epreuve de sciences physiques

BACCALAUREAT TECHNOLOGIQUE -- SERIE Fl
SESSION 1994
EPREUVE DE SCIENCES PHYSIQUES
Coefficient: 2 -- Durée 2 heures
Le document réponse est à rendre avec la copie
A - MOTEUR A COURANT CONTINU ALIMENTE PAR UN HACHEUR (17 points)
PREMIERE PARTIE : ETUDE DU MOTEUR
L'induit d'un moteur à courant continu est alimenté sous tension réglable. L'excitation
indépendante assure un flux constant.
Les grandeurs relatives à l'induit sont notées
U
tension d'alimentation;
I
intensité du courant ;
E
force électromotrice ;
R = 0,50 
résistance ;
n et W
fréquence et vitesse angulaire.
1°)
Dessiner le schéma du modèle électrique équivalent de l'induit du moteur et écrire les
relations entre la tension U et l'intensité du courant I.
2°)
On veut mesurer la résistance du circuit inducteur par la méthode voltampèremétrique.
Donner le schéma du montage à réaliser.
3°)
Rappeler les expressions de la f.é.m. E et du moment du couple électromagnétique T du
moteur, en fonction du flux  de la vitesse de rotation  et de l'intensité I du courant.
Montrer que, dans le cas de ce moteur, ces relations peuvent s'écrire : E = k et T = k. I.
4°)
Lors d'un essai à vide, l'induit, alimenté sous une tension Uv = 200 V, absorbe un courant
d'intensité Iv = 2,0 A et tourne à la vitesse v= 157 rad.s-1.
Calculer la valeur de la fém à vide Ev, puis celle du coefficient k.
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5°)
Le moteur entraîne une charge qui impose un courant d'intensité I = 50 A constante, quelle
que soit la vitesse de rotation. L'induit étant alimenté sous une tension U = 220 V, calculer :
a-
la f.é.m. E.
b-
la vitesse angulaire  ; en déduire la fréquence de rotation en tr.min-1
c-
les pertes par effet Joule dans l'induit.
d-
la puissance absorbée par le moteur, sachant que les pertes par effet Joule dans
l'inducteur valent 400 W.
e-
la puissance utile, sachant que les pertes collectives (pertes dans le fer + pertes
mécaniques) valent pc = 390 W.
f-
le rendement du moteur.
DEUXIEME PARTIE : ETUDE DU HACHEUR
L'induit du moteur à courant continu, à excitation indépendante constante, est alimenté par
un hacheur série lui-même soumis à une tension constante V = 250 V, suivant le schéma
ci-dessous :
1°) H est un interrupteur électronique parfait, commandé à la fréquence f = 250 Hz, de façon
à être fermé pendant une fraction  T (0  1) de la période T, et ouvert de T à T.
a- Citer un composant électronique qui peut jouer le rôle de l'interrupteur H.
b- Calculer la période T du fonctionnement.
c- Quel nom donne-t-on à  ?
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2°) Pour  = 0,70, l'induit du moteur, de résistance R = 0,50  présente une fém E = 150 V.
a- Représenter sur la copie, les variations de la tension u en fonction du temps t, pour une
période T.
Echelles : 2 cm  1 ms
1cm  50V
b- Calculer la valeur moyenne <u> de la tension u.
c- Comment peut-on mesurer <u> ?
d- Donner le schéma du montage à réaliser et les branchements de l'oscilloscope bicourbe
nécessaires pour relever simultanément les oscillogrammes de u et de i en fonction du
temps t.
e- Etablir la relation entre u, UL et um. Sachant que la valeur moyenne < UL > de UL est
nulle, que vaut < um > ?
f- La f.é.m. E = 150 V étant constante pour  = 0,70, calculer la valeur moyenne <i> de
i.
3°) Quel intérêt présente l'alimentation de l'induit du moteur par l'intermédiaire d'un hacheur ?
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B-OPTIQUE (3points)
Un système de contrôle de la planéité d'une pièce usinée utilise la réflexion d'un rayon lumineux.
Le schéma de principe du système est représenté ci-dessous :
Une source lumineuse (S) envoie un rayon sur un miroir solidaire d'un palpeur (P) qui s'appuie sur
la surface mobile à contrôler.
Le miroir et la barre portant le palpeur peuvent pivoter autour d'un axe de rotation (A).
Le rayon lumineux est réfléchi au point d'incidence (A) par le miroir et le rayon réfléchi vient
frapper un écran (E) portant des graduations.
I- Positionnement du zéro sur l'écran..
Représenter sur la figure 1 du document réponse le rayon incident provenant de (S) et le rayon
réfléchi frappant l'écran (E) au point 0 origine des mesures sur l'écran. Positionner le point 0 sur
l'écran.
II- Mise en évidence d'un défaut de planéité
Le palpeur se déplace d'une distance d. Représenter sur la figure 2 du document réponse le rayon
incident, le rayon réfléchi et le point O' ou ce dernier frappe l'écran E.
Mesurer la distance OO’ et la comparer avec la distance d.
En déduire l'intérêt du système.
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Document réponse à rendre avec la copie
figure 1
figure 2
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