Les convertisseurs de tension de 12 à 220 V sont utilisés partout où il est nécessaire de connecter des appareils électriques qui consomment du courant secteur standard à des sources de tension alternative. Dans de nombreux cas, cette alimentation secteur peut ne pas être disponible. L'utilisation d'un générateur autonome à essence nécessite le respect des règles de son entretien : surveillance constante du niveau de carburant en fonctionnement, mise en place d'une ventilation. L'utilisation de convertisseurs, complétés par des batteries de véhicules, peut résoudre le problème de la meilleure façon possible.
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Désignation et principe de fonctionnement
Ce qu'est un convertisseur de tension. Un dispositif électronique qui modifie la valeur d'un signal d'entrée. Il peut être utilisé comme un dispositif qui augmente ou diminue la valeur de la tension d'entrée. La tension d'entrée après conversion peut changer à la fois de magnitude et de fréquence. Ces dispositifs qui changent la tension continue (la convertissent) en un signal de sortie alternatif sont appelés onduleurs.
Les convertisseurs de tension sont utilisés à la fois comme unités autonomes fournissant du courant alternatif aux consommateurs et comme éléments d'autres produits : systèmes et sources d'alimentation sans interruption, unités d'augmentation de la tension continue jusqu'à la valeur requise.
Les onduleurs sont des générateurs de tension harmonique. Une source de courant continu est créée au moyen d'un circuit de commande spécial pour permettre l'inversion périodique de la polarité. Le résultat est un signal de tension alternatif sur les contacts de sortie de l'appareil auquel la charge est connectée. Sa magnitude (amplitude) et sa fréquence sont déterminées par le circuit de l'onduleur.
Le dispositif de commande (contrôleur) fixe la fréquence de commutation de la source et la forme du signal de sortie, et son amplitude est déterminée par les éléments de l'étage de sortie du circuit. Ils sont conçus pour la puissance maximale consommée par la charge dans le circuit alternatif.
Le contrôleur est également utilisé pour contrôler le signal de sortie, ce qui est réalisé en contrôlant la largeur d'impulsion (augmentation ou diminution de la largeur d'impulsion). Les informations sur les changements de la valeur du signal de sortie vers la charge sont renvoyées au contrôleur par un circuit de retour, qui est utilisé pour former le signal de commande afin de maintenir les paramètres requis. Cette méthode est appelée signal PWM (Pulse Width Modulation).
Les circuits de commutation de la sortie de puissance de l'onduleur 12V peuvent utiliser des transistors bipolaires composites haute puissance, des thyristors à semi-conducteurs et des transistors à effet de champ. Les circuits de contrôle sont basés sur des microcircuits, qui sont des dispositifs prêts à l'emploi dotés des fonctions nécessaires (microcontrôleurs), spécialement conçus pour ces convertisseurs.
Le circuit de commande fournit la séquence de touches pour garantir que la sortie de l'onduleur fournit le signal nécessaire au fonctionnement normal des appareils consommateurs. En outre, le circuit de commande doit assurer la symétrie de la tension de sortie demi-onde. Ceci est particulièrement important pour les circuits qui utilisent des transformateurs d'impulsion élévateurs à la sortie. La composante continue de la tension, qui peut apparaître si la symétrie n'est pas respectée, doit être évitée.
Il existe de nombreuses variantes de circuits inverseurs de tension (VI), mais il y en a 3 de base :
- Un onduleur en pont sans transformateur IN ;
- Transformateur UUT avec conducteur neutre ;
- Circuit de pont avec un transformateur.
Chacun d'entre eux est utilisé dans son propre domaine, en fonction de l'alimentation qui y est utilisée et de la puissance de sortie requise pour alimenter les consommateurs. Chacun d'entre eux doit disposer d'éléments de protection et de signalisation.
La protection contre la sous-tension et la surtension de la source de courant continu détermine la plage de fonctionnement "d'entrée" des onduleurs. La protection de la sortie CA contre les surtensions et les sous-tensions est nécessaire au fonctionnement normal de l'équipement du consommateur. La plage de déclenchement est réglée en fonction des exigences de la charge utilisée. Ces types de protection sont réversibles, c'est-à-dire que le fonctionnement peut être rétabli lorsque l'équipement est remis en état.
Si la protection s'est déclenchée en raison d'un court-circuit dans la charge ou d'une augmentation excessive du courant de sortie, une analyse approfondie de la cause de l'événement est nécessaire avant que l'équipement puisse continuer à fonctionner.
L'onduleur 12 volts est le plus adapté à l'alimentation électrique locale. La disponibilité d'un grand nombre de voitures et de batteries 12V DC permet de les utiliser pour répondre aux demandes des utilisateurs. Ces réseaux peuvent être mis en place en divers endroits, à commencer par votre propre voiture. Ils sont mobiles et ne dépendent pas d'une place de parking.
Convertisseurs 12 V à 220 V
Les convertisseurs simples de 12 à 220 sont conçus pour des besoins de faible puissance. Les exigences relatives à la qualité de la tension d'alimentation de sortie et à la forme du signal sont faibles. Leurs circuits classiques n'utilisent pas de microcontrôleurs PWM. La bascule assemblée avec des éléments logiques I-Ne génère des impulsions électriques avec une fréquence de répétition de 100 Hz. Un déclencheur D est utilisé pour créer un signal en phase. Il divise la fréquence de l'oscillateur maître par 2. Le signal en contre-phase sous forme d'impulsions carrées est généré aux sorties directe et inverse du déclencheur.
Ce signal, via les éléments tampons des éléments logiques, ne contrôle PAS le circuit de sortie de l'inverseur, qui est construit sur des transistors clés. Leur puissance détermine la puissance de sortie des onduleurs.
Les transistors peuvent être des transistors composites bipolaires et à effet de champ. Les circuits de drain ou de collecteur comprennent la moitié du primaire du transformateur. Son enroulement secondaire est conçu pour une tension de sortie de 220V. Comme le déclencheur divise la fréquence du multivibrateur 100Hz par 2, la fréquence de sortie sera de 50Hz. Cette valeur est nécessaire pour alimenter la grande majorité des équipements électriques et radio domestiques.
Tous les composants du circuit sont alimentés par la batterie du véhicule, avec des éléments supplémentaires de stabilisation et de protection contre les interférences haute fréquence. La batterie elle-même en est également protégée.
Les circuits simples des onduleurs ne comportent pas d'éléments de protection ou de contrôle automatique. La fréquence du signal de sortie est déterminée par le choix du condensateur et de la résistance inclus dans le circuit de l'oscillateur maître. La protection la plus simple contre un court-circuit dans la charge est un fusible dans le circuit alimentant la batterie de la voiture. Un jeu de fusibles de rechange doit donc toujours être disponible.
Les convertisseurs CC-CA modernes plus puissants utilisent un circuit différent. Le contrôleur PWM définit le mode de fonctionnement. Il détermine également l'amplitude et la fréquence du signal de sortie.
Le circuit convertisseur 2000W (12V+220V+2000W) utilise une connexion parallèle d'éléments actifs de puissance dans ses étages de sortie pour obtenir la puissance de sortie requise. Dans cette conception de circuit, les courants des transistors sont additionnés.
Mais une façon plus fiable d'augmenter le paramètre de puissance est de combiner plusieurs convertisseurs CC/CC comme entrée d'un convertisseur CC/CA (courant continu/courant alternatif) commun, dont la sortie est utilisée pour connecter une charge lourde. Chaque convertisseur DC/DC est composé d'un onduleur avec une sortie de transformateur et d'un redresseur pour cette tension. Une tension continue d'environ 300 V est présente aux bornes de sortie. Ils sont tous connectés en parallèle sur la sortie.
Il est difficile d'obtenir plus de 600W de puissance d'un seul onduleur. L'ensemble du circuit de l'appareil est alimenté par la tension de la batterie.
Ces circuits sont dotés de tous les types de protection, y compris la protection thermique. Des capteurs de température sont montés sur les surfaces des dissipateurs thermiques des transistors de sortie. Ils génèrent une tension en fonction du degré de chaleur. Un dispositif à seuil le compare avec le point de consigne au stade de la conception et donne un signal pour arrêter l'unité avec une alarme appropriée. Chaque type de protection possède sa propre alarme, souvent sonore.
Un refroidissement forcé supplémentaire est appliqué au moyen d'un refroidisseur d'air installé dans le boîtier qui s'active automatiquement sur commande du capteur thermique correspondant. De plus, le boîtier lui-même est un dissipateur thermique fiable car il est fait de métal ondulé.
Selon la forme du signal de tension de sortie
Les convertisseurs de tension monophasés peuvent être divisés en deux groupes :
- Avec une sortie en onde sinusoïdale pure ;
- Avec une forme d'onde de sortie sinusoïdale modifiée.
Dans le premier groupe, un convertisseur haute fréquence produit une tension constante. Sa valeur est proche de l'amplitude du signal sinusoïdal requis à la sortie de l'appareil. Dans un circuit en pont, une composante très proche d'une forme d'onde sinusoïdale est extraite de cette tension continue par la modulation de la largeur d'impulsion du contrôleur et un filtre passe-bas. Les transistors de sortie s'ouvrent plusieurs fois dans chaque demi-période pour une loi harmonique variant dans le temps.
Une onde sinusoïdale pure est nécessaire pour les appareils qui ont un transformateur ou un moteur comme entrée. La plupart des appareils actuels permettent d'obtenir une tension dont la forme se rapproche d'une onde sinusoïdale. Les produits dotés d'une alimentation à découpage ont des exigences particulièrement faibles.
Unités de transformation
Les convertisseurs de tension peuvent contenir des transformateurs. Dans les circuits inverseurs, ils participent au fonctionnement des générateurs de blocage, qui produisent des impulsions dont la forme s'approche de celle d'une onde carrée. Un transformateur d'impulsions est utilisé comme élément d'un tel oscillateur. Les enroulements sont connectés de telle sorte qu'une rétroaction positive, résultant en une oscillation amortie, est créée.
Le noyau magnétique est constitué d'un alliage qui possède une bande passante magnétique élevée. Cela garantit le fonctionnement non saturé du transformateur. Différents types de ferrite, de permalloy ont ces propriétés.
Les générateurs de blocage des transformateurs ont été remplacés par des multivibrateurs. Les multivibrateurs utilisent des circuits de pointe et ont une stabilité de fréquence plus élevée que leurs prédécesseurs. En outre, les circuits de multivibrateurs peuvent modifier la fréquence de fonctionnement de l'oscillateur de manière simple.
Dans les modèles d'onduleurs modernes, les transformateurs fonctionnent dans les étages de sortie. Le fil du point central de l'enroulement primaire alimente les collecteurs ou le drain des transistors utilisés dans ces derniers avec une tension d'alimentation de la batterie. Les enroulements secondaires sont calculés, à l'aide d'un rapport de transformation, à la tension alternative de 220V. C'est la valeur utilisée pour alimenter la plupart des consommateurs domestiques.
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