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BACCALAUREAT TECHNOLOGIQUE
Session 1995
PHYSIQUE APPLIQUÉE
Série : Sciences et Technologies Industrielles
Spécialité: Génie Électrotechnique
Durée de l'épreuve : 4 heures
Coefficient: 7
L'utilisation des calculatrices électroniques, programmables, alphanumériques ou à écran graphique
est autorisée, à condition que leur fonctionnement soit autonome et qu'il ne soit fait usage d'aucune
imprimante.
Chaque candidat ne peut utiliser qu'une seule machine sur sa table.
En cas de défaillance, elle pourra cependant être remplacée.
Le sujet ,constitué de 3 parties indépendantes, comporte 7 pages numérotées de 1 à 7 dont le(s)
document(s)-réponse(s) page(s) 6 et 7 sont à rendre avec la copie.
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PROBLEME 1 : TRANSFORMATEUR MONOPHASÉ ( 9 points environ)
Le transformateur étudié sera considéré comme parfait pour les courants. On rappelle que les
pertes dans le fer sont proportionnelles au carré de la tension primaire et que les pertes par effet
Joule sont proportionnelles au carré des courants.
Les caractéristiques du transformateur sont les suivantes :
- Tension primaire nominale
230 V,
- Tension secondaire à vide nominale
115 V,
- Puissance apparente nominale
2500 V.A,
- Fréquence
50 Hz
La valeur de la résistance R1 de l’enroulement primaire est de 0,50 Ω.
1) En déduire :
1.1) L’intensité du courant primaire nominal I1n.
1.2) Le rapport de transformation m.
1.3) L’intensité du courant secondaire nominal I2n.
2) On réalise un essai à vide sous la tension primaire nominale. L’intensité I1v du courant primaire est
de 0,80 A, la valeur de la puissance absorbée P1v est de 80 W, la tension au secondaire U2v est 115 V.
2.1) Faire le schéma du montage.
2.2) Calculer les pertes par effet Joule dans cet essai Pjv.
2.3) Calculer les pertes dans le fer dans cet essai Pfv.
2.4) Comparer Pfv et Pjv. En déduire que Pfv ≈ P1v.
3) On effectue un essai en court circuit. On règle la tension primaire à une valeur U1cc de 23 V pour
obtenir I2cc = I2n. La valeur de la puissance absorbée P1cc est de 100 W.
3.1) Faire le schéma du montage sachant que le secondaire est en court circuit et qu’un ampèremètre
est placé au primaire.
Quelle est l’indication de cet ampèremètre ?
3.2) Calculer les pertes dans le fer dans cet essai Pfcc.
3.3) Calculer les pertes par effet Joule dans cet essai Pjcc.
3.4) Comparer Pfcc et Pjcc. En déduire que Pjcc ≈ P1cc.
4) On veut trouver les éléments du modèle équivalent ramené au secondaire du transformateur.
4.1) Déduire des essais précédents les valeurs RS, XS et ES de ce modèle.
4.2) Représenter ce modèle sur votre feuille en y faisant figurer RS, XS et ES.
5) Le transformateur débite un courant d’intensité I2 = I2n dans une charge inductive dont le facteur de
puissance est 0,80.
5.1) Déterminer la chute de tension ∆U2 et la tension U2.
5.2) Calculer le rendement du transformateur.
6) Le transformateur débite dans une charge capacitive dont l’impédance complexe est Z = R + j.X avec
R = 5,0 Ω et X = -5,0 Ω.
6.1) Calculer la valeur efficace de l’intensité I2 du courant dans la charge.
6.2) Calculer la valeur efficace U2 de la tension secondaire.
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PROBLEME 2 : MOTEUR A COURANT CONTINU ET HACHEUR SÉRIE ( 8 points environ)
A- Moteur à courant continu
Le moteur est à aimants permanents. La résistance de l’induit R a une valeur de 2,0 Ω. Ce moteur
fonctionne sous tension d’induit réglable U et absorbe un courant I.
Un essai en génératrice à vide a donné : E = 0,40.n, avec :
E la tension mesurée aux bornes de l’induit (V) ;
n la fréquence de rotation (tr/s).
1) Etablir la relation entre n,U et I. On la mettra sous la forme n = a.U –b.I et on donnera les valeurs
numériques de a et b, dont on précisera les unités.
Le moteur absorbe pour les questions suivantes un courant d’intensité I = 2,0 A.
2) Exprimer n en fonction de U.
3) Déduire de l’expression précédente la valeur de la tension nécessaire au démarrage du moteur.
B- Moteur alimenté par le hacheur série
Le schéma du montage est représenté sur la figure 1 page 4.
Les données sont :
V : la tension d’alimentation du hacheur égale à 30 V ;
α : la valeur du rapport cyclique du hacheur ;
( L, r ) : le modèle série de la bobine de lissage avec r = 2,0 Ω.
La valeur L de l’inductance est telle que le courant est ininterrompu, on appelle < i > la valeur
moyenne de son intensité i(t).
1) Donner l ‘expression de la valeur moyenne < uc > de uc(t) en fonction de α et V.
2) Expliquer le rôle de la diode D.
3) Donner le schéma électrique équivalent de la charge.
Etablir la relation entre <uc >, R, r, < i> et E.
Le moteur absorbe pour les questions suivantes un courant d’intensité moyenne < i > = 2,0 A.
4) Exprimer n en fonction de α.
5) Déduire de l’expression précédente la valeur du rapport cyclique nécessaire au démarrage du
moteur.
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C- Observations à l’oscilloscope des tensions et courants
On souhaite visualiser certaines grandeurs électriques du montage figure 1 suivante :
P
i
A
α
bobine u
b
V = 30 V
uc
D
N
moteur um
Q
r'
M
Figure 1
On dispose pour cela d’un oscilloscope dont les deux voies 1 et 2 ont leur masse commune.
Les calibres disponibles sont les suivants :
 Calibres tension :
50 –100 –200 –500 mV/div,
1 –2 – 5 –10 –20 V/div.

Calibres base de temps : 2 – 5 –10 – 20 –50 s/div,
0,1 – 0,2 – 0,5 – 1 – 2 – 5 – 10 ms/div.
L’ampèremètre en position continu indique 2,0 A.
1) Cette indication est-elle une valeur moyenne ou une valeur efficace ?
2) Déterminer le calibre de la base de temps sachant que la fréquence du hacheur est de 500 Hz.
3) On a inséré une résistance r’ de 0,10 Ω dans le montage, quel est son rôle ?
4) Sur l’oscillogramme 1 du document réponse 1 page 6 :
- Indiquer les grandeurs représentées.
- Compléter les indications, sachant que l’oscilloscope a été réglé de manière à obtenir deux
traces confondues avec l’horizontale centrale de l’écran lorsque les voies A et B sont reliées à la
masse.
5) Mêmes opérations sur l’oscillogramme 2 du document réponse 1 page 6.
Par comparaison des oscillogrammes 1 et 2, en déduire la valeur moyenne de la tension uc(t)
notée< uc >.
6) Déterminer sur les oscillogrammes la valeur du rapport cyclique α, en déduire la valeur moyenne de
la tension uc.
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PROBLEME 3 : PONT MIXTE ( 3 points environ)
On étudie un pont mixte associé à sa commande dont le schéma complet est représenté
sur la figure 2 suivante :
Va
G1
K1
Commande
K1
G2
K2
G1
Th1
K2
G2
Th2
uc
Réseau
230V /50 Hz
D1
D2
Figure 2
On rappelle l’expression de la valeur moyenne de uc en fonction de θ0 (angle d’amorçage) :
< uc > = Vmax.(1cosθ0)
π
A- Pont mixte
1) Calculer < uc > pour θ0 = 0°, 45°, 90°, 135°, 180°.
2) Tracer le graphe <uc>= f(θ0) pour θ0 variant de 0° à 180° sur la figure 1 du document réponse 2
page 7.
B- Commande du pont mixte
La commande des thyristors Th1 et Th2 du pont mixte se fait par une tension de commande Va
pilotant un circuit intégré spécialisé qui fournit les impulsions sur les gâchettes aux instants t0 et
t0 + T/2, synchronisées avec la tension à redresser, correspondant aux angles θ0 et θ0 + 180°.
La valeur de θ0 est proportionnelle à celle de Va.
Pour Va = 0V, θ0 = 0°, et pour Va = 12V, θ0 = 180°.
1) Exprimer θ0 en degrés en fonction de Va (en volts).
2) Tracer le graphe <uc>=f(Va) pour Va variant de 0 V à 12 V sur la figure 2 du document réponse 2
page 7.
3) Lorsque Va est croissante, dans quel sens varie < uc > ?
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DOCUMENT RÉPONSE 1
OSCILLOGRAMME 1
Masse des voies au point _ _________._________
B
Grandeur représentée :
A
_______.
Voie A Entrée de la voie au point ________.
Commutateur AC/DC sur _______.
Calibre : __________.
0V
Grandeur représentée :
_______.
Voie B Entrée de la voie au point ________.
Commutateur AC/DC sur _______.
Calibre : __________.
OSCILLOGRAMME 2
Masse des voies au point _ _________._________
Grandeur représentée :
A
_______.
Voie A Entrée de la voie au point ________.
B
Commutateur AC/DC sur _______.
Calibre : __________.
0V
Grandeur représentée :
_______.
Voie B Entrée de la voie au point ________.
Commutateur AC/DC sur _______.
Calibre : __________.
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DOCUMENT RÉPONSE 2
< uc > (V)
200
Figure 1
100
0
45
90
135
0
180
0
θ0 (degrés)
< uc > (V)
200
Figure 2
100
0
3
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6
9
12
Va ( V)
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