Onduleur injection réseau et site isolé monophasé de 3kVA
Un client construit et développe des systèmes de stockage d’énergie innovants fondés sur la technologie zinc-air rechargeable. Après avoir validé son concept, ce client souhaite développer une solution industrialisable dans la perspective d’une fabrication industrielle et de la commercialisation de leur solution. Ne possédant pas de compétence en interne dans la conversion de l’énergie, il a fait le choix de sous-traiter la réalisation de l’onduleur interfaçant leur batterie et la charge.
C’est à ce moment que SIREPE est intervenu pour développer et réaliser deux démonstrateurs d’un onduleur injection réseau monophasé (3kVA). Cet onduleur a été conçu sur mesure pour répondre au cahier des charges spécifique du client.
Figure 1 : Réalisation de l’onduleur injection réseau
Le cahier des charges
Le cahier des charges du client présentait les points principaux suivants :
-
Minimum
Nominal
Maximum
Puissance (kVA)
—
3
—
Tension d’entrée (VDC)
20
30
60
Courant d’entrée (ADC)
0
100
100
Tension de sortie (VAC eff.)
170
230
270
Courant de sortie (AAC eff.)
0
13,5
18
Facteur de puissance
0,1
1
1
Fréquence réseau (Hz)
45
50
65
-
L’onduleur doit être capable de fonctionner en mode autonome (réseau isolé) et en mode connecté au réseau (injection sur le réseau de distribution)
-
L’application nécessite une isolation galvanique entre l’entrée et la sortie
-
Pour des raisons de fiabilité (durée de vie supérieure à 10 ans) le client spécifie l’utilisation d’une ventilation naturelle
-
Température de fonctionnent : -20°C/+60°C
-
Communication en CAN
-
Conformité avec les normes :
– Directives de basse tension : 2014/35/EU
– Directive CEM : 2014/30/UE
Conception
La conception (semi-conducteurs, passifs, commande, régulation et communication), la réalisation et la qualification ont été entièrement réalisées par les équipes de SIREPE en lien étroit avec les équipes de notre client dans le but d’assurer un transfert de compétence efficace.
Le convertisseur est constitué d’un DC/DC isolé suivi d’un onduleur de tension.
L’ensemble des interrupteurs de puissance sont des composants CMS. Pour assurer un bonne gestion thermique, nous avons fait le choix d’utiliser un SMI pour effectuer les interconnexions de puissance. Un PCB est montée en mezzanine qui supporte les commandes rapprochée, les mesures et les signaux logiques.
Fig 2 : Schéma du DC/DC et de l’onduleur
Le primaire du DC/DC est réalisé avec des Mosfets (100V – 1,5mΩ) et le secondaire est un redresseur à pont complet (diodes SiC – 1200V). Le transformateur est réalisé en technologie planar. Les inductances de filtrage DC et AC sont bobinées sur des tores en poudres métalliques. L’onduleur de tension est réalisé avec des Mosfets SiC (900V – 20mΩ).
Le produit
Les performances atteintes remplissent complètement les exigences du client. Les démonstrateurs sont fonctionnels, en accord avec le cahier des charges et industrialisables. Voici les points clés de ce produit :
Puissance : 3 kVA
Tension d’entrée DC : 20V – 60V
Tension de sortie AC : 230V
Fréquence de commutation : 50 kHz
Rendement : 94 %
Volume : 300 x 350 x 110 (mm)
Technologies : Mosfets, Diodes SiC, Mosfets SiC, transformateur planard
Fonctionnalités :
2 modes de fonctionnement possible :
– Mode autonome (réseau isolé)
– Mode connecté au réseau (injection sur le réseau de distribution)
Communication CAN ou liaison série (RS232)
Régulation de la tension ou du courant de sortie
Isolation galvanique
Applications : onduleur réseau, onduleur isolé, énergie renouvelable
