Un onduleur est un dispositif d'électronique de puissance permettant de fournir des tensions et des courants alternatifs à partir d'une source d'énergie électrique de tension ou de fréquence différente. C'est la fonction inverse d'un redresseur. L'onduleur est un convertisseur statique de type continu/alternatif[1],[2],[3].

Certains onduleurs sont dits hybrides ou intelligents et plusieurs générations de micro-onduleurs sont apparues sur le marché en 2014. Compatibles avec des modules jusqu'à 310 W, résistant à des températures de +65 °C, refroidis par convection naturelle de l'air et dont le rendement atteint 95,7 %[4].

Un onduleur pour une centrale solaire photovoltaïque.

Principe

Schéma de principe d'un onduleur de tension monophasé appliqué sur une charge inductive (AB)

Les onduleurs sont basés sur une structure en pont en H, constituée le plus souvent d'interrupteurs électroniques tels que les IGBT, transistors de puissance ou thyristors. Par un jeu de commutations commandées de manière appropriée (généralement une modulation de largeur d'impulsion), on module la source afin d'obtenir un signal alternatif de fréquence désirée[5].

Il existe deux types d'onduleurs : les onduleurs de tension et les onduleurs de courant. On distingue aussi les onduleurs autonomes et les onduleurs non autonomes[6].

Onduleurs autonomes

Un onduleur autonome délivre une tension avec une fréquence soit fixe, soit ajustable par l'utilisateur[6]. Il n'a pas toujours besoin de réseau électrique pour fonctionner ; par exemple un convertisseur de voyage que l'on branche sur la prise allume-cigare d'une voiture utilise le 12 V continu du véhicule pour générer du 120 ou 230 V, alternatif en 50 ou 60 Hz ;

Les onduleurs sont notamment employés pour la réception de la TV en mode nomade (récepteur satellite dans un camping-car par exemple) dépourvu d'entrée alimentation électrique basse tension (~12 V).

Onduleurs non autonomes

Un onduleur non autonome est un montage redresseur tout thyristors (pont de Graetz) qui, en commutation naturelle assistée par le réseau, auquel il est raccordé, permet un fonctionnement en onduleur (par exemple par récupération de l'énergie lors des périodes de freinage dans les motrices électriques). À la base du développement des entraînements statiques à vitesse variable pour moteurs à courant continu et alternatif, cycloconvertisseurs, onduleurs de courant pour machines synchrones etasynchrones, jusqu'à des puissances de plusieurs MW, ce type de montage est progressivement supplanté, au profit de convertisseurs à IGBT ou GTO.

Onduleurs hybrides ou intelligents

Boitier onduleur hybride IMEON Energy

Les onduleurs hybrides ou intelligents sont une nouvelle génération dédiée aux applications d'énergie renouvelable pour l'autoconsommation et en particulier pour les panneaux solaires photovoltaïques (onduleur solaire). L'énergie des panneaux solaires photovoltaïques est active seulement pendant la journée et essentiellement lorsque le Soleil est au zénith[7] : elle est donc fluctuante et non synchronisée avec la consommation des habitations. De ce fait, il est nécessaire de :

• stocker l'excédent de production avant utilisation[8],[9]
• En France métropolitaine vendre l’intégralité de sa production à EDF à un tarif préférentiel[10], ce qui évite les contraintes du stockage de l’excédent de production.

Applications

Un onduleur de Toyota Prius

L'onduleur est l'un des montages les plus répandus de l'électronique de puissance ; il a de multiples applications :

• les alimentations de secours, BAES ;
• les alimentations sans interruption[11] ;
• le raccord des panneaux solaires au réseau électrique[12],[13] ;
• les nombreux dispositifs nécessitant de fonctionner à une fréquence spécifique[14]:
  • les générateurs d'ultrasons ou d'électricité utilisés dans le domaine médical,
  • l'alimentation des lampes dites à cathode froide pour le rétro-éclairage des afficheurs à cristaux liquides[15],
• les variateurs de vitesse des machines alternatives : la tension du réseau est redressée puis un onduleur fabrique une tension dont la fréquence et la forme sont réglables[1] ;
• les convertisseurs de tension continue/continue à découpage : la tension continue est d'abord ondulée en haute fréquence (quelques dizaines ou centaines de kHz) puis appliquée à un transformateur en ferrite et enfin redressée ;
• dans le domaine de la soudure à l'arc[16] les onduleurs sont souvent appelés inverters, suivant la terminologie anglo-saxonne. Les onduleurs dans les postes à l'arc vont générer un courant alternatif monophasé à moyenne fréquence (entre 5 kHz et 20 kHz), ce qui permet d'utiliser des transformateurs élévateurs de courant nettement plus petits et légers que ceux employés traditionnellement à la fréquence du réseau, soit 50 Hz ou 60 Hz. Ces machines se caractérisent par un rapport poids / puissance faible, un déphasage (cosinus phi) très faible et une bonne adéquation en milieu hostile (conditions de chantier, alimentation fluctuante par groupe électrogène, basses ou hautes températures, etc.) ;
• dans le domaine de la réception hertzienne nomade TV grand public, les onduleurs (12 V > 230 V) permettent de brancher un téléviseur sur la prise allume-cigare.

Alimentation sans interruption

L'onduleur est également un composant des alimentations sans interruption (ASI). Dans le langage courant, le terme « onduleur » est d'ailleurs fréquemment employé pour désigner une telle alimentation, par exemple comme alimentation de sécurité des ordinateurs[17].