Principe des onduleur monophasés à 4 interrupteurs électroniques
Animation GIF illustrant le principe de l'onduleur monophasé en pont à 4 interrupteurs :
phase 1 : les interrupteurs S1 et S4 sont simultanément fermés, S2 et
S3 étant ouverts, le courant parcourt la charge de la gauche vers la
droite.
phase 2 : les interrupteurs S2 et S3 sont simultanément fermés, S1 et
S4
étant ouverts, le courant parcourt la charge de la droite vers la
gauche.
En alternant les phases 1 et 2, la charge voit tantôt son extrêmité
gauche connectée à la borne + de la source de tension, tantôt la
droite. Elle est soumise à une tension qui s'inverse : une tension
alternative qui produit dans la charge un courant lui aussi alternatif.
Avec une commande aussi simple, la tension alternative est carrée, pas
sinusoïdale. Mais la tension est alternative, de valeur moyenne nulle
si la commande des interrupteurs est un signal carré et c'est tout ce
qu'il faudrait à un primaire de transformateur, qui remplacerait la
résistance dans le schéma ci-dessus, pour fonctionner correctement.
La commande des interrupteurs électroniques (4 transistors bipolaires
NPN ou 4 MOSFET) peut s'effectuer de manière analogique par une bascule
astable : les interrupteurs S1 et S4 seraient commandés en reliant leur
base ou leur grille au collecteur de T1 de l'astable, les interrupteurs
S2 et S3 verraient leur base ou leur grille reliées au collecteur de T2
de l'astable.
À l'aide de techniques de découpage temporelles particulières, il est
possible de produire des tensions qui, bien que constituées de morceaux
de rectangles, semblent sinusoïdales. La valeurs moyenne des morceaux
rectangulaires est sinusoïdale, c'est la modulation de la
largeurs des impulsions (MLI), comme le montre la figure ci-dessous:
Le principe de l'onduleur monophasé à 2 interrupteurs électroniques et
à tansformateur à point milieu est présenté dans
cette
vidéo, (vidéo extraite de la chaîne
Youtube d'electronoobs)
Le principe de l'onduleur monophasé à 4 interrupteurs électronique est
présenté dans cette video
expliquant le fonctionnement des onduleurs
monophasés (7min33s) (vidéo extraite de
cette
vidéo de la chaîne Youtube « The Engineering Mindset
»). Les « IGBT »
(Insulated Gate Bipolar Transistor) dont il est question
dans la vidéo sont des interrupteurs électroniques plus performants que
les transistors bipolaires étudiés en cours, ils permettent notamment
de faire passer une intensité considérablement plus élevée. L'intérêt
de la MLI (Modulation de Largeur d'Impulsion ou, en anglais, PWM =
Pulse Width Modulatioin) est bien illustré dans la vidéo.
Pour mieux comprendre le fonctionnement des onduleurs vus dans le
polycopié consacré aux transistors, il est intéressant de « s'amuser »
avec les circuits simulés par Crocodile Physics. On peut modifier la
valeur des composants (gain des transistors, valeurs des résistances,
des condensateurs), supprimer des composants, en ajouter… grâce à
cette version de démonstration
(une fois l'archive décompressée, vous trouverez un exécutable, pas besoin d'installation, un double-clic gauche lance le
programme).
onduleur monophasé à bascule astable et transformateur
onduleur monophasé en pont à 4 transistor à effet de champ à grille isolée (MOSFET)
onduleur monophasé à 555 et transformateur
Onduleur et moteur à explosion
Dans les moteurs à explosion, afin de produire la haute tension
nécessaire à l'apparition d'une étincelle aux bornes des électrodes des
bougies pour enflammer le mélange air essence dans les cylindres, on
utilise un transformateur élévateur 12 V / 15000 V (environ). Mais il
est nécessaire que la tension appliquée au primaire du transformateur
soit une tension variable (entre 0 et 12 V) à défaut d'être une tension
alternative. Pour produire cette tension variable, les allumages «
électroniques » utilisent la technique étudié dans le polycopié
consacré aux transistors, celle de l'onduleur pour tube fluorescent.
Les anciennes motorisations utilisaient un allumage composé d'un
onduleur « mécanique » à l'aide de « vis platinés » qui établissaient
et coupaient la tension aux bornes du primaire du transformateur, comme
le montre l'animation ci-dessous. Le « delco » ou « distributeur » sert
à distribuer la haute tension aux différentes bougies au bon moment (un
tout petit peu avant que le piston n'arrive au « point mort haut »).
Pour ce faire, la rotation du doigt du delco est synchronisée sur celle
du villebrequin du moteur.
