TD1 étude de circuits

Sciences Appliquées chap 2
TD1 – étude de circuits en continu
EXERCICE 1- CIRCUITS SIMPLES.
Analyse du circuit :
Refaire le schéma sur votre cahier – faire apparaître en vert les informations de l'énoncé
repérer noeud, branche, maille
définir aux bornes de chaque dipôle la tension et le courant – faire apparaître en rouge les
informations manquantes
étude du circuit :
appliquer les lois de Kirchhoff
souligner sur chaque équation en vert les grandeurs connues et en rouge les grandeurs à calculer
déterminer toutes les tensions et tous les courants
Utiliser les relations des ponts diviseurs pour retrouver vos résultats
CIRCUIT 1.
I
Ra =100 Ω
U=400V
Rb =300 Ω
CIRCUIT 2.
I
I1
U=20V
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04/10/16
R1=1k Ω
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I2
R2 =5k Ω
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EXERCICE 2 – CIRCUITS COMPLEXES.
Analyser un circuit électrique.
Étudier le circuit électrique.
Utiliser éventuellement les relations des ponts diviseurs pour retrouver les résultats.
CIRCUIT 3.
Questions préliminaires :
Comparer la tension Ub aux bornes de Rb à celle du circuit 1.
Ra
Comparer le courant I à celui du circuit 1.
U=400V
Rc =200 Ω
Rb
CIRCUIT 4.
It
Question préliminaire :
Ir
Classer les courants circulants dans les résistances par
I0
V=230V
R0=1580 Ω
Rr =230Ω
ordre croissant
R L =3500Ω
Rl =150 Ω
CIRCUIT 5.
On donne les caractéristiques des dipôles du circuit 5 :
I1
E 1=20V ; R1=100 Ω
R2
E 2=10V ; R2=200Ω
R1
RC =200 Ω
Questions bilan :
RC
E2
E1
IC
I2
Calculer les puissances électriques des sources E1 et E2 ainsi
que de RC.
Préciser si chacun de ces dipôles reçoit ou consomme de la
puissance électrique. Justifier vos réponses.
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EXERCICE 3 - CIRCUIT 6 – PROBLÈME.
Ir
It
R S =0.13Ω Ich
R0=2500 Ω
DC/DC
Vr=230V
V20
Vch
R L =1700Ω
On s'intéresse au circuit n°6 contenant un convertisseur DC/DC.
L'alimentation du circuit fournit une tension Vr=230V.
Le convertisseur DC/DC est idéal : il ne consomme pas de puissance. Le convertisseur DC/DC
permet de transformer la tension d'entrée continue en une tension continue proportionnelle. Pour ce
convertisseur DC/DC, on a la relation V out =α V in , où
V in est la tension à l'entrée du convertisseur,
V out est la tension de sortie du convertisseur,
α est appelé le « coefficient de proportionnalité ».
Une charge non représentée Rch est branchée à la sortie de ce montage. On sait que cette charge
appelle normalement un courant de 2A lorsque sa tension est de 24V.
1.
Calculer la résistance de charge Rch .
2.
Refaire sur votre copie le montage en faisant apparaître la résistance Rch .
3.
Que vaut la tension d'entrée appliquée au convertisseur DC/DC ?
4.
On veut que la tension en sortie du convertisseur soit de 24V, montrer qu'il faut que
α=0.104 .
5.
Sur le schéma de votre copie, définir pour chaque composant du circuit la tension et le courant.
Écrire en vert les informations connues et en rouge les informations inconnues.
6.
Appliquer les lois de Kirchhoff à ce circuit. Souligner en vert les informations connues et en
rouge les informations inconnues.
7.
Calculer le courant I ch . En déduire la tension V ch aux bornes de Rch .
8.
Calculer la puissance P out disponible en sortie du convertisseur DC/DC.
9.
En déduire la puissance P in en entrée du convertisseur. Calculer alors le courant I t .
10.
C2_TD1_CircDC
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Calculer le courant I r .
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EXERCICE 4.
Traduire l'énoncé par un circuit électrique.
Analyser et Étudier ce circuit électrique.
CIRCUIT 7.
On se propose de recharger une batterie contenant 60 accumulateurs ayant chacun une résistance
interne de 5m Ω . La force électromotrice d'un accumulateur est 1.8V au début de la charge et
2.3V à la fin. On désire avoir un courant de charge constant de 10A.
1.
Calculer les tensions à appliquer à la batterie en début et en fin de charge.
Le générateur servant à la charge a une force électromotrice de 150V et une résistance interne de
0.2 Ω .
Calculer la résistance X D à placer en série au début de la charge pour respecter le courant de
2.
charge.
Calculer la valeur nécessaire X F de cette résistance en fin de charge.
3.
CIRCUIT 8.
Un générateur de force électromotrice E 1=130V et de résistance interne R1=0.5 Ω
alimente 2
récepteurs en série :
➢
une résistance R
➢
un moteur de force électromotrice E 2=90V et de résistance R2=1 Ω .
1.
Calculer quand R=11 Ω l'intensité du courant dans le circuit et les tensions aux bornes de
chaque récepteur.
2.
On désire que le moteur fournisse une puissance électromécanique de 900W. Quelle doit être la
valeur de R ?
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CIRCUIT 9.
Une ligne de cuivre (résistivité ρCu=1.6×10−8 Ω . m ) de 100m de long (2 conducteurs) et une
section
de
6.4mm²
relie
un
générateur
( E 1=235V , R1=1.2 Ω )
à
un
moteur
(
E 2=196V , R2=1.3 Ω ).
Calculer :
1.
la résistance de la ligne,
2.
l'intensité du courant de ligne,
3.
la chute de tension et les pertes par effet Joule dans la ligne,
4.
la tension appliquée au moteur.
CIRCUIT 10.
Un générateur ( E 1=15V , R 1=0.4 Ω ) alimente une résistance
R=2.1Ω en série avec une
batterie d'accumulateurs ( E 2=6V , R2=0.5Ω ).
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1.
Calculer l'intensité du courant dans le circuit.
2.
Calculer la tension aux bornes de chaque appareil.
3.
Calculer la résistance X à placer en parallèle à la batterie pour que le courant de celle ci soit nul.
4.
Calculer alors le courant fourni par le générateur.
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EXERCICE 5.
À chaque nouvelle situation, faire un schéma du circuit électrique à étudier.
Étudier ce circuit.
Choisir les composants permettant d'obtenir les tensions ou courants demandés.
MONTAGE 1 – ENTRÉE D'UN API.
Un capteur de température est relié à l'entrée analogique d'un automate. L'information est
transmise par une boucle de courant 4-20mA.
Les entrées de l'automate sont des informations tension 0-10V.
1.
On suppose que l'impédance de l'entrée de l'automate est suffisamment élevée pour ne pas
consommer de courant.
1.1.
Quelle doit être la résistance Rch à placer en parallèle à l'entrée de l'automate pour que le
courant max de la boucle corresponde à une tension de 10V.
1.2.
2.
Quelle sera alors la tension correspondant à la température minimale ?
D'après la documentation de l'automate, on sait que ses entrées analogiques consomment
chacune 1mA en permanence.
2.1.
Calculer la nouvelle résistance de charge R ' ch à placer sur l'entrée de l'automate pour
que la température max corresponde à une tension de 10V.
2.2.
C2_TD1_CircDC
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Quelle sera alors la tension correspondant à la température minimale ?
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MONTAGE 2 – ENTRÉE D'UN VV.
+10V
nMax
Le bornier de commande d'un variateur de vitesse comporte les
entrées/sorties ci contre pour la consigne de vitesse.
La réalisation de la commande se fait en reliant ces entrées par des fils ou des
résistances.
Consigne n
nmin
0V
Le variateur fournit les potentiels +10V et 0V.
Le potentiel appliqué à l'entrée nMax fixe la valeur max de vitesse.
Le potentiel appliqué à l'entrée nmin fixe la valeur min de vitesse.
Le potentiel de consigne est appliqué sur l'entrée « consigne n ».
Il faut utiliser un potentiomètre pour créer cette tension de consigne.
Une consigne de 0V correspond à une vitesse nulle.
Une consigne de 10V correspond à une vitesse de 1500tr/min.
1.
On souhaite le fonctionnement suivant : nMAx=1500tr/min, nmin=0tr/min.
1.1.
Dessiner le câblage correspondant du bornier.
1.2.
On souhaite que le courant fourni par la source 10V ne dépasse pas 1mA. Calculer la
résistance P du potentiomètre nécessaire.
On garde le potentiomètre P.
2.
On souhaite le fonctionnement suivant : nMAx=1000tr/min, nmin=0tr/min.
2.1.
Dessiner le câblage correspondant du bornier
2.2.
Calculer la résistance RM à rajouter.
On garde le potentiomètre P et RM.
3.
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On souhaite le fonctionnement suivant : nMAx=1000tr/min, nmin=200tr/min.
3.1.
Dessiner le câblage correspondant du bornier.
3.2.
Calculer la résistance Rm à rajouter.
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