Pourquoi certains convertisseurs 230V sont si lourds et volumineux ?

Les convertisseurs permettent d'alimenter les appareils 230V domestiques à partir des batteries de nos bateaux. Ils permettent donc de convertir le courant continu 12 ou 24 V des batteries en courant alternatif 230V tel que celui disponible à terre ou à quai.

Nous allons voir ici quels sont les trois principaux types de convertisseurs disponibles sur le marché et pourquoi, à puissance similaire, il existe de telles différences de prix, de taille et de poids de ces appareils.

Les différentes topologies présentées ici concernent les simples convertisseurs qui permettent de produire du courant alternatif 230 V à partir des batteries mais concernent également les convertisseurs/chargeurs capables de réaliser en plus la réciproque, c'est-à-dire de recharger les batteries à partir du 230V du quai. Ces topologies permettent toutes trois d'obtenir une sinusoïde conforme à celle du réseau et donc des convertisseurs portant la mention "Pur sinus" ou "Pure sine wave".

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Convertisseur basse fréquence

Dans ce type de convertisseurs, nous retrouvons de gauche à droite :

• l'alimentation en courant continu

• un pont de transistors

• des éléments de filtre

• un transformateur basse fréquence à noyau de fer

Ici, le pont de transistors est commuté à la fréquence du signal 230V désiré, c'est-à-dire 50 Hz. Il en sort un signal carré de fréquence 50 Hz et de tension de l'ordre de 12V.

Le signal carré obtenu en sortie du pont de transistors est filtré pour obtenir la sinusoïde puis le transformateur permet d'augmenter la tension à 230V.

Le transformateur

Le transformateur est ici à noyau de fer en tôles laminées et de taille et poids importants. C'est lui qui handicape ce type de convertisseurs sur ces points.

Points positifs :

• Grande fiabilité

• Les transistors sont des éléments fiables commutés à basse fréquence

• Le transformateur basse fréquence autorise de fortes surcharges

• Adapté au démarrage de moteurs électriques, compresseurs, climatisations, ...

Points négatifs :

• Encombrement et poids importants du fait du transformateur basse fréquence à noyau de fer

• Prix élevé du fait du transformateur principalement

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Convertisseur haute fréquence

Nous retrouvons ici les mêmes éléments que précédemment mais les éléments de filtre se trouvent après le transformateur.

Ici, le pont de transistors n'est plus commuté à 50 Hz mais à des fréquences bien plus importantes, de l'ordre du kHz ou de la dizaine de kHz pour certains modèles de convertisseurs.

MLI / PWM

Le courant continu est ici transformé en courant alternatif par MLI (Modulation de Largeur d'Impulsion), PWM en anglais pour Pulse Width Modulation.

Le pont de transistors produit des impulsions plus ou moins longues comme présenté sur la figure ci-dessus.

Le transformateur

Contrairement au cas précédent, le convertisseur est ici équipé d'un transformateur haute fréquence adapté à la fréquence en sortie du pont de transistors.

De manière approximative, on peut dire que les dimensions d'un transformateur sont inversement proportionnelles à la fréquence du courant transformé.

Le transformateur haute fréquence est donc ici beaucoup plus petit que pour le cas du convertisseur basse fréquence et également plus léger puisqu'il est à noyau de ferrite et avec moins de tours d'enroulement des bobines en cuivre.

Points positifs :

• Encombrement et poids réduits du fait du transformateur haute fréquence à noyau de ferrite

• Prix réduit principalement du fait du transformateur haute fréquence

• Précision et stabilité du signal alternatif

Points négatifs :

• Fiabilité réduite du fait des modèles de transistors utilisés et de la moindre tolérance aux surcharges

• Moindre capacité à supporter les surcharges

• Nécessite un sur-dimensionnement important dans le cas de l'alimentation de moteurs électriques, compresseurs, ...

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Convertisseur hybride

Dans les grandes lignes, c'est notamment la topologie que l'on retrouve dans les convertisseurs de la marque Victron.

MLI / PWM

La transformation du courant continu en alternatif se fait dans un premier temps de la même manière que dans le cas du convertisseur haute fréquence, par MLI.

Le transformateur

Le signal haute fréquence est filtré en sortie du pont de transistors et le transformateur voit donc un signal 50Hz sans composantes de haute fréquence.

Le transformateur est donc de type basse fréquence à noyau de fer.

Points positifs :

Etant un hybride des deux précédents types de convertisseurs, celui-ci offre les avantages de chacun avec notamment une bonne capacité à supporter les surcharges. Son prix est en revanche élevé du fait principalement de la présence d'une transformateur basse fréquence et l'encombrement et le poids sont importants.

Comme pour le convertisseur haute fréquence, la technique de MLI permet de parfaitement maîtriser la tension et la fréquence de la sinusoïde et, pour les convertisseurs/chargeurs, permet donc le changement de source très rapidement et sans interruption.