CIFRE - Study of an M3 Voltage Inverter - Modular Multiphase Multilevel - for Aeronautical Propulsion (M/W)

Description de l'offre

Job Description:

FRANCAIS

Envie de déployer vos ailes ? Et si votre aventure commençait avec nous ?...

Nous vous proposons de travailler dans une entreprise leader mondial dans son domaine, tournée vers le digital, à la pointe de la recherche et de l’innovation.

Une offre intitulée «  «Etude d’un Onduleur de Tension M3 - Modulaire Multiphase Multiniveaux - pour la Propulsion Aéronautique (h/f) » vient de s'ouvrir au sein du service de la conception électronique analogique et de puissance  sur son site de Toulouse, Saint Martin. 
Vous rejoindrez une équipe de 20 personnes au sein du département  « Électronique du domaine de l’avionique et simulations ».

La thèse consistera à: 

La définition et du développement d’un onduleur de tension multiphase, multiniveaux et modulaire pour propulsion aéronautique. Un prototype expérimental sera développé chez Airbus afin de valider à la fois les concepts proposés ainsi que la mise en œuvre à puissance réelle.

Il sera donc nécessaire dans un premier temps de mener une réflexion approfondie sur la notion de brique élémentaire permettant d’apporter une grande modularité dans le développement de l’onduleur.

En particulier on pourra confronter plusieurs solutions de brique 1 x [6Phases] (convertisseur monobloc), 2 x [3 Phases] (Bloc élémentaire de type CVS 3~) ou encore 6 x [1Phase] (Bloc élémentaire de type 1 Phase). A partir de la définition de l’architecture de cette brique, un découpage fonctionnel devra être réalisé pour l’intégration des modules de puissance, des circuits drivers et des composants numériques nécessaires au contrôle ainsi que des mesures nécessaires pour assurer la sécurité et la régulation des variables internes et externes de chaque brique.
L’ensemble des architectures et solutions proposées devront être évaluées sous un aspect efficacité, performance, intégration et densité de puissance.

Le doctorat débutera en août / septembre 2024 pour une durée de 3 ans.

Tâches et responsabilités:

Encadré par votre tuteur, vous développerez vos compétences en travaillant sur les activités suivantes : 

Etape 1: Définition du périmètre de la Brique Elémentaire

Découpage fonctionnel de la brique de puissance : l’étude consiste à analyser les possibilités de structuration de la brique de puissance et de déterminer le meilleur découpage fonctionnel. 
Il s’agit de faire un trade off des structures de type : 2x [3Phases], 6x [1Phase] et d’établir les règles de design du convertisseur pour répondre au mieux aux critères de type poids, volume, température etc. 

Topologies innovantes : il s’agit d’évaluer la possibilité d’introduire des topologies de conversion de type Multiniveaux : 

· 
Solution classiques NPC / ANPC / FC

· 
Solutions innovantes avec mutualisation des composants actifs et/ou passifs (xCommon / xPlexed) 

Semi-conducteurs à grand gap : l’arrivée sur le marché des composants de puissance à grand gap (SiC et GaN) ont apporté une souplesse à la conception des convertisseurs, et principalement en terme de densité de puissance. Dans le cadre de ces travaux, le choix portera principalement sur les composants SiC et leurs drivers associés tirés du commerce. La possibilité d’intégrer la structure de conversion choisie dans un module de puissance pourra faire partie de l’étude si intérêt.

Architecture distribuée du Contrôle rapproché : la démarche consistera à évaluer l’apport d’une configuration du contrôle rapproché reparti dans chaque brique élémentaire en particulier dans les topologies modulaires multiniveaux.

Solution innovantes capteurs de courant : Afin d’éviter les inconvénients rencontrés par l’utilisation des capteurs de courant LEM traditionnels (volume/précision) et dans l’objectif de dimensionner une brique de puissance modulaire, l’intégration de la fonction « mesure de courant » dans la brique de puissance sera envisagée soit par une sonde de Rogowski, un active shunt ou technologie de mesure à définir répondant aux besoins du contrôle (calibre, bande passante, précision,…). 

Etape 2 : Etude et évaluation détaillées du choix retenu

· 
L’étape d’évaluation passera par une étape de validation par simulation (MATLAB, PLECS) des topologies de convertisseurs multiniveaux candidates et de leurs filtrages associés. 

· 
Analyse comparative rendement, performance, complexité de chaque topologie

· 
Estimation du poids et volume de chaque topologie et justifier la solution à retenir

Etape 3 : Développement et Validation Expérimentale de la Brique élémentaire sur Charge Passive

· 
Choix des composants / éléments constituants la brique

· 
Définition du plan d’encombrement et placement des composants

· 
Réalisation de la brique élémentaire

· 
Dimensionnement du banc de test

· 
Validation sur charge RL de la brique de puissance.

Etape 4 : Validation Expérimentale du Prototype sur Système  « Passif » et « propulsif »

· 
Conception d’un convertisseur de propulsion sur la base de l’association des briques de puissance

· 
Réalisation du contrôle global de l’association de briques élémentaires.

· 
Test et validation expérimentale sur une charge passive RL triphasée multiples.

· 
Test et validation expérimentale sur un  moteur double étoile si le planning le permet.

Compétences & Prérequis :

Vous allez intégrer une formation de niveau BAC +8 dans le domaine de l’électronique de puissance
De préférence, vous devriez avoir des connaissances et compétences dans les domaines suivantes : 

· 
Dimensionnement de convertisseurs  de puissance (circuits de commande, électronique d’instrumentation, cellule de commutation, filtres de puissance) 

· 
Compréhension du fonctionnement physique des dispositifs de puissance (IGBT, MOSFET, Si, SiC, GaN)

· 
Asservissement des machines électriques

· 
Codage en C / VHDL

· 
Conception des des circuits éléctroniques analogiques/ numériques et cartes électroniques (PCBs)

· 
Notions sur les mécanismes de transfert de chaleur

· 
Le candidat devra avoir aussi un sens de pragmatisme, responsabilité et un esprit proactif pour faire face aux défis liées aux travaux de thèse

· 
Compétences linguistiques 

Français / Anglais  :  avancé 

Vous pourrez, selon les offres proposées, être amené(e) à vous déplacer. 

Notre processus de sélection

L’ensemble des candidatures sont étudiées par un recruteur. 
Si votre candidature est validée par le recruteur vous serez invité à réaliser un entretien vidéo différé. Il sera visionné puis partagé au manager du poste si votre candidature est présélectionnée en Short List. 
Le manager/ tuteur organisera des entretiens/ échanges avec les candidats short listés retenus avant de sélectionner le candidat final.

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ENGLISH

Want to spread your wings? What if your adventure  begins with us?

We offer you the opportunity to work in a world leader company in its field, focused on digital technology, at the forefront of research and innovation.

A PhD thesis offer entitled "    Study of an M3 Voltage Inverter - Modular Multiphase Multilevel - for Aeronautical Propulsion (M/W)" has just opened within the Analog and Power Electronics Team on the Saint Martin, Toulouse site.

You will join the Electronics department of the Avionics and Simulation products division.

This PhD will consist in:

The definition and development of a multiphase, multilevel and modular voltage inverter for aeronautical propulsion. An experimental prototype will be developed at Airbus in order to validate both the proposed concepts as well as the implementation at real power.

It will therefore be necessary initially to carry out in-depth reflection on the notion of an elementary brick making it possible to provide great modularity in the development of the inverter. In particular, we will be able to compare several brick solutions 1 x [6Phases] (monoblock converter), 2 x [3 Phases] (CVS 3~ type elementary block) or even 6 x [1Phase] (1 Phase type elementary block). From the definition of the architecture of this brick, a functional division must be carried out for the integration of the power modules, driver circuits and digital components necessary for control as well as the measures necessary to ensure safety and regulation. internal and external variables of each brick.
All proposed architectures and solutions must be evaluated in terms of efficiency, performance, integration and power density.

This PhD will start in August / September 2024 and will last 3 years.

Tasks and responsibilities:

You will be under the responsibility of a manager who will help you to identify your professional objectives and support you in the development of your skills.

You will contribute to the following main activities:

Step 1: Definition of the perimeter of the Elementary Brick

· 
Functional division of the power brick: the study consists of analyzing the possibilities of structuring the power brick and determining the best functional division.

· 
This involves making a trade off of structures such as: 2x [3Phases], 6x [1Phase] and establishing the design rules for the converter to best meet the criteria such as weight, volume, temperature, etc.

Innovative topologies:

This involves evaluating the possibility of introducing Multilevel conversion topologies: 

· 
Classic NPC / ANPC / FC solutions

· 
Innovative solutions with pooling of active and/or passive components (xCommon / xPlexed)

Wide-gap semiconductors: the arrival on the market of wide-gap power components (SiC and GaN) has brought flexibility to the design of converters, and mainly in terms of power density. As part of this work, the choice will mainly focus on SiC components and their associated commercially available drivers. The possibility of integrating the chosen conversion structure into a power module could be part of the study if it is identified as being of relevance.

Distributed Close Control Architecture: the approach will consist of evaluating the contribution of a close control configuration distributed in each elementary brick, particularly in multi-level modular topologies.

Innovative current sensor solution: In order to avoid the disadvantages encountered by the use of traditional LEM current sensors (volume/precision) and with the objective of sizing a modular power brick, the integration of the “measurement of current" in the power brick will be considered either by a Rogowski probe, an active shunt or measurement technology to be defined meeting the control needs (caliber, bandwidth, precision, etc.).

Step 2: Detailed study and evaluation of the chosen choice

· 
The evaluation stage will go through a validation stage by simulation (MATLAB, PLECS, PSIM) of the candidate multilevel converter topologies and their associated filtering.

· 
Comparative analysis of yield, performance, complexity of each topology

· 
Estimate the weight and volume of each topology and justify the solution to be adopted

Step 3: Development and Experimental Validation of the Elementary Brick on Passive Charge

· 
Choice of components / elements constituting the brick

· 
Definition of the dimensional plan and placement of components

· 
Creation of the elementary brick

· 
Sizing of the test bench

· 
Validation on RL load of the power brick.

Step 4: Experimental Validation of the Prototype on “Passive” and “Propulsive” System

· 
Design of a propulsion converter based on the combination of power bricks

· 
Carrying out overall control of the association of elementary bricks.

· 
Test and experimental validation on a multiple three-phase RL passive load.

· 
Test and experimental validation on a double star motor if the schedule allows it.

· 
The candidate must also have a sense of pragmatism, responsability and a proactive spirit to face the challenges linked to thesis work.

Skills & Prerequisites:

You will integrate a BAC+ 8 level training in the field of Power Electronics or equivalent.

You should preferably have the following knowledge and skills on the following topics: 

· 
Sizing of power converters (control circuits, instrumentation electronics, switching cell, power filters)

· 
Understanding of the physical operation of power devices (IGBT, MOSFET, Si, SiC, GaN)

· 
Control of electrical machines

· 
Coding in C/VHDL

· 
Design of analog/digital electronic circuits and electronic boards (PCBs)

· 
Notions on heat transfer mechanisms

· 
Language skills: French / English:advanced

Our selection process

All applications are reviewed by a recruiter. 
If your application is retained by the recruiter during this first review, you will be invited to conduct a deferred video interview. This will be viewed and then shared with the manager if your application is shortlisted. 
The manager will organize interviews with the shortlisted candidates before selecting the final candidate for the PhD thesis.

This job requires an awareness of any potential compliance risks and a commitment to act with integrity, as the foundation for the Company’s success, reputation and sustainable growth.

Company:
Airbus Operations SAS

Employment Type:
PHD, Research

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Classe Emploi (France): Classe F11

Experience Level:
Student

Job Family:
Elec.Electron.&Electromag,Optics&Optron.

By submitting your CV or application you are consenting to Airbus using and storing information about you for monitoring purposes relating to your application or future employment. This information will only be used by Airbus.
Airbus is committed to achieving workforce diversity and creating an inclusive working environment. We welcome all applications irrespective of social and cultural background, age, gender, disability, sexual orientation or religious belief.

Airbus is, and always has been, committed to equal opportunities for all. As such, we will never ask for any type of monetary exchange in the frame of a recruitment process. Any impersonation of Airbus to do so should be reported to  emsom@airbus.com .

At Airbus, we support you to work, connect and collaborate more easily and flexibly. Wherever possible, we foster flexible working arrangements to stimulate innovative thinking.