Conception des onduleurs de tension : Comparaison entre une structure classique et une structure multiniveau NPC

Cette ressource fait partie du N°112 [6] de La Revue 3EI de mai 2024.

Les onduleurs de tension sont indispensables pour réaliser de nombreuses fonctions centrales dans le cadre de l’électrification de usages et de la transition énergétique. On les retrouve par exemple dans l’intégration des énergies renouvelables sur le réseau, pour le pilotage des machines électriques synchrones et asynchrones, dans les alimentations sans interruption des serveurs, ou encore dans la gestion de l’énergie électrique embarquée. L’électrification des usages amène à l’augmentation des puissances converties, en environnement souvent contraint, tout en améliorant les rendements énergétiques.

La réalisation de ces onduleurs devient alors critique, ce qui demande au concepteur d’innover en proposant des structures plus performantes et en choisissant rigoureusement les composants actifs et passifs. Ainsi, cette ressource propose une comparaison entre les performances d’un onduleur 2 niveaux, structure la plus classique, et celles d’un onduleur 3 niveaux Neutral Point Clamped (NPC), une des structures multiniveaux la plus mature dans l’industrie. Cette comparaison est réalisée à partir de modèles de pertes des composants actifs et passifs, dans le but d’évaluer correctement le rendement de chaque structure.

Contenu de la ressource :

1. Introduction
2. Structures d’onduleur 2 et 3 niveaux
3. Dimensionnement des interrupteurs de puissance
   1. Choix du calibre et de la technologie d’interrupteur
   2. Pertes par conduction dans la structure 2 niveaux
   3. Pertes par commutation dans la structure 2 niveaux
   4. Pertes dans la structure NPC
   5. Modèle thermique
4. Dimensionnement des composants passifs
   1. Dimensionnement des inductances de lissage
   2. Dimensionnement des condensateurs de découplage du bus DC
5. Comparaison des structures
6. Conclusion