Principe des transistors IGBT dans un onduleur – comment fonctionnent les composants de puissance ?

Principe de fonctionnement des transistors IGBT dans un onduleur – guide technique

Le transistor IGBT d’un onduleur est un composant de puissance de base responsable de la commutation précise de l’énergie dans les systèmes de commande de moteur. Dans l’industrie, il est utilisé dans les onduleurs, les servomoteurs, les alimentations électriques de forte puissance et les convertisseurs. It combines the characteristics of a MOSFET and a bipolar transistor, allowing fast switching at high currents. Nous vous expliquons ci-dessous le fonctionnement des transistors IGBT, le principe de fonctionnement et la manière de les diagnostiquer dans la pratique.

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Structure et fonction du transistor IGBT

Le transistor IGBT se compose de trois électrodes principales : la grille (G), le collecteur (C) et l’émetteur (E). Il est commandé par l’application d’une tension à la jonction grille-émetteur afin de contrôler le flux de courant à travers la section de puissance. Plus important encore, la grille est isolée et nécessite donc un courant de commande minimal. Le transistor IGBT peut donc être utilisé dans des systèmes où il est important d’avoir un rendement élevé et une réponse rapide aux changements de paramètres du moteur.

Le rôle de l’IGBT dans le circuit de l’onduleur – comment la forme d’onde PWM est-elle générée ?

L’onduleur convertit une tension continue en une forme d’onde alternative à fréquence réglable. Chacune des trois phases est contrôlée par une paire de transistors IGBT qui commutent à une fréquence de quelques kHz à plusieurs dizaines de kHz. On obtient ainsi une forme d’onde PWM, à partir de laquelle un signal sinusoïdal “prétendu” est ensuite filtré.

Le processus est le suivant :

L’IGBT reçoit un signal de commande → l’élément commence à conduire → l’énergie circule dans la phase du moteur → un autre transistor commute le circuit → la modulation PWM est créée pour permettre le contrôle du couple.

C’est ce qui permet à l’onduleur de contrôler en douceur la vitesse, le couple et la direction du moteur.

Transistors IGBT – principe de fonctionnement et diagnostic de service

Le principe de fonctionnement des transistors IGBT est le suivant : l’élément commence à conduire le courant lorsque la tension appropriée est appliquée à la grille. Lorsqu’il n’est plus alimenté, le transistor se ferme et bloque le flux de courant. Le passage de l’état ouvert à l’état fermé se fait très rapidement, ce qui permet de générer un signal PWM. Dans un onduleur, ce processus est répété des milliers de fois par seconde.

En pratique, cela signifie que chaque transistor fonctionne en mode “keying” plutôt qu’en conduction linéaire. C’est pourquoi le circuit doit être refroidi et la commande de la grille doit être très précise pour éviter une conduction incontrôlée.

Liste des principales applications de l’IGBT

• Variateurs triphasés pour moteurs à courant alternatif
• Servo-amplificateurs et systèmes d’entraînement CNC
• Convertisseurs industriels DC/AC et DC/DC

Le transistor igbt : comment le vérifier – manuel de diagnostic

Dans les services d’automatisation industrielle, l’une des tâches les plus courantes consiste à évaluer l’état des modules IGBT. Un transistor défectueux peut provoquer des courts-circuits, une perte de régulation ou le déclenchement immédiat des protections de l’onduleur. Un multimètre doté d’une fonction de test des diodes suffit pour effectuer un premier diagnostic.

Instructions étape par étape :

• Déconnectez le module IGBT du circuit – les mesures effectuées sur la carte entraînent des erreurs,
• Réglez le compteur pour tester la diode et mesurez la jonction collecteur-émetteur : une direction est conductrice, l’autre non.
• Vérifiez l’émetteur de la porte : l’absence de conduction signifie que l’isolation est correcte.

Si C-E conduit dans les deux sens, cela signifie que la structure est court-circuitée et que le module doit être remplacé. Dans la pratique, cette condition est souvent causée par des surcharges du moteur, des condensateurs CC défectueux, des pilotes défectueux ou le retour d’une surtension provenant d’un enroulement de moteur défectueux.

Analyse des défaillances des transistors IGBT – une approche pratique

Les défaillances de l’IGBT sont très souvent le résultat de problèmes dans le circuit global plutôt que dans le composant lui-même. Par exemple, des condensateurs DC desséchés provoquent une charge inégale sur le pont, ce qui entraîne une surchauffe de la structure. Des dissipateurs thermiques encrassés augmentent la température de fonctionnement et l’absence de filtres CEM expose le transistor à des surtensions.

Les techniciens de maintenance doivent accorder une attention particulière aux points suivants

• l’état du pont thermique,
• la qualité des connexions des câbles et l’état de l’isolation du moteur,
• le bon fonctionnement des pilotes de porte,
• la température de fonctionnement de l’onduleur en charge,
• Condensateurs de stockage d’énergie pour bus CC.

Dans la pratique, réparer l’IGBT seul sans vérifier ces composants conduit à des pannes répétées.

Différences entre les IGBT et les MOSFET dans les onduleurs

L’IGBT conduit des courants plus élevés et peut supporter des tensions plus importantes, c’est donc un choix naturel dans les onduleurs dont la tension est comprise entre 400 et 690 V. Le MOSFET conduit plus rapidement et est plus performant dans les applications à basse tension où la vitesse de commutation est cruciale.

Les IGBT dominent l’industrie parce que leurs performances sont stables dans des conditions difficiles : charges variables, températures élevées et fonctionnement continu.

Comment prolonger la durée de vie des transistors IGBT ? – conseils d’ingénierie

Pour que les composants de puissance durent plus longtemps, il faut veiller au système de refroidissement, à la filtration de l’alimentation et à l’état correct de l’isolation du moteur. Le remplacement régulier des condensateurs CC et l’inspection des pilotes de grille réduisent considérablement le risque de défaillance. Dans la pratique, RGB Electronics montre qu’environ 60 à 70 % des pannes d’IGBT sont dues à des problèmes dans d’autres sections de l’onduleur.

Il est également utile d’effectuer des tests thermiques après la réparation, en observant le comportement du transistor sous une charge réelle. Cela vous permet de détecter rapidement les cycles de contrôle PWM erronés ou les surcharges de phase.

Élément clé de la puissance de l’onduleur

Le transistor IGBT est le cœur du circuit de l’onduleur. Grâce à sa commutation rapide, à sa capacité de charge élevée et à sa stabilité opérationnelle, ce composant permet une commande précise des moteurs dans les installations industrielles. La compréhension du principe de l’IGBT et la capacité à effectuer des diagnostics pratiques sont des compétences essentielles pour les ingénieurs de maintenance et les électroniciens qui réparent les systèmes d’alimentation.

Chez RGB Electronics, nous diagnostiquons, réparons et testons des onduleurs de différents fabricants depuis plus de 25 ans. Nous proposons le remplacement complet des transistors IGBT défectueux, des tests de charge et une régénération complète des circuits d’alimentation.

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