sujet TGEB du 24 Février 03

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Terminale Génie Electrotechnique - 1
BAC BLANC N°1
TGEB
Exercice n°1 :
24/02/03
Etude expérimentale d'un hacheur série dont le schéma est le suivant :
1.1
Préciser comment visualiser un courant à l'oscilloscope avec une résistance étalon re.
1.2
Compléter le schéma Figure 1: Visualisation simultanée de la tension de charge u et du courant i( Document
réponse n° 1) afin de visualiser simultanément la tension de charge u et l’image du courant à l’aide d’une
résistance étalon re.
1.3
Préciser le cadrage des "traces" au départ pour travailler avec un maximum de sensibilité.
1.4
Préciser la position des commutateurs d'entrée de chaque voie: AC ou DC.
1.5
Préciser la voie sur laquelle il est préférable de synchroniser ainsi que le front de synchronisation.
1.6
Fonctionnement du hacheur série. Cocher la ou les bonnes réponses aux questions de la Figure 2 : Cocher la
ou les bonnes réponses. (Document réponse n° 1).
On étudie un moteur asynchrone triphasé dont la plaque signalétique comporte les
indications suivantes: 230/400V-50Hz-10,9/6,3A-900tr.min-1-2,45kW.
La courbe du couple utile en fonction de la fréquence de rotation est donnée Figure 3 (Document réponse n° 2).
Exercice n°2 :
2.1
Généralités
2.1.1
Donner la tension nominale à appliquer aux bornes d'un enroulement statorique de ce moteur triphasé.
2.1.2
Calculer le nombre de paires de pôles de ce moteur.
2.1.3
Déterminer le couplage à réaliser si le réseau est un réseau 400V.
2.1.4
Préciser le réseau à utiliser pour réaliser un démarrage étoile triangle.
Déterminer le moment du couple utile nominal.
Pour la suite du problème on pourra utiliser la Figure 3 (Document réponse n° 2).
2.1.5
2.2
On charge le moteur par une charge imposant un couple résistant proportionnel à la fréquence de rotation et
tel que pour une fréquence de rotation de 1000tr.min-1 la charge impose un couple résistant de 20N.m.
Lycée Gustave Eiffel
Bordeaux
Evelyne Debbah
Terminale Génie Electrotechnique - 2
2.2.1
Calculer la fréquence de rotation du groupe moteur-charge.
2.2.2
Calculer la puissance utile délivré par le moteur lors de ce fonctionnement.
2.3
Le moteur est alimenté par un convertisseur d'énergie permettant de régler la valeur efficace de la tension U
en fonction de la fréquence f, en maintenant le rapport U/f constant.
2.3.1
On règle la fréquence à 45Hz. Calculer la fréquence de rotation pour laquelle le moteur entraîne la charge
précédente.
2.3.2
Calculer la fréquence à appliquer pour que le moteur délivre son couple nominal au démarrage.
Exercice n°3 :
Soit un transformateur monophasé 10kV/240V-50Hz.
2
Circuit magnétique: Section 0,018m et champ magnétique en fonctionnement nominal
Enroulement primaire: Résistance
B max  1,6T
R 1  2,7 et réactance de fuite l 1 .   6,22
Essai à vide: U10  10kV; U20  244V; P10  1200W .
Essai en court-circuit:
U1CC  600V; I 2 CC  500A; P1CC  720W
3.1
Calculer le nombre de spires de l'enroulement primaire.
3.2
Calculer le rapport de transformation à vide.
3.3
Déduire le nombre de spires de l'enroulement secondaire.
3.4
Calculer la composante active du courant primaire absorbé à vide.
3.5
Représenter le schéma équivalent du transformateur ramené au secondaire. Préciser la valeur des éléments
de ce modèle.
3.6
Déduire la valeur de la résistance et de la réactance de fuite secondaires.
3.7
Le transformateur est chargé par un four et alimenté par la tension primaire nominale, il débite alors un
courant d'intensité I 2  500A
3.7.1
Calculer la tension secondaire.
3.7.2
Calculer la puissance fournie au four.
3.7.3
Calculer le rendement lors de ce fonctionnement.
L’onduleur autonome
L’onduleur permet d’alimenter à fréquence et tension variables un moteur asynchrone triphasé. Par souci de
simplification, l’étude ne portera que sur une phase du réseau triphasé réalisée par l’onduleur. L’alimentation
continue délivre une tension de 200V.
Sont représentés Figure 4 (Document réponse n° 3):
 le schéma de montage comportant des interrupteurs commandés à la fermeture et à l’ouverture T1, T2 ,T3 et T4,
et des diodes D1, D2 ,D3 et D4. Ces éléments sont considérés parfaits.
 La tension aux bornes de la charge et le courant qui la parcourt.
 Les intervalles de conduction des quatre interrupteurs commandés indiqués par un trait gras
Exercice n°4 :
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Terminale Génie Electrotechnique - 3
4.1
4.2
Compléter les intervalles de conduction des diodes Figure 4 (Document réponse n° 3).
Calculer la valeur efficace de la tension de charge.
4.3
Représenter, Figure 5 (Document réponse n° 4), en concordance de temps avec u et i le courant dans la
diode D1 ainsi que le courant l’interrupteur commandé T1 .
4.4
Préciser, Figure 5 (Document réponse n° 4), la nature des phases de fonctionnement du montage suivant les
intervalles de temps considérés.
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Terminale Génie Electrotechnique - 4
Nom
Document réponse n° 1
Bac blanc n°1
Figure 1: Visualisation simultanée de la tension de charge u et du courant i
La charge d’un hacheur série est inductive et on augmente la valeur de son inductance ; l’intensité dans la
charge est telle que :
 Sa valeur moyenne augmente.
 Son ondulation augmente.
 Son ondulation diminue et sa valeur moyenne reste constante.
 Son ondulation et sa valeur moyenne diminuent.
Lorsque la charge d’un hacheur série est l’induit d’un moteur à courant continu, la valeur moyenne de
l’intensité du courant dans la charge :
 Dépend de la résistance de l’induit du moteur.
 Dépend du rapport cyclique
 Dépend de la charge mécanique du moteur.
Figure 2 : Cocher la ou les bonnes réponses.
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Terminale Génie Electrotechnique - 5
Nom
Document réponse n° 2
Bac blanc n°1
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
550
600
650
700
750
800
850
900
950
1000
Figure 3 : Caractéristique mécanique du moteur asynchrone
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Terminale Génie Electrotechnique - 6
Nom
Document réponse n° 3
Figure 4 : Onduleur autonome
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Terminale Génie Electrotechnique - 7
Nom
Document réponse n° 4
Phases de fonctionnement
Figure 5 : courant iD1 et courant iT1.
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Terminale Génie Electrotechnique - 8
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