SCIENCES ET TECHNOLOGIES INDUSTRIELLES SPÉCIALITÉ : GÉNIE MÉCANIQUE -- Toutes options

SCIENCES ET TECHNOLOGIES INDUSTRIELLES
SPÉCIALITÉ : GÉNIE MÉCANIQUE -- Toutes options
Épreuve de Sciences Physiques
Durée : 2 heures.
Coefficient : 5
Exercice 1 (17 points) :Etude d'un moteur à courant continu à excitation indépendante alimenté par
un pont mixte.
Exercice 2 (3 points) :Etude d'un alliage plomb-étain.
EXERCICE 1
Partie A : Etude du moteur.
La plaque signalétique d'un moteur à courant continu, à excitation indépendante et à flux constant,
comporte les indications suivantes :
* induit : tension Un =180V ; intensité du courant In =12 A ; résistance R =0,5 Ω ;
* inducteur : tension u =180 V ; courant i =0,6 A ;
* fréquence de rotation : 1500 tr/min ;
* puissance utile : 2 kW.
Les valeurs indiquées correspondent au fonctionnement nominal du moteur.
A1 - Dessiner le schéma du modèle électrique équivalent de l'induit et de l'inducteur du moteur, en
précisant toutes les grandeurs électriques nécessaires.
A2 - Pour le fonctionnement nominal,
A21 - calculer la force électromotrice,
A22 - calculer le moment du couple électromagnétique,
A23 - calculer la puissance totale absorbée par le moteur (induit et inducteur),
A24 - calculer la puissance perdue par effet Joule dans l'induit,
A25 - en dehors de l'effet Joule, quels sont les autres types de pertes ?
A26 - calculer le rendement global du moteur,
A27 - calculer les pertes totales.
A3 - Etude du démarrage.
A31 - a) rappeler la relation entre la force électromotrice E, la vitesse angulaire Ω et le
flux utile sous un pôle Φ.
b) en déduire la valeur de E au démarrage.
A32 - On désire limiter le courant de démarrage à Id =1,5.In.
a) calculer Id.
b) en déduire la tension de démarrage.
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Épreuve de Sciences Physiques
Durée : 2 heures.
Coefficient : 5
Partie B : Etude du pont mixte. On donne le schéma du montage :
Th1
Th2
L
uC
u
D1
D2
M
Les composants sont supposés parfaits.
La tension d’alimentation exprimée en volts a comme expression :
u = 220 2 ⋅ sin( 100 πt )
Son oscillogramme est donné sur le document-réponse
B1 - Pourquoi appelle-t-on cette façon d’assembler des composants d’électronique de puissance
un pont mixte ?
B2 - A partir de l’expression de la tension d’alimentation,
B21 - déterminer sa valeur efficace U, puis sa valeur maximale u$ ;
B22 - déterminer sa pulsation ω, puis sa fréquence f et sa période T ;
B23 - établir alors, sur la figure 1 du document-réponse, la graduation des axes, en millisecondes
pour celui des temps, en volts pour celui des tensions.
B3 - A l’aide d’un oscilloscope, on obtient l'oscillogramme de uc(t), reporté sur le documentréponse en synchronisme avec l'oscillogramme de la tension u(t).
B31 - En déduire le temps de retard à l'amorçage des thyristors puis l’angle α correspondant.
B32 - Sachant que la valeur moyenne de la tension uc(t), notée < uc > , s'exprime par :
u$
(1 + cos α ) ; déterminer cette valeur moyenne.
π
B33 - Le moteur est celui décrit dans la partie A. Dans les conditions de fonctionnement
< u c >=
indiquées par l'oscillogramme de uc(t) fourni sur le document-réponse (fig 2), le moteur
atteindra-t-il son fonctionnement nominal ? Sinon, comment doit on modifier le retard à
l'amorçage pour atteindre le fonctionnement nominal ?
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Durée : 2 heures.
Coefficient : 5
EXERCICE 2: ETUDE D'UN ALLIAGE PLOMB-ETAIN
Le diagramme de solidification des alliages plomb-étain est donné ci-dessous.
C1 - Comment nomme-t-on la courbe CED ? Comment nomme-t-on la courbe CABD ?
C2 - A quelle température disparait la dernière goutte de liquide pour un alliage à 10% d'étain?
C3 - Donner l'allure de la courbe de refroidissement de cet alliage à 10% d'étain en partant de
350°C, en n'oubliant pas d'indiquer les températures remarquables.
θ(°C)
C
300
D
200
E
A
B
B
100
%Sn
0
50
100
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Durée : 2 heures.
Coefficient : 5
DOCUMENT-REPONSE (à rendre avec la copie)
400
axe des tensions
300
200
100
axe des temps
12.57
11.94
11.31
10.68
10.05
9.42
8.80
8.17
7.54
6.91
6.28
5.65
5.03
4.40
3.77
3.14
2.51
1.88
1.26
0.63
-100
0.00
0
-200
-300
-400
Figure 1
400
axe des tensions
300
200
12.57
9.42
6.28
3.14
0
0.00
100
axe des temps
Figure 2
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