Sujet Capteur

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REPUBLIQUE DU BENIN
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UNIVERSITE D’ABOMEY-CALAVI
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ECOLE POLYTECHNIQUE D’ABOMEY-CALAVI
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DEPARTEMENT DE GENIE ELECTRIQUE
Année : 4 Spécialités : CPI – EE
Matière : Capteurs en Instrumentation Durée : 3H
Enseignant : Audace B. K. DIDAVI
Sujet Unique
Les deux parties sont indépendantes
PARTIE 1
Une installation électrique, située dans un site isolé, comporte notamment un moteur
asynchrone entraînant une pompe. De par sa localisation géographique, mais également des
conditions climatiques favorables, cette installation est alimentée par une éolienne. On se
propose donc d'étudier le système électrique suivant :
L'étude portera plus particulièrement sur :
• le système permettant de mesurer la fréquence de rotation des pâles de l'éolienne.
• le réducteur et l‘alternateur
• l'onduleur et le moteur asynchrone alimentant la pompe.

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I. Étude de l'alternateur triphasé et du réducteur
Le stator est couplé en étoile, voir le document annexe1.a. Pour le fonctionnement nominal, on
visualise sur le document annexe1.b l'allure de la tension v1.
I.1 Déterminer la période T et la fréquence f de cette tension.
I-2 Déterminer la valeur efficace V1 de cette tension.
L'alternateur est relié aux pales de I'hélice par I'intermédiaire d'un réducteur de rapport de
transformation   
  avec :
 : fréquence de rotation de l'alternateur
: fréquence de rotation de l'hélice.
L'hélice tourne à la fréquence nominale .
I-3 Déterminer la fréquence de rotation nominale  de l'alternateur.
I-4 Calculer le nombre de paires de pôles p de l'alternateur.
II - Étude du capteur de vitesse
Pour mesurer la fréquence de rotation des pales de l'éolienne, on utilise un capteur de vitesse
composé principalement d'une diode électroluminescente et d'un phototransistor. Entre la LED
et le phototransistor, on place un disque solidaire de l'éolienne. Ce disque, percé de 4 trous,
tourne à la même fréquence de rotation que les pales de l'éolienne. La diode émet des radiations
lumineuses dans la zone hachurée du disque. Chacune des sous-parties peut être traitée
séparément.
A - Etude de Ia diode électroluminescente (D.E.L)
La caractéristique simplifiée de la D.E.L est présentée sur le document réponse2, page 6/6.
II-A.1 Identifier l'état de la diode (passante ou bloquée) dans les zones A et B. Justifier la
réponse puis compléter le document réponse l, page 6/6.

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II-A.2 On réalise le montage présenté document annexe2, exprimer  en fonction de R1, E et
id dans la zone B. On donne : E=5V; R1=300Ω.
II-A.3 Déterminer graphiquement le point de fonctionnement de la diode électroluminescente.
II-A.4 Pour le montage considéré, la diode émet-elle des radiations lumineuses ? Justifier la
réponse.
B - Etude du phototransistor
Les éléments du montage représenté sur le document annexe3, sont calculés pour que le
phototransistor fonctionne en bloqué-saturé. A l'état saturé u1=0V, à l'état bloqué : ic1=0A.
II-B.I Que vaut la tension u1 lorsque le phototransistor est éclairé ?
II-8.2 Que vaut la tension u1 lorsque le phototransistor n'est pas éclairé ?
C - Mesure de la vitesse de rotation de l'éolienne
Lorsque le disque est en rotation, on relève l'allure de la tension u1 (tension aux bornes du
phototransistor). Celle-ci est représentée sur le document annexe4, page5/6.
II-C.I Quel est le temps, Te, mis par l'éolienne pour effectuer un tour (justifier la réponse)?
II-C.2 En déduire la fréquence de rotation, ne, de l'éolienne exprimée en tr.min-1.
PARTIE 2 : Étude du fonctionnement d’un store automatique
L’objectif de cette partie est d’étudier un store mobile capable de rentrer ou de se déployer en
fonction de l’éclairement extérieur et de la vitesse du vent.

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I. Étude du moteur
Le moteur servant à déployer ou rentrer le store est un moteur tubulaire équivalent à une
machine à courant continu (MCC) à aimant permanent alimenté par un hacheur réversible. Le
modèle électrique équivalent de l’induit de la MCC est donné ci-dessous.
Les caractéristiques du dispositif sont les suivantes :
A. Stratégie de commande n° 1
Les chronogrammes de la tension u(t) et du courant i(t) sont représentés sur le document
réponse n° 3.
1.1. Indiquer sur le document réponse n° 3 les composants commandés à la fermeture.
1.2. Indiquer sur le document réponse n° 3 les composants passants.
À partir du signe de la puissance p = ui, préciser sur le document réponse n° 3 le sens de transfert
de l’énergie de la charge vers la batterie ou de la batterie vers la charge.
1.3. Représenter sur le chronogramme n° 3 du document réponse n° 3 l’évolution du courant
ib(t) fourni par la batterie.

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1.4. Calculer la valeur moyenne notée <u> de la tension u(t).
1.5. En déduire la vitesse de rotation Ω en rad.s-1 de la machine et en déduire si cette commande
correspond à une rentrée ou une sortie du store. (La convention choisie est : si Ω > 0, le store
se déploie)
1.6. Calculer le moment du couple électromagnétique T du moteur et en déduire la puissance
mécanique fournie par le moteur si on néglige toutes les pertes autres que celles par effet Joule.
B. Stratégie de commande n° 2
Les intervalles de commande des transistors et le chronogramme du courant i(t) sont représentés
sur le document réponse n° 4.
1.7. Indiquer sur le document réponse n° 4 les composants passants. En déduire le
chronogramme de la tension u(t).
À partir du signe de la puissance p = u.i, préciser sur le document réponse n° 4 le sens de
transfert de l’énergie de la charge vers la batterie ou de la batterie vers la charge.
1.8. Calculer la valeur moyenne de la tension u(t) et en déduire la vitesse de rotation en rad.s-1.
1.9. Préciser si cette commande correspond à une rentrée ou une sortie du store.
II. COMMANDE DU STORE EN FONCTION DE L’ECLAIREMENT
Le store se déploie ou se rétracte en fonction de l’éclairement extérieur. Le dispositif de
commande ci-dessous permet de commander la mise en marche du moteur du store.
L’amplificateur différentiel intégré (ADI) est alimenté en 0 et + 12 V. Ces tensions seront prises
comme tensions de saturation.
2.1. Donner le régime de fonctionnement de l’ADI en justifiant votre réponse.