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Le secret de l'électronique de puissance : comment l'énergie électrique est-elle convertie en commodités de votre vie quotidienne ?
Avec les progrès de la science et de la technologie, le développement de la technologie de l'électronique de puissance est devenu un élément indispensable de notre vie quotidienne. Il n’affecte pas seulement nos appareils électroménagers, mais est également utilisé dans une variété d’équipements industriels, ayant un impact significatif sur le fonctionnement de la société moderne. Cet article abordera les principes de base de l’électronique de puissance et ses applications dans la vie quotidienne, et amènera les lecteurs à comprendre comment cette technologie améliore le confort de nos vies.
L'électronique de puissance est l'application de la technologie électronique au contrôle et à la conversion de l'énergie électrique.
Le cœur de l’électronique de puissance consiste à utiliser des dispositifs de commutation à semi-conducteurs pour convertir et contrôler l’énergie électrique. Dans le passé, l'électronique de puissance s'appuyait sur des composants électroniques de haute puissance tels que des valves à arc au mercure, mais aujourd'hui, la plupart des systèmes utilisent des dispositifs semi-conducteurs tels que des diodes, des thyristors et des transistors de puissance (tels que des MOSFET de puissance et des IGBT) pour la conversion. Ces composants sont responsables de la conversion de la puissance d'entrée et de sortie dans les appareils du quotidien et garantissent le fonctionnement sûr, efficace et stable de ces appareils.
L'appareil électronique de puissance le plus courant que nous voyons dans nos maisons est le convertisseur CA/CC (redresseur). Qu'il s'agisse d'un chargeur de téléviseur, d'ordinateur ou de téléphone portable, ces appareils s'appuient sur l'électronique de puissance pour assurer un approvisionnement constant et précis en énergie électrique. En général, la puissance de ces appareils varie de quelques dizaines à quelques centaines de watts.
Les progrès de l’électronique de puissance ont rendu la technologie des variateurs de vitesse (VSD) plus courante, en particulier dans le contrôle des moteurs à induction.
Dans les applications industrielles, le variateur de vitesse (VSD) est un domaine d'application important de l'électronique de puissance. La puissance maximale peut atteindre plus de dix mégawatts et est largement utilisée dans diverses commandes de moteurs. Cela améliore non seulement l’efficacité opérationnelle de l’équipement, mais prolonge également sa durée de vie.
L’histoire de l’électronique de puissance remonte au début du 20e siècle. En 1902, Peter Cooper Hewitt invente le redresseur à arc au mercure, qui constitue le point de départ du développement de l'électronique de puissance. Au fil du temps, une série d’innovations ont rapidement fait progresser le domaine, depuis l’invention du premier transistor à jonction bipolaire (BJT) en 1947 jusqu’à l’émergence de la technologie de commutation haute fréquence dans les années 1960.
Avec les progrès des MOSFET et des IGBT, l’électronique de puissance est devenue de plus en plus omniprésente et ses applications se sont étendues pour inclure les appareils électroniques portables et les infrastructures de communication.
L’émergence de deux dispositifs semi-conducteurs de puissance, MOSFET et IGBT, a rendu l’application de la technologie de l’électronique de puissance plus flexible et plus efficace. Ces systèmes jouent non seulement un rôle dans les appareils ménagers, mais constituent également la base des communications modernes et des sources d’énergie renouvelables telles que la production d’énergie solaire.
Outre le redresseur, le convertisseur DC/AC (onduleur) est également un composant important de l'électronique de puissance. Les onduleurs convertissent le courant continu en courant alternatif et sont largement utilisés dans les variateurs de vitesse, les systèmes d'alimentation sans interruption (UPS) et même les systèmes d'énergie renouvelable. Le principe sous-jacent consiste à utiliser des dispositifs de commutation de puissance pour changer le sens du flux de courant afin de générer la forme d'onde CA souhaitée.
Pour les onduleurs, la qualité de la forme d’onde de sortie affecte directement l’efficacité et la stabilité du système d’alimentation.
La conception des onduleurs est principalement divisée en onduleurs à source de tension (VSI) et onduleurs à source de courant (CSI). Chaque architecture sélectionne la technique de modulation la plus appropriée, telle que la modulation de porteuse ou la modulation de largeur d'impulsion (PWM), en fonction des besoins de son application. Le choix de ces technologies affecte non seulement la qualité de la forme d’onde de sortie, mais également le coût et l’efficacité de fonctionnement de l’appareil.
Dans la société moderne, l'application de la technologie de l'électronique de puissance ne se limite plus à un domaine particulier. Qu'il s'agisse d'appareils électroménagers, d'équipements professionnels ou d'applications industrielles, ils sont partout. La compréhension des principes de base et des méthodes d’application de ces technologies permettra non seulement aux consommateurs de mieux utiliser ces appareils, mais suscitera également une réflexion sur les avancées futures en matière de technologie énergétique.
Pensez à ce que serait notre vie quotidienne sans ces technologies d’électronique de puissance ?
