indépendantes.
Stratégies de modulation et de contrôle
Commutation de fréquence fondamentale
La méthode de commande la plus simple consiste à commuter chaque cellule du pont en H à la fréquence de sortie fondamentale, généralement 50 Hz ou 60 Hz. Le contrôleur calcule les angles de commutation exacts nécessaires pour produire la forme d'onde en escalier souhaitée avec un contenu harmonique minimal.
Cette approche minimise les pertes par commutation car chaque semi-conducteur ne commute que quelques fois par cycle. Sur un variateur de 6.6 kV à six cellules, chaque IGBT ne commute que deux fois par cycle. Le rendement obtenu dépasse souvent 98 %.
Modulation de largeur d'impulsion (PWM)
Les onduleurs CHB hautes performances utilisent la modulation de largeur d'impulsion (PWM). La PWM à porteuse déphasée attribue une forme d'onde porteuse différente à chaque cellule, créant ainsi un motif de commutation entrelacé qui annule les harmoniques entre les cellules. La fréquence de commutation de sortie effective est bien supérieure à la fréquence de commutation de chaque cellule individuelle.
Cela produit un signal de sortie plus propre, mais augmente les pertes de commutation. Les convertisseurs CHB à modulation de largeur d'impulsion (PWM) fonctionnent généralement à des fréquences de commutation de cellules comprises entre 500 Hz et 2 kHz.
Élimination sélective des harmoniques (SHEPWM)
L'élimination sélective des harmoniques (SHEPWM) est une technique d'optimisation qui précalcule les angles de commutation afin d'éliminer certaines harmoniques de bas ordre. Pour un convertisseur CHB à 7 niveaux, la SHEPWM permet d'éliminer complètement les harmoniques de rang 5 et 7. Pour un convertisseur à 13 niveaux, elle permet d'éliminer les harmoniques jusqu'au rang 11.
Le compromis réside dans la complexité des calculs. Les contrôleurs DSP modernes résolvent ces équations en temps réel à l'aide de tables de consultation et d'interpolation.
Contrôle d'équilibrage de tension
Dans les batteries redondantes symétriques, toutes les cellules devraient supporter la charge de manière égale. En pratique, les tolérances des composants, les différences de température et les pertes de commutation inégales engendrent des déséquilibres de tension. Des algorithmes d'équilibrage actif ajustent les caractéristiques de commutation afin de maintenir les tensions du bus CC dans une plage étroite, généralement à ±3 % de la valeur nominale.
Avantages et limites des onduleurs CHB
Modularité et évolutivité
La modularité des onduleurs CHB est leur principal atout. Besoin de plus de tension ? Ajoutez des cellules. Besoin de plus de puissance ? Ajoutez des chaînes de cellules en parallèle. Chaque cellule est identique, ce qui simplifie la fabrication, réduit le stock de pièces détachées et permet une mise en service progressive.
Un variateur de 10 kV peut être mis en service avec six cellules par phase et ultérieurement étendu à huit cellules par simple ajout de modules standard. Aucune modification de l'étage de puissance n'est nécessaire.
Tolérance aux pannes et redondance
Si une cellule du pont en H tombe en panne dans un variateur NPC, l'ensemble du variateur s'arrête. Dans un variateur CHB, la cellule défaillante peut être contournée. Un variateur à 7 niveaux devient alors un variateur à 5 niveaux.
Un variateur à 13 niveaux devient un variateur à 11 niveaux. La production se poursuit à capacité réduite pendant que la maintenance est planifiée pour la réparation.
C’est pour cette raison que les opérations minières et cimentières, où les temps d’arrêt coûtent des dizaines de milliers de dollars par heure, spécifient de plus en plus les topologies CHB pour les disques critiques.
Sources indépendantes de Washington
L'exigence de plusieurs sources de courant continu indépendantes présente à la fois un avantage et une contrainte. Pour les applications d'énergies renouvelables, elle permet la distribution du point de puissance maximale (MPPT) et l'intégration naturelle des batteries. Pour les entraînements de moteurs classiques, cela signifie que chaque cellule nécessite son propre redresseur et son propre enroulement de transformateur, ce qui accroît la complexité et le coût de l'étage d'entrée.
Nombre et coût des composants
Un variateur CHB de 6.6 kV à six cellules par phase utilise 72 IGBT pour le seul étage onduleur. Si l'on ajoute les redresseurs, les condensateurs, les circuits de commande de grille et les circuits de protection, le nombre de composants devient conséquent. C'est pourquoi les variateurs CHB coûtent généralement 10 à 20 % plus cher que leurs équivalents NPC à puissance nominale égale.
La rentabilité dépend de la valeur du cycle de vie. Une distorsion harmonique plus faible implique des filtres de sortie plus petits. La modularité permet des réparations plus rapides. La tolérance aux pannes réduit le nombre d'arrêts de production.
Défis liés à l'équilibrage de la tension
Maintenir l'équilibre des tensions entre les cellules en conditions de charge dynamique exige une commande sophistiquée. Les variations de charge soudaines, le freinage régénératif et les creux de tension du réseau peuvent tous perturber cet équilibre. Les variateurs de vitesse avancés utilisent une commande prédictive pour anticiper et prévenir les déséquilibres avant qu'ils ne deviennent critiques.
Applications industrielles des onduleurs CHB
Entraînements de moteurs moyenne tension
De nombreuses applications de commande de moteurs haute tension, comme les moteurs moyenne tension, peuvent utiliser des variateurs CHB. Par exemple, les moteurs électriques de pompes, ventilateurs, compresseurs, convoyeurs et broyeurs fonctionnant à 3.3 kV, 4.16 kV et 6.6 kV utilisent couramment des variateurs de fréquence CHB.
En 2024, une mine de cuivre de Mongolie-Intérieure a installé quatre variateurs CHB de 3.3 kV sur ses ventilateurs de ventilation primaire. Chaque variateur comportait six cellules par phase. En cas de défaillance d'une cellule suite à un défaut du circuit de commande de grille pendant la période de pointe estivale, le variateur la court-circuitait automatiquement.
Le ventilateur fonctionnait à 92 % de sa capacité nominale. Lors de l'arrêt suivant de l'unité, le service de maintenance a remplacé la cellule, et le responsable de production, Wei Zhao, a recalculé que le système de dérivation automatique avait permis d'économiser environ 38 000 $ de pertes de revenus de production.
Systèmes photovoltaïques solaires raccordés au réseau
Les onduleurs solaires de grande puissance (au-delà de 3.3 kV) utilisent de plus en plus la topologie CHB. Chaque chaîne photovoltaïque est connectée à sa propre cellule en pont en H. Ceci élimine les pertes dues aux différences de potentiel entre les chaînes et permet un suivi indépendant du point de puissance maximale pour chaque cellule.
Une centrale solaire de 50 MW située au Qinghai utilise des onduleurs CHB avec 12 cellules par phase. La production multiniveaux est raccordée directement au réseau de collecte de 35 kV sans transformateur élévateur. L'absence de transformateur 50/60 Hz a permis de réduire les pertes de la centrale de 1.2 % et le poids de l'installation de 40 tonnes.
Compensateurs statiques synchrones (STATCOM)
Les STATCOM utilisent des onduleurs CHB pour injecter ou absorber de la puissance réactive afin de soutenir la tension du réseau. Leur conception modulaire permet un contrôle précis de la puissance réactive produite, par petits incréments. Les gestionnaires de réseau chinois ont déployé des centaines de STATCOM à base de CHB pour la stabilisation de la tension dans les régions à fort potentiel éolien.
Transformateurs électroniques de puissance
Les transformateurs de puissance de nouvelle génération utilisent des cellules CHB comme élément de base. En cascadant ces cellules à l'entrée et à la sortie, ces dispositifs remplacent les transformateurs conventionnels 50/60 Hz par des étages d'isolation haute fréquence. Il en résulte des équipements considérablement plus compacts et plus légers pour les applications de traction et d'énergies renouvelables.
Innovations modernes dans la conception des blocs de béton cellulaire
Intégration de MOSFET SiC
Les transistors MOSFET en carbure de silicium commencent à remplacer les IGBT en silicium dans les cellules CHB. Une cellule en pont en H à base de SiC peut commuter à 10 kHz ou plus, contre 1 à 2 kHz pour les IGBT en silicium. Ceci permet des filtres de sortie plus petits, une réponse dynamique plus rapide et un rendement supérieur.
Le gain d'efficacité est significatif à grande échelle. Remplacer les IGBT en silicium par des MOSFET en carbure de silicium (SiC) dans un variateur CHB de 10 MW permet d'améliorer l'efficacité de 1 à 2 %. Sur 8 000 heures de fonctionnement par an, cela représente une économie d'énergie de 800 000 à 1 600 000 kWh.
Topologies à nombre de commutateurs réduit
Des chercheurs développent des topologies CHB modifiées permettant de réduire le nombre de semi-conducteurs. Les conceptions à cellules commutées croisées et les variantes de pont en H de type T utilisent moins de commutateurs par cellule tout en conservant les mêmes niveaux de sortie. Pour une conception à 7 niveaux, ces topologies peuvent réduire le nombre de commutateurs de 25 à 30 %, ce qui diminue directement les coûts et les pertes par conduction.
Configurations hybrides CHB-NPC
Certains fabricants combinent les principes CHB et NPC dans des conceptions hybrides. Un étage d'entrée NPC crée plusieurs niveaux de courant continu, et des cellules CHB traitent chaque niveau. Cette approche permet d'atteindre un très grand nombre de niveaux avec un nombre modéré de composants, au prix toutefois d'une modularité réduite.
Contrôle numérique et algorithmes prédictifs
Les variateurs CHB modernes utilisent des réseaux de portes programmables (FPGA) et des processeurs de signaux numériques haute vitesse pour exécuter une commande prédictive. Au lieu de réagir aux déséquilibres de tension après leur apparition, les algorithmes prédictifs anticipent les variations de charge et ajustent en amont les séquences de commutation. Ceci réduit l'ondulation de tension de 40 à 60 % par rapport aux régulateurs PI traditionnels.
Conclusion
L'onduleur à pont en H en cascade n'est pas une simple variante de l'onduleur multiniveaux ; il représente une approche fondamentalement nouvelle de la conversion de puissance haute tension. La topologie CHB offre une modularité, une tolérance aux pannes et une qualité de sortie qu'une conception monolithique ne peut égaler.
Le principe de fonctionnement est simple à comprendre. Chaque cellule du pont en H fournit soit +Vdc, soit -Vdc, soit 0. Ces contributions sont ensuite additionnées dans le circuit en série. Une commutation précise permet de générer un signal en escalier ; avec l’augmentation du nombre de cellules, ce signal se rapproche d’une sinusoïde pure.
En matière de performances des variateurs moyenne tension, la comparaison entre le pont en H en cascade (CHB) et les autres systèmes dépend des exigences de l'application finale. Si la fiabilité, la qualité du courant de sortie et l'intégration avec plusieurs sources CC sont des critères essentiels pour votre installation, le pont en H en cascade s'impose comme le choix idéal. En revanche, si le coût est un facteur déterminant et que l'application présente un faible risque, les solutions NPC ou à deux niveaux peuvent être plus appropriées.
Si vous rencontrez des difficultés pour choisir l'onduleur à pont en H en cascade, optimiser le nombre de cellules et configurer un système sur mesure pour votre application moyenne tension, n'hésitez pas à contacter notre équipe d'ingénieurs. Nous concevons et fabriquons des systèmes de conversion de puissance modulaires multiniveaux de 3.3 kV à 11 kV. Les topologies CHB, NPC et hybrides sont ainsi adaptées aux secteurs minier, des énergies renouvelables et de l'industrie lourde, et ce, à l'échelle mondiale.
Questions fréquemment posées
Comment fonctionne un onduleur en pont en H en cascade ?
Un onduleur à pont en H en cascade fonctionne en connectant en série plusieurs cellules monophasées en pont en H côté sortie CA. Chaque cellule commute sa source CC indépendante pour produire +Vcc, -Vcc ou zéro. La connexion en série additionne ces sorties individuelles pour former une forme d'onde en escalier à plusieurs niveaux.
Quelle est la différence entre les onduleurs en pont en H en cascade symétriques et asymétriques ?
Un condensateur CHB symétrique utilise des sources de tension continue identiques pour toutes les cellules. Un condensateur CHB asymétrique utilise des tensions continues différentes, généralement selon des rapports binaires ou ternaires. Les conceptions asymétriques produisent davantage de niveaux de tension avec moins de cellules, mais nécessitent un contrôle plus complexe.
Combien de niveaux de tension un onduleur en pont en H en cascade produit-il ?
Un transistor bipolaire symétrique à deux éléments (CHB) comportant n cellules par phase produit 2n+1 niveaux de tension. Deux cellules produisent 5 niveaux. Trois cellules produisent 7 niveaux. Six cellules produisent 13 niveaux.
Un CHB binaire asymétrique avec n cellules produit 2^(n+1)-1 niveaux.
Pourquoi les onduleurs en pont en H en cascade sont-ils préférés pour les entraînements moyenne tension ?
Les onduleurs CHB sont adaptés aux hautes tensions grâce à l'ajout de cellules identiques, au lieu de recourir à des semi-conducteurs haute tension connectés en série. Ils offrent une tolérance aux pannes, une modularité et des formes d'onde de sortie propres. Les cellules défaillantes peuvent être contournées sans arrêt du variateur.
Quelles sont les principales applications des onduleurs en pont en H en cascade ?
Les principales applications sont les entraînements de moteurs moyenne tension pour pompes, ventilateurs et compresseurs ; les onduleurs photovoltaïques connectés au réseau ; les compensateurs synchrones statiques pour le soutien de la tension du réseau ; et les nouvelles conceptions de transformateurs d’électronique de puissance.
