Les IGBT (transistors bipolaires à grille isolée) sont utilisés dans les modules onduleurs des variateurs de fréquence (VFD) en raison de leur capacité à gérer efficacement des tensions et des courants élevés. Dans les VFD, les IGBT servent de dispositifs de commutation dans l’étage onduleur, où ils convertissent la tension continue du redresseur en tension alternative avec une fréquence et une amplitude variables. Cela permet de contrôler la vitesse du moteur de manière fluide et efficace. Les IGBT sont préférés aux autres dispositifs semi-conducteurs tels que les MOSFET dans les VFD, car ils peuvent gérer des courants et des tensions plus élevés tout en offrant de bonnes caractéristiques de commutation et de bonnes performances thermiques, cruciales pour un fonctionnement fiable dans les applications industrielles et commerciales.
La principale raison de l’utilisation des IGBT dans les VFD est leur capacité à commuter efficacement des tensions et des courants élevés tout en maintenant un fonctionnement efficace. Dans les VFD, l’étage onduleur convertit la tension continue du redresseur en tension alternative de fréquence et d’amplitude variables, qui contrôle la vitesse et le couple des moteurs à courant alternatif. Les IGBT excellent dans ce rôle en raison de leur faible chute de tension à l’état passant, de leurs vitesses de commutation rapides et de leur robustesse face aux conditions de surintensité et de surtension. Ces caractéristiques rendent les IGBT adaptés aux applications haute puissance où un contrôle précis et un rendement élevé sont essentiels.
Les IGBT jouent un rôle crucial dans l’étage onduleur des VFD en agissant comme les principaux dispositifs de commutation qui contrôlent la génération de tension alternative à fréquence variable. Le but des IGBT dans l’onduleur est de convertir la tension continue fixe de l’étage redresseur en tension alternative à fréquence variable qui correspond aux exigences de vitesse et de couple souhaitées du moteur. En s’allumant et en s’éteignant à hautes fréquences, les IGBT régulent la tension et la fréquence de la forme d’onde de sortie, permettant un contrôle fluide de la vitesse du moteur et un ajustement précis des paramètres de sortie tels que la tension et la fréquence.
Les IGBT peuvent échouer dans les VFD pour diverses raisons, notamment des conditions de surintensité, une accumulation de chaleur excessive, des pics de tension ou des défauts de fabrication. Les événements de surintensité, où le courant traversant l’IGBT dépasse sa capacité nominale, peuvent entraîner des contraintes thermiques et éventuellement une défaillance du dispositif. De même, les pointes de tension ou les transitoires peuvent provoquer une rupture de l’isolation de l’IGBT ou endommager les jonctions semi-conductrices. Des techniques appropriées de refroidissement et de dissipation thermique sont essentielles pour éviter l’emballement thermique et garantir un fonctionnement fiable des IGBT dans les VFD. De plus, le contrôle qualité pendant la fabrication et des considérations de conception appropriées peuvent minimiser le risque de défaillance de l’IGBT dans les applications VFD.
L’étage onduleur d’un variateur de fréquence (VFD) sert à convertir le courant continu du redresseur en courant alternatif à fréquence et tension variables. Cette étape est cruciale pour contrôler la vitesse et le couple des moteurs à courant alternatif en ajustant la fréquence de la forme d’onde de sortie CA. En utilisant des techniques de modulation de largeur d’impulsion (PWM) contrôlées par des IGBT ou d’autres dispositifs à semi-conducteurs, l’étage inverseur génère des tensions de sortie CA douces et réglables qui correspondent aux exigences opérationnelles du moteur. Cette capacité permet aux VFD d’obtenir un contrôle précis de la vitesse, des économies d’énergie et une efficacité de processus améliorée dans les applications industrielles et commerciales.