AVIS DE SOUTENANCE
Matthieu DARNET
Laboratoire des Signaux et Systèmes (L2S),
General Electric Healthcare (GE)
Soutiendra publiquement ses travaux de thèse intitulés :
« Robustesse d’une loi de commande d’un redresseur triphasé pour l’alimentation électrique d’un appareil d’imagerie médicale de forte puissance impulsionnelle»
« Robustness of the Three-Phase Rectifier Control Law of a Power Supply for a High Pulse Power Medical Imaging System »
Soutenance prévue le
Mercredi 16 mars 2022 à 14h00
Lieu : Amphi I, bâtiment Eiffel,
CentraleSupélec, 3 Rue Joliot Curie, 91190 Gif-sur-Yvette
Membres du jury :
Olivier Gehan (Maître de conférences, ENSICAEN, Laboratoire d’Automatique de Caen) Rapporteur
Pierre Lefranc (Maître de conférences, ENSE3, Grenoble Electrical Engineering Lab) Rapporteur
Mohamed Becherif (Maître de conférences, CNRS, FCLab , Femto-ST) Examinateur
Eric Labouré (Professeur des Universités, CentraleSupélec, Laboratoire du Génie Électrique et Électronique de Paris) Examinateur
Xuefang LIN-SHI (Professeur des Universités, Institut national des sciencesappliquées de Lyon, Laboratoire Ampère)Examinatrice
Guillaume SANDOU (Professeur, CentraleSupélec, Laboratoire des Signaux etSystèmes) Examinateur
Emmanuel GODOY (Professeur, CentraleSupélec, Laboratoire des Signaux etSystèmes)Directeur de thèse
Stéphane GAUTRAIS (Ingénieur expert, General Electric Healthcare) Invité
Résumé :
La conception d’un redresseur triphasé robuste et performant est un enjeu clé dans les alimentations des futurs appareils d’imagerie médicale de type scanner à rayons X pour augmenter leur puissance et leur rapidité. Cette application impose une grande variabilité de points de fonctionnements au redresseur : (i) En sortie, la charge est de type impulsionnelle avec des variations de puissance de plus de 100kW. (ii) En entrée, la tension nominale d’entrée et l’impédance du réseau d’entrée sont variables d’une installation à l’autre. La topologie du double Vienna avec inductances couplées et commandes entrelacées est choisie pour son efficacité, sa fiabilité et son faible volume. La loi de commande choisie est constituée de trois boucles de régulations : (i) régulation de la tension de sortie totale, (ii) correction du facteur de puissance des courants d’entrée, (iii) équilibrage des deux tensions de sortie. Une contrainte forte est le changement de dynamique des courants d’entrée qui passent par différents modes de conduction sur une même période du réseau. Deux modèles linéaires des courants sont développés : le modèle moyenné linéarisé pour les modes de conduction continue, et un modèle original développé dans cette thèse pour les modes de conduction discontinue. Les performances de la régulation sont vérifiées en simulation et expérimentalement. La robustesse de la régulation est évaluée par l’analyse des réponses fréquentielles et des marges de stabilité monovariables et multivariables des modèles linéaires développées dans cette thèse sur l’ensemble des points de fonctionnement et des valeurs possibles de l’impédance réseau. La robustesse de la régulation globale aux phénomènes définis par la courbe ITIC de surtension et de chute de tension sur le réseau est confirmée en simulation.
Abstract
The design of a robust and efficient three-phase rectifier is a key issue in the power supplies of future medical imaging system such as X-ray scanners to increase their power and speed. This application imposes a large variability of operating points on the rectifier : (i) At the output, the load is of the pulse type with power variations of more than 100kW. (ii) At the input, the nominal input voltage and input grid impedance are variable from one installation to another. And the instant input voltage varies normally on a 10% range, and abnormally from 0 to 500% of the nominal value. The double Vienna topology with coupled inductors and interleaved controls is chosen for its efficiency, reliability and low volume. The chosen control law consists of three control loops : (i) regulation of the total output voltage, (ii) power factor correction of the input currents, (iii) balancing of the two output voltages. A strong constraint is the changing dynamics of the input currents which pass through different conduction modes over the same grid period. Two linear models of the currents are developed : the linearized averaged model for the continuous conduction modes, and an original model developed in this thesis for the discontinuous conduction modes. The performance of the regulation is verified in simulation and experimentally. The robustness of the control is assessed by analyzing the frequency responses and the single-variable and multivariable stability margins of the linear models developed in this thesis. The robustness of the global regulation to the phenomena defined by the ITIC curve of grid overvoltage and voltage drop is confirmed in simulation.
Mots clés : Robustesse, Loi de Commande, Redresseur triphasé, Inductance couplée, Modélisation, Appareil d’imagerie médicale
Keywords : Robustness, Control law, Three-phase rectifier, Coupled inductance, Modeling, Medical imaging syst
