Aviation : Onduleurs (Électricité)
Un onduleur est utilisé dans certains systèmes d'avion pour convertir une partie de l'alimentation CC de l'avion en courant alternatif. Ce courant alternatif est principalement utilisé pour les instruments, la radio, le radar, l'éclairage et d'autres accessoires. Ces onduleurs sont généralement construits pour fournir du courant à une fréquence de 400 cps, mais certains sont conçus pour fournir plus d'une tension ; par exemple, 26 volts CA dans un enroulement et 115 volts dans un autre.
Il existe deux types de base d'onduleurs : le rotatif et le statique. Les deux types peuvent être monophasés ou multiphasés. L'onduleur polyphasé est plus léger pour la même puissance nominale que le monophasé, mais il y a des complications dans la distribution de la puissance polyphasée et dans le maintien de l'équilibre des charges.
Onduleurs rotatifs
Il existe de nombreuses tailles, types et configurations d'onduleurs rotatifs. Ces onduleurs sont essentiellement des générateurs à courant alternatif et des moteurs à courant continu dans un même boîtier. Le champ générateur, ou armature, et le champ moteur, ou armature, sont montés sur un arbre commun qui tourne à l'intérieur du boîtier. Un type courant d'inverseur rotatif est l'inverseur à aimant permanent.
Onduleur rotatif à aimant permanent
Un onduleur à aimant permanent est composé d'un moteur à courant continu et d'un ensemble générateur de courant alternatif à aimant permanent. Chacun a un stator séparé monté dans un logement commun. L'induit du moteur est monté sur un rotor et connecté à l'alimentation CC par l'intermédiaire d'un collecteur et d'un balai. Les enroulements de champ du moteur sont montés sur le boîtier et connectés directement à l'alimentation CC. Un rotor à aimant permanent est monté à l'extrémité opposée du même arbre que l'induit du moteur, et les enroulements du stator sont montés sur le boîtier, ce qui permet de tirer le courant alternatif de l'onduleur sans utiliser de balais. La figure montre un schéma de câblage interne pour ce type d'inverseur rotatif. Le rotor du générateur a six pôles, magnétisés pour fournir des pôles nord et sud alternés autour de sa circonférence.
Lorsque le champ moteur et l'induit sont excités, le rotor commence à tourner. Lorsque le rotor tourne, l'aimant permanent tourne dans les bobines de stator CA et le flux magnétique développé par les aimants permanents est coupé par les conducteurs dans les bobines de stator CA. Une tension alternative est produite dans les enroulements dont la polarité change lorsque chaque pôle passe les enroulements.
Ce type d'onduleur peut être rendu multiphase en plaçant plus de bobines de stator CA dans le boîtier afin de décaler la phase de la quantité appropriée dans chaque bobine.
Le moteur à courant continu de cet onduleur est un moteur à enroulement composé à quatre pôles. Les quatre bobines de champ sont constituées de plusieurs tours de fil fin, avec quelques tours de fil épais placés sur le dessus. Le fil fin est le champ shunt, connecté à la source CC via un filtre et à la terre via un régulateur centrifuge. Le fil lourd est le champ série, qui est connecté en série avec l'induit du moteur. Le régulateur centrifuge contrôle la vitesse en shuntant une résistance qui est en série avec le champ de shunt lorsque le moteur atteint une certaine vitesse.
L'alternateur est un générateur de courant alternatif triphasé, tétrapolaire et connecté en étoile. L'entrée CC est fournie aux bobines de champ du générateur et connectée à la terre via un régulateur de tension. La sortie est extraite de l'armature à travers trois bagues collectrices pour fournir une alimentation triphasée. L'onduleur serait un onduleur monophasé s'il avait un seul enroulement d'induit et une bague collectrice. La fréquence de ce type d'unité est déterminée par la vitesse du moteur et le nombre de pôles du générateur.
Onduleur rotatif de type inducteur
Les onduleurs de type inductance utilisent un rotor constitué de tôles de fer doux avec des rainures découpées latéralement sur la surface pour fournir des pôles qui correspondent au nombre de pôles du stator. Les bobines de champ sont enroulées sur un ensemble de pôles fixes et les bobines d'induit CA sur l'autre ensemble de pôles fixes. Lorsque le courant continu est appliqué aux bobines de champ, un champ magnétique est produit. Le rotor tourne dans les bobines de champ et, lorsque les pôles du rotor s'alignent avec les pôles fixes, un chemin à faible réluctance pour le flux est établi du pôle de champ à travers les pôles du rotor jusqu'au pôle d'induit AC et à travers le boîtier vers le champ pôle. Dans ce cas, il existe une grande quantité de flux magnétique reliant les bobines CA.
Lorsque les pôles du rotor sont entre les pôles fixes, il existe un chemin à forte réluctance pour le flux, constitué principalement d'air; puis, il y a une petite quantité de flux magnétique reliant les bobines AC. Cette augmentation et diminution de la densité de flux dans le stator induit un courant alternatif dans les bobines AC.
Onduleurs statiques
Dans de nombreuses applications où la tension continue continue doit être convertie en tension alternative, des onduleurs statiques sont utilisés à la place des onduleurs rotatifs ou des groupes électrogènes. Les progrès rapides réalisés par l'industrie des semi-conducteurs étendent la gamme d'applications de ces équipements dans des gammes de tension et de puissance qui auraient été impraticables il y a quelques années. Certaines de ces applications sont les alimentations électriques pour les équipements AC militaires et commerciaux sensibles à la fréquence, les systèmes AC d'urgence des avions et la conversion d'une puissance à large plage de fréquences en une puissance à fréquence précise.
L'utilisation d'onduleurs statiques dans les petits aéronefs a également augmenté rapidement au cours des dernières années, et la technologie a évolué au point que des onduleurs statiques sont disponibles pour toutes les exigences remplies par des onduleurs rotatifs. Par exemple, des alimentations CA d'urgence de 250 VA alimentées par des batteries d'avion sont en production, tout comme des alimentations CA principales de 2 500 VA alimentées par une alimentation de générateur à fréquence variable. Ce type d'équipement présente certains avantages pour les applications aéronautiques, notamment l'absence de pièces mobiles et l'adaptabilité au refroidissement par conduction.
Les onduleurs statiques, appelés onduleurs à semi-conducteurs, sont fabriqués dans une large gamme de types et de modèles qui peuvent être classés en fonction de la forme de la forme d'onde de sortie CA et des capacités de sortie de puissance. L'un des onduleurs statiques les plus couramment utilisés produit une sortie sinusoïdale régulée. Un schéma fonctionnel d'un onduleur statique à onde sinusoïdale régulée typique est illustré à la figure. Cet onduleur convertit une faible tension continue en une tension alternative plus élevée. La tension de sortie CA est maintenue à une très petite tolérance de tension, une variation typique de moins de 1 % avec un changement de charge d'entrée complet. Des prises de sortie sont normalement prévues pour permettre la sélection de diverses tensions ; par exemple, des prises peuvent être fournies pour des sorties CA de 105, 115 et 125 volts. La régulation de fréquence se situe généralement dans une plage d'un cycle pour un changement de charge de 0 à 100 %.
