A

Avant-propos
Le travail présenté dans ce mémoire a été préparé dans le Laboratoire des entraînements
électriques et électronique de puissance, rattaché à la faculté de génie électrique, département
d’électrotechnique, université des sciences st de technologie d’Oran, USTO. Au terme de ces
années de recherches, je tiens à remercier toutes les personnes qui se sont impliquées dans ce
travail :
 Monsieur Hamid Azzedine, professeur à la faculté de génie électrique, département
d’électrotechnique, université des sciences et de technologie d’Oran USTO, Algérie,
pour m’avoir fait l’honneurde présider mon jury de thèse.
 Monsieur, Mohamed Bourahla, professeur à la faculté de génie électrique, département
d’électrotechnique, université des sciences et de technologie d’Oran, USTO, Algérie,
pourl’intérêt qu’il a porté à mon travail en acceptant d’en être rapporteur.
 Monsieur Mazari Benyounes, professeur à la faculté de génie électrique, département
d’électrotechnique, université des sciences et de technologie d’Oran, Algérie, pour sa
participation à mon jury de thèse et pour la cote scientifique qu’il a porté sur ce travail.
 Monsieur Meraoufel Abdelkader, professeur à la faculté de génie électrique,
département d’électrotechnique, université de Sidi Bel Abbes SBA, Algérie, pour sa
participation à mon jury de thèse et pour la cote scientifique qu’il a porté sur ce travail.
 Monsieur Fellah Mohamed Karim, professeur à la faculté de génie électrique,
département d’électrotechnique, université de Sidi Bel Abbes SBA, Algérie, pour sa
participation à mon jury de thèse et pour la cote scientifique qu’il a porté sur ce travail.
 Monsieur Mansouri Abdellah, professeur à la faculté de génie électrique, département
d’électrotechnique, université ENSET- Oran, Algérie, d’avoir honoré le staffe du jury et
pour l’intérêt qu’il a réservé a mon travail.
Je ne saurai terminer cet avant-propos sans prier le grand Dieu pour les défunt frère Djillali,
mon père hadj Tayeb, je voudrais lui témoigner ma profonde reconnaissance devant le grand
Dieu d’avoir accomplir le noble message de la vie en vers sa famille, sa patrie et inchaa Ellah en
vers sa religion. En même temps, je rend hommage aux sacrifices de ma mère hadja Khadija et
au combats successifs qu’elle a mené durant des années afin de construire une génération
d’hommes et de femmes propre et saine digne de fierté.
je tien à remercier mon marie Samira, pour ses encouragements tout au long de ma
thèse, et pour tout le bonheur qu’elle m’apporte au quotidien, aussi je saisie au début et au
fin de ce passage de dédier cette thèse à mes enfants Lyna Samia , Tayeb AbdelHak et Ahmed
Abdenour.
Enfin, je tiens à remercier ma famille et mes amis. Mes parents, pour leur
soutien inconditionnel, aussi bien financier qu’affectif, sans lequel je n’aurai jamais pu
réussir de telles études. Je voudrais leur témoigner ma profonde reconnaissance. Je dédis cette
thèse à tous les membres de la famille Rachedi, Medjahed, Bouderbala, aussi en particulier à
mes soeurs et frères sans oublier de remercier mon cher frère Mellele au Canada à l’aide
appréciable qu’il m’a réservé.
Rachedi Mohamed,
Le 3 Octobre 2012

REPUBLIQUE ALGERIENNE DÉMOCRATIQUE ET POPULAIRE
MINISTERE DE L'ENSEIGNEMENT SUPÉRIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE
UNIVERSITE DES SCIENCES ET DE TECHNOLOGIE D'ORAN
MOHAMED BOUDIAF
FACULTÉ DE GÉNIE ÉLECTRIQUE
DÉPARTEMENT D'ÉLECTROTECHNIQUE
THESE EN VUE DE L'OBTENTION DU DIPLÔME DE
DOCTORAT EN SCIENCE
SPÉCIALITÉ: ÉLECTROTECHNIQUE
OPTION : COMMANDE ELECTRIQUE
Présenté par
RACHEDI MOHAMED
Optimisation du Développement d’une
Alimentation de Puissance pour les Tubes
à Rayons X
SOUTENUE LE 27/06/2013 DEVANT LE JURY COMPOSE DE:
Mr. HAMID AZZEDINE, Président Professeur, USTO d’Oran
Mr. BOURAHLA MOHAMED, Rapporteur Professeur, USTO d'Oran
Mr. MAZARI BENYOUNES, Examinateur Professeur, USTO d'Oran
Mr. MEROUFEL ABDELKADER, Examinateur Professeur, Univ S.B.A
Mr. FELLAH MOHAMED KARIM, Examinateur Professeur, Univ S.B.A
Mr. MANSOURI ABDELLAH Examinateur Professeur ENSET – Oran

SOMMAIRE
Introduction Générale
Chapitre I……………………………….…Principes Généraux et Technique de la Radiologie
Introduction………………………………………………………………………………………................3
1.1 Théorie de la physique de rayonnement………………………………………………….………….4
1.2. Principe de générateur de rayons X…………………………………………………………………5
1.2.1. Eléments constitutifs…………………………………………………………………………….6
1.2.2. Description des caractéristiques du tube radiogène………………………………………...8
1.3. Contraintes thermiques dans un tube à Rayons X……………………………………………........9
1.2.1. Les énergies mises en jeu………………………………………………………………………10
1.2.2. Transfert de chaleur du tube…………………………………………………………………..11
1.2.3. Les étapes successives………………………………………………………………………….12
1.2.4. Capacité thermique de l'anode………………………………………………………………..13
1.2.5. Expositions répétées……………………………………………………………………………14
1.2.4. Les facteurs modifiant la puissance du tube………………………………………………...16
1.4. Relations entre facteurs de qualité d'image……………………………………………………….18
1.5. Générateur de rayons X……………………………………………………………………………...20
1.6. Structure de convertisseurs alimentant un tube à rayons X………………………………….….21
Conclusion…………………………………………………………………………………………………..22
Chapitre II……Synthèse des Structures de Convertisseurs Destinés aux Alimentations DC-DC
Introduction…………………………………………………………………………………………………25
1. Les convertisseurs statiques multi niveaux…………………………………………….…………….25
1.1- Onduleur à deux niveaux………………………………………………………………………26
1.2.2- Commande par modulation de largeur d’impulsion..................................................27
1.2.3- Commande en boucle fermée des convertisseurs multicellulaire………………………28
1.2- Onduleur à trois niveaux ...............................................................................................34
1.2.1- Onduleur triphasé à trois niveaux à pleine onde….....................................................35
2. Synthèse des Structure des alimentations à résonance…………………………………………...42
2.1- Les onduleurs à résonance……………………………………………………………………....43
2.1.2- Alimentation en tension…………………………………………………………….....43
2.1.3- Alimentation en courant………………………………………………………………...43
2.2- Les convertisseurs DC-DC à résonance……………………………………………………….43
2.2.1- Montage à résonance série…………………………………..…………………...........44
2.2.2- Montage parallèle. ………………………………………….…………………………...45
2.2.3- Montage série –parallèle……………………………………………………………......46
2.2.4- Montage parallèle –série........................................................................................46
3. Etude des contraintes thermiques dans un convertisseur………………………………………….47
3.1 La cellule élémentaire de commutation………………………………………..………………..48
3.1.1 Evolution de la charge stockée dans un interrupteur lors une commutation...........50
3.1.2 Influence de la charge de recouvrement sur les pertes de commutation………..…..51
3.1.3 La commutation douce dans la cellule élémentaire…………………………….……...52
3.1.4 Les circuits d’aide à la commutation (CALC)………………………..…………………53
3.2 Etude et Analyse des contraintes thermiques dans le composant I.G.B.T…………………54

3.2.1 Contraintes thermiques en commutation dure…………………………………………55
3.2.2 Contraintes thermiques appliquées à l'I.G.B.T commutant avec le C.A.L.C.………58
3.3 Etude des contraintes thermiques appliquées aux interrupteurs résonants……………….60
3.3.1 Interrupteur résonant à commutation douce en mode ZCS……………………….....61
3.3.2 Interrupteur résonant à commutation douce en mode ZVS………………………..62
Conclusion………………………………………………………………………………………………….65
Chapitre III……Ajustement du Point de Fonctionnement Optimal d’un Transformateur HF/HT
Introduction………………………………………………………………………………………………...66
1. Optimisation des pertes dans un transformateur HF/HT………………………………………….67
1.1 Equation de la tension……………………………………………………………………………..68
1.2 Equation de la puissance……………………………………………………………………….....71
1.3. Pertes dans les enroulements……………………………………………………………………73
1.4. Pertes dans le noyau………………………………………………………………………………74
1.5. Optimisation des pertes totales dans le transformateur………………………………………75
2. Etude d’un exemple…………………………………………………………………………………….76
3. Validation du modèle d’un transformateur HF/HT………………………………………………..77
4. Réduction des effets des éléments parasites dans un transformateur HF/HT…………………..78
4.1. Principe de l’étude………………………………………………………………………………...78
4.2. Analyse des réponses du convertisseur………………………………………………………...79
5.1 Influence de l’inductance de magnétisation sur la tension de sortie………………………..85
5.2 Influence de la capacité parasite sur la tension de sortie…………………………………….86
Conclusion…………………………………………………………………………………………………..87
Chapitre IV… Adaptation de la Qualité du Transfert de Puissance pour un Tube à Rayons X
Introduction…………………………………………………………………………………………………88
1. Influence des perturbations sur les réseaux ………………………………………………………88
2. Perturbations et solutions classiques……………………… …………………………………...89
3. Types de charges………………………………………………………………………………………..95
4. Le Facteur de puissance (FP)…………………………………………………………………………92
5. Taux de Distorsion Harmonique……………………………………………………………………...95
6. Solutions pour limiter le contenu harmonique……………………………………………………...95
6.1.1. Filtrage Passif……………..…………………………………………………………………….96
6.1.2. Types de filtres passifs………………………………………………………………………...98
6.2.1. Méthode de synthèse des filtres………………………………………………………………99
7. Filtrage actif en courant et en tension……………………………………………………………..100
7.1.1. Filtre actif parallèle……………………………………………………………………………101
7.1.2. Filtre actif série………………………………………………………………………………...102
7.1.3. Filtre actif à structure tension…….…………………………………………………………103
7.2.1. Contrôle et commande du filtre actif………….............................................105
7.2.2. Application de filtrage actif dans l’équipement en l’imagerie médicale……. ……...106
8. Compensation du courant cathodique du tube radiogène……………………………………….107
Conclusion…………………………………………………………………………………………………113

Chapitre V…..Optimisation de la Stratégie de Commande de l’alimentation du Tube à Rayons X
Introduction……………………………………………………………………………………..............121
1. Propriétés structurelles des convertisseurs DC-DC à résonance……………………………122
2. Description du générateur de tension alimentant un tube à rayon X………………………….125
3. Analyse structurelle pour l’adoption du montage .....................................…........................127
4. Le réglage du transfert de puissance dans le convertisseur à résonance……………………..130
4.1. Hypothèses simplificatrices pour le modèle du circuit du convertisseur DC-DC............131
4.2. Modélisation du convertisseur DC-DC à usage médical……………………………………135
4.2.2. Les recommandations de la tension de sortie………………………………………………140
5. Analyse du processus par la méthode des lieux des racines…………………………………….141
5.1. Analyse des lieux des racines du processus…………………………………………………..142
5.2. Analyse du processus général…………………………………………………………………..150
5.3. Correction du système…………………………………………………………………………...151
5.4. Caractéristiques des réponses en boucle ouverte du convertisseur DC-DC……………..161
5.5. Contrôle de la tension de tube par le régulateur P.I.D avec filtrage actif……………….162
6. Application de la logique floue pour le contrôle de la tension de sortie………………………163
6.1. Description du contrôleur flou…………………………………………………………………164
6.2. Algorithme flou…………………………………………………………………………………...166
7. Teste de robustesse des structures de commande face aux perturbations extérieurs……….158
7.1. Pouvoir de rejet de perturbations………………………………………………………...........159
8. Stratégie de la commande hybride......................................................................................161
8.1- Analyse des performances de la commande hybride ……………………………………… 162
8.2. Maitrise de l’inertie du système………………………………………………….................... 164
9.- Recommandations de la commande hybride…………………………………………………...167
Conclusion…………………………………………………………………………………………………168
Conclusion Générale