Les convertisseurs de puissance maritimes sont des dispositifs électriques qui convertissent et régulent la tension, le courant et la fréquence afin de répondre aux besoins en énergie des systèmes maritimes et sous-marins. Les configurations disponibles comprennent des redresseurs CA-CC, des convertisseurs CC-CC, des onduleurs CC-CA, des convertisseurs bidirectionnels et des convertisseurs de fréquence CA-CA.
Cette page présente des fabricants de convertisseurs de puissance maritimes, destinés à la propulsion, à la distribution d’énergie, à la gestion des batteries et à l’électronique embarquée sur les navires avec ou sans équipage.
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Alimentations électriques et convertisseurs robustes pour les systèmes maritimes et navals
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Les convertisseurs de puissance maritimes sont des dispositifs électriques qui convertissent et régulent la tension, le courant ou la fréquence afin de répondre aux besoins en énergie des équipements embarqués à bord des navires, des installations offshore et des systèmes sous-marins. Ils permettent aux équipements électriques de fonctionner à partir de différentes sources d’alimentation, notamment des générateurs, des batteries, des raccordements au réseau à quai et des systèmes d’énergie renouvelable.
CWA003 d’Aegis Power Systems
Parmi les configurations courantes, on trouve les redresseurs courant alternatif-courant continu (CA-CC), les convertisseurs CC-CC, les onduleurs maritimes CC-CA et les convertisseurs de fréquence CA-CA. Ces dispositifs assurent l’alimentation de la propulsion, des instruments scientifiques, des infrastructures sous-marines et de la distribution électrique marine ; certaines installations nécessitent également une isolation galvanique, une stabilisation de la tension, une protection contre les aléas environnementaux et une surveillance intégrée.
Les convertisseurs de puissance maritimes sont disponibles en divers types et configurations, chacun étant conçu pour remplir des fonctions spécifiques de conversion de puissance au sein des systèmes électriques maritimes et sous-marins.
| Type de convertisseur de puissance | Caractéristiques |
| Redresseurs CA-CC | Convertissent le courant alternatif (CA) en courant continu (CC) pour la charge des batteries, la distribution de courant continu, les équipements électroniques et d’autres charges à bord nécessitant une alimentation en courant continu. |
| Convertisseurs CC-CC | Convertissent une tension continue en une autre, permettant ainsi aux batteries ou aux systèmes de distribution de courant continu d’alimenter des équipements nécessitant des tensions de fonctionnement différentes. Les modèles peuvent offrir une conversion élévatrice, abaisseuse, isolée ou non isolée. |
| Onduleurs marins CC-CA | Ils convertissent le courant continu provenant des batteries ou des systèmes électriques à courant continu en courant alternatif destiné aux équipements conçus pour fonctionner en courant alternatif. La tension et la fréquence de sortie dépendent de l’onduleur et des exigences de l’application. |
| Convertisseurs de fréquence CA-CA | Ils convertissent le courant alternatif d’une fréquence à une autre, avec conversion de tension si nécessaire. Ils sont utilisés lorsque les caractéristiques de l’alimentation à bord ou à quai diffèrent des exigences des équipements maritimes connectés. |
| Convertisseurs CC-CC bidirectionnels | Ils transfèrent le courant continu dans les deux sens entre les batteries, les bus CC et d’autres systèmes électriques, permettant ainsi la charge, la décharge, le stockage d’énergie et la gestion de l’alimentation hybride-électrique. |
| Onduleurs bidirectionnels | Ils prennent en charge à la fois la conversion CC-CA et CA-CC, permettant ainsi à l’énergie de circuler entre les systèmes de stockage par batterie et les réseaux électriques CA. Parmi leurs applications figurent la propulsion hybride, la recharge des batteries et la gestion de l’énergie à bord. |
| Variateurs de fréquence (VFD) | Ils combinent généralement un redresseur, un circuit intermédiaire en courant continu et un onduleur afin de fournir une tension et une fréquence alternatives réglables aux moteurs électriques. Ils contrôlent la vitesse et le couple des moteurs de propulsion, des pompes, des propulseurs et d’autres machines marines. |
| Convertisseurs de puissance sous-marins | Ils assurent des fonctions de conversion de puissance CA-CC, CC-CC ou autres à proximité des équipements sous-marins, en convertissant souvent des tensions de distribution plus élevées aux niveaux requis par les instruments sous-marins, les systèmes de commande et les systèmes télécommandés. Leur conception peut faire appel à des boîtiers résistants à la pression ou à des composants électroniques tolérants à la pression. |
Les navires de recherche et de levés hydrographiques utilisent des convertisseurs de puissance pour fournir une alimentation électrique stable aux systèmes de sonar, aux instruments scientifiques, aux équipements de navigation et au matériel d’acquisition de données. Les convertisseurs CC-CC ajustent les tensions d’alimentation à bord pour chaque appareil, tandis que les onduleurs maritimes fournissent du courant alternatif à partir de systèmes de batteries en courant continu. Lorsque des instruments sensibles sont utilisés, des sorties à faible bruit, un filtrage et une isolation électrique appropriée peuvent contribuer à limiter les interférences avec les mesures et les communications.
Les navires de surface sans pilote (USV), les véhicules sous-marins autonomes (AUV) et les véhicules télécommandés (ROV) utilisent des systèmes de conversion de puissance pour répartir l’électricité entre la propulsion, l’électronique de commande, les capteurs et les équipements de communication. Des convertisseurs CC-CC compacts fournissent les tensions requises par chaque sous-système, tandis que des onduleurs CC-CA alimentent les équipements nécessitant du courant alternatif. Le rendement de conversion, la gestion thermique et la densité de puissance revêtent une importance particulière pour les véhicules alimentés par batterie effectuant des missions de longue durée.
Les convertisseurs de puissance sous-marins fournissent des sorties électriques régulées pour l’instrumentation sous-marine, les systèmes de surveillance, les équipements de commande et les infrastructures télécommandées. Dans les systèmes de ROV filaires, l’énergie électrique transmise à des tensions élevées via un câble ombilical peut être convertie localement en tensions plus faibles pour les équipements embarqués, ce qui réduit les pertes de transmission le long du câble. Les installations en eaux profondes peuvent utiliser des convertisseurs logés dans des boîtiers résistants à la pression ou des ensembles spécialement conçus pour supporter la pression.
Les installations marines d’énergie renouvelable utilisent des équipements de conversion de puissance pour relier des sources électriques variables à des batteries, à des réseaux de distribution embarqués et à des systèmes d’alimentation externes. Les applications éoliennes, marémotrices, houlomotrices et solaires en mer peuvent nécessiter un redressement, une inversion ou une régulation de tension, tandis que des convertisseurs bidirectionnels permettent de gérer le transfert d’énergie entre le stockage par batterie et les réseaux de distribution en courant continu. Dans les systèmes maritimes hybrides, les convertisseurs de puissance assurent également la coordination des générateurs, des batteries et d’autres sources électriques afin d’améliorer la flexibilité opérationnelle.
Les systèmes de propulsion électriques et hybrides-électriques s’appuient sur des convertisseurs de puissance pour réguler l’électricité fournie aux moteurs de propulsion et aux équipements associés. Les onduleurs CC-CA et les variateurs de fréquence (VFD) contrôlent la vitesse et le couple des moteurs en ajustant les caractéristiques de sortie électrique, tandis que des systèmes d’entraînement bidirectionnels adaptés peuvent prendre en charge le fonctionnement régénératif lorsque l’architecture de propulsion permet la récupération d’énergie. Les convertisseurs marins de forte puissance nécessitent un refroidissement approprié, une protection contre les défauts et une intégration aux systèmes de distribution électrique du navire.
Les convertisseurs de puissance marins assurent des fonctions spécifiques de conversion électrique au sein de systèmes d’alimentation embarqués et offshore plus vastes. Les équipements connexes peuvent assurer l’isolation électrique, la charge, la régulation de tension, le stockage d’énergie ou la commande des moteurs, certains dispositifs intégrant des circuits de conversion dans le cadre d’un système plus large.
Le choix de l’équipement dépend donc de la nécessité, pour une installation, d’une conversion électrique, d’une transformation de tension, d’un stockage d’énergie, d’une charge, d’une commande de moteur ou d’une combinaison de ces fonctions.
Les convertisseurs de puissance maritimes doivent être sélectionnés et installés conformément aux exigences en matière de sécurité électrique, d’environnement et de compatibilité électromagnétique (CEM) applicables à leur utilisation prévue. Les normes pertinentes de la Commission électrotechnique internationale (CEI) comprennent :
Des règles supplémentaires des sociétés de classification et des exigences spécifiques au projet peuvent s’appliquer aux convertisseurs installés sur des navires classés ou des infrastructures offshore. La conformité dépend de la fonction du convertisseur, de son environnement d’installation, du champ d’application de l’homologation et des exigences spécifiques du navire ou du projet.
Les avancées en matière de technologie des semi-conducteurs de puissance, de commande numérique et d’architectures électriques modulaires influencent la conception des convertisseurs de puissance maritimes, en particulier lorsque le rendement, la densité de puissance, la fiabilité et la surveillance à distance sont des critères importants.
Ces avancées favorisent la mise en place de systèmes d’alimentation maritimes plus efficaces, plus flexibles et faisant l’objet d’une surveillance étroite, le choix du convertisseur restant fonction des performances électriques, des exigences environnementales, de l’architecture du système et des contraintes d’intégration.
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