Extrait n°5 : 2001 Antilles Guyane
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Physique Appliquée Annales Baccalauréat : Redressement (1996 à 2003) Tale GET Extrait n°1 : Métropole 2003 Partie B : Moteur à courant continu alimenté par un pont tout thyristors I Moteur à courant continu On relève sur la plaque signalétique du moteur les indications suivantes - Induit : 0,20 ; 20V ; 10 A. - 160 W ; 1000 tr/min. - Inducteur à aimants permanents. - Machine compensée. 1. 1. On appelle E la force électromotrice du moteur et n sa vitesse de rotation exprimée en tr/min. Montrer que l'on peut écrire E = k.n où k est un coefficient constant. 1.2. Pour le fonctionnement nominal, calculer 1. 2. a. la puissance reçue par le moteur ; 1. 1. 2. b. le rendement du moteur ; 1. 2. c. l'ensemble des pertes du moteur et en déduire la somme des pertes dans le fer et des pertes mécaniques notée pc ; 1. 2. d. le moment du couple utile ; 1. 2. e. la force électromotrice. 1. 3. En déduire la valeur du coefficient k en précisant son unité. II Pont tout thyristors Le secondaire du transformateur alimente le pont dont le schéma est donné sur la figuré 2 de l'annexe. Les thyristors sont supposés parfaits. La commande des gâchettes n'est pas représentée. Une sonde de courant de sensibilité 100 mV/A est utilisée pour visualiser à l'oscilloscope le courant dans la charge. Simultanément, on visualise la tension u aux bornes de la charge. L'oscillogramme obtenu est représenté sur la figure 3 de l'annexe 1. La charge du pont redresseur est constituée de l'induit d'un moteur à courant continu à aimants permanents et d'une bobine de lissage considérée comme parfaite. La force électromotrice E du moteur est proportionnelle à la vitesse de rotation E = 1810–3n (E en V et n en tr/min). La résistance de l'induit du moteur est R = 0,2 . Le moteur entraîne une charge lui imposant un courant d'intensité supposée constante. 2. 1. 2.2. 2.3. Déterminer l'intensité i (supposée constante et égale à I) du courant dans la charge ainsi que l'angle de retard 0 à l'amorçage des thyristors. Représenter sur le document réponse 2 page : 2. 2. a. les chronogrammes de i T h1 , i T h4 et i 2 sur une période et en concordance de temps avec la tension source u 2 ; 2. 2. b. les intervalles de conduction des quatre thyristors sur une période. Exprimer la tension u aux bornes de la charge en fonction de E, R et uL (tension aux bornes de la bobine). Montrer que < u > correspond à la tension aux bornes de l'induit du moteur (< u > désigne la valeur moyenne de la tension u). 2.4. La courbe < u > = f (0) est fournie sur la Figure 3 de l'annexe 2. 2. 4. a. Déterminer < u > pour le retard à l'amorçage de la question 2.1. 2. 4. b. En déduire la vitesse de rotation n du moteur. iTh1 i2 Th1 iTh2 Th2 M u u2 iTh3 iTh4 Th4 Th3 Figure 1 Page 1/32 L i=I Physique Appliquée Annales Baccalauréat : Redressement (1996 à 2003) Tale GET Figure 2 Calibre : 0,5 V/div Zéros pour les deux voies Calibre : 10 V/div Figure 3 <u> 25.0 (volts) 20.0 15.0 10.0 5.0 0.0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 (Degrés) Page 2/32 Physique Appliquée Annales Baccalauréat : Redressement (1996 à 2003) Extrait n°2 : Métropole 2002 Page 3/32 Tale GET Physique Appliquée Annales Baccalauréat : Redressement (1996 à 2003) Tale GET Extrait 3 : Polynésie 2001 PARTIE A : Redressement 1 - Alimentation de l'inducteur. Le circuit d'excitation d'un moteur à courant continu est alimenté par le circuit de la figure 2 de l'annexe et permet d'obtenir une tension moyenne <u> = 160 V. Il est parcouru par un courant continu Iex = 2A. 1 .1 . La tension appliquée à l'entrée du pont redresseur est une tension sinusoïdale v(t) de fréquence 50 Hz. Calculer sa valeur efficace. 1.2. Justifier que le courant d'excitation soit continu en précisant la nature du circuit d'excitation (résistif, inductif, capacitif). 2 - Alimentation de l'induit. Le circuit d'induit du moteur à courant continu est alimenté par le circuit de la figure 3 de l'annexe. La tension d'alimentation du pont est v(t) = VMAX sin t, de fréquence 50 Hz. La tension moyenne <u c> maximale est de 160 V. Le courant ic est continu. Sa valeur est : Ic = 22 A. Page 4/32 Physique Appliquée Annales Baccalauréat : Redressement (1996 à 2003) Tale GET 2.1. De quel type de pont redresseur s'agit-il ? 2.2. Quel est l'avantage d'un tel pont par rapport au pont redresseur précédent. 2.3. Citer au moins un autre dispositif qui permettrait d'alimenter le moteur et d'obtenir le même fonctionnement. 3 - Étude d'u n point de fonctionnement. On note 0 l'angle de retard à l'amorçage en radian. Le thyristor T l est amorcé pour 0<0< Le thyristor T2 est amorcé avec un angle de retard à l'amorçage '0 = 0+ 3.1. La valeur de l'angle de retard à l'amorçage 0 étant réglée à /4, compléter le tableau de conduction des éléments du document réponse Figure 1. Hachurer les zones de conduction. 3.2. Indiquer l'allure de uc sur la Figure 2 du document réponse. 3.3. Dans quels intervalles a-t-on un phénomène de « roue libre » ? 3.4. Indiquer l'allure de l'oscillogramme de iT2 sur la figure 3 : la valeur de l'intensité dans l'induit étant supposée constante et égale à Ic. 3.5. Indiquer sur la figure 4 du document réponse, un branchement de l'oscilloscope permettant de visualiser simultanément uc et IT2. 4 - Valeurs particulières de 0. 4.1. On rappelle que < uc> Vmax (1 + cos 0) 4.1 .1. Quelle est la valeur 1 de l'angle de retard à l'amorçage qui permet d'obtenir < uc> maximale ? 4.1 .2. Dans ces conditions, que vaut Vmax ? 4.1.3. Quelle est la valeur efficace V de v(t) ? 4.2. On veut obtenir < uc> = 40 V tout en maintenant Vmax à sa valeur précédente. Quelle valeur 2 exprimée en radian doit-on donner à l'angle de retard à l'amorçage ? Figure 2 Figure 3 DOCUMENT-REPONSE Page 5/32 Physique Appliquée Annales Baccalauréat : Redressement (1996 à 2003) DOCUMENT REPONSE Page 6/32 Tale GET Physique Appliquée Annales Baccalauréat : Redressement (1996 à 2003) Figure 4 Page 7/32 Tale GET Physique Appliquée Annales Baccalauréat : Redressement (1996 à 2003) Tale GET Extrait n°4 : Polynésie 2001 Scooter électrique PARTIE 3 : ÉTUDE DU CHARGEUR DE BATTERIE A. Fonctionnement du pont tout thyristors La valeur efficace de la tension sinusoïdale u20 alimentant le pont est U2 = 24 V. On considèrera que les 4 thyristors sont parfaits. On note 0 l'angle de retard à l'amorçage des thyristors. Les thyristors Th1 et Th3 sont amorcés simultanément et une demi période plus tard on amorce Th2 et Th4. Le groupement des trois batteries est en série avec une résistance 0,10 et avec une bobine de lissage d'inductance L'. Le courant Ic en sortie du pont est alors constant et la charge des batteries est ininterrompue. On veut que la f.é.m totale des batteries soit E0 = 18 V. Sachant que l'expression de la valeur moyenne de la tension en sortie du pont est <uc> = 2 Û cos 0 où Û est la valeur maximale de la tension u20 A.1 Établir la relation entre <uc>, E0, r et Ic A.2 Calculer la valeur à donner à 0pour avoir Ic = 20A. A.3 Pour 0= 30°. En utilisant le document réponse (doc. rép.2) A.3.1 Représenter l'allure de la tension uc(t). A.3.2 Indiquer les intervalles de conduction des thyristors. A.3.3 Représenter l'allure du courant i2(t) fourni par le transformateur. Page 8/32 Physique Appliquée Annales Baccalauréat : Redressement (1996 à 2003) Page 9/32 Tale GET Physique Appliquée Annales Baccalauréat : Redressement (1996 à 2003) Tale GET Extrait n°5 : 2001 Antilles Guyane A - Commande de la vitesse d'un moteur à courant continu. Le système étudié dans la partie A est un système commandé en boucle ouverte. II - Étude du pont monophasé tout thyristors. Le pont tout thyristors est branché sur le réseau 220 V, 50 Hz par l'intermédiaire d'un transformateur monophasé délivrant au secondaire une tension v (t) = V 2 sint, avec V = 110 V. Il alimente l'induit du moteur à courant continu à excitation indépendante en série avec une bobine de lissage d'inductance L et de résistance négligeable. On suppose que la valeur de l'inductance L est suffisamment élevée pour que le courant dans l'induit soit parfaitement lissé. Les composants du pont sont supposés parfaits. Les thyristors T1 et T3 reçoivent des impulsions de gachettes permettant un amorçage certain aux instants t=t0+kT. Les thyristors T2 et T4 reçoivent des impulsions de gachettes permettant un amorçage certain aux instants t = t0 + T/2 + kT. T étant la période du réseau. k = 0, 1, 2,... II.1 On a relevé à l'oscilloscope, en concordance des temps, les courbes représentées sur le document réponse qui correspondent à certaines grandeurs parmi les suivantes : v, il, i2, i3, i4,i, j, u. Les échelles sont les suivantes 1 cm pour 75 V 1 cm pour 5 A 1 cm pour 2 ms Indiquer, sur le document réponse, à quelle grandeur électrique correspond chaque courbe. Préciser pour chacune des phases du fonctionnement tes composants qui conduisent (compléter le document-réponse, schéma 7). Page 10/32 Physique Appliquée Annales Baccalauréat : Redressement (1996 à 2003) Tale GET II.2. Quelle est la valeur du temps de retard à l'amorçage t0 ? En déduire la valeur de l'angle de retard à l'amorçage 0 en degré. II.3. Recopier le schéma de la figure 2 en le complétant par les éléments jugés utiles et par les points de branchement de l'oscilloscope qui permettent de visualiser i3 et u. Préciser pour chaque voie le choix du couplage (AC ou DC) en justifiant. II.4. Calculer la valeur efficace de la grandeur représentée sur la courbe 6. ˆ II.5. La valeur moyenne < u > de la tension u (t) est : < u > = 2V cos 0 . n La valeur moyenne de la tension aux bornes de la bobine étant nulle, exprimer la tension aux bornes de l'induit du moteur UM en fonction de < u >. En déduire la relation entre UM et cos 0). II.6. Sachant que la fréquence de rotation du moteur exprimée en tr.min-1 est n =14,3UM-143, déterminer l'expression numérique de n en fonction de cos 0. 11.7. Quelle est la valeur maximale atteinte par UM ? Quelle est alors la valeur correspondante de la fréquence de rotation nmax? Quelle est la valeur de UM correspondant au démarrage ? Quelle est la plage de variation de 0 pour que le moteur tourne à une vitesse comprise entre 0 et nmax ? Page 11/32 Physique Appliquée Annales Baccalauréat : Redressement (1996 à 2003) Page 12/32 Tale GET Physique Appliquée Annales Baccalauréat : Redressement (1996 à 2003) Tale GET Extrait n°6 : La Réunion 2000 Juin Etude du Redresseur et du Filtre La résistance r de la bobine vaut 0,50 et son inductance L a une valeur suffisante pour que l'intensité is soit quasiment constante on notera donc is = Is. Le condensateur a une capacité de valeur suffisante pour que la tension uc soit quasiment constante on notera donc uc = Uc Pour le fonctionnement envisagé on a Uc = 18,5 V et Is = 8,2 A. Sur la figure 5 de la feuille réponse 2, représenter la tension us et indiquer les diodes conductrices sur l'axe 0, t. Sachant que la base de temps est de 2 ms/div. sur l'oscillogramme de la feuille réponse 2, calculer la fréquence de la tension de sortie us. On suppose que les diodes du pont redresseur sont idéales : l'expression de la tension moyenne u s en fonction de U2 est alors : u s 2. Donner la relation liant Calculer U2 2 u s à Uc , Is et r. u s et en déduire U2. Sur la figure 6 de la feuille réponse 2, représenter l'intensité i2 Déterminer sa valeur efficace I2. Page 13/32 Physique Appliquée Annales Baccalauréat : Redressement (1996 à 2003) Tale GET FEUILLE RÉPONSE N° 2 Extrait n°7 : 1999 juin métropole PROBLEME 2 : MOTEUR A COURANT CONTINU ALIMENTE PAR UN PONT MIXTE Partie A : Etude du pont mixte Le secondaire d’un transformateur alimente un pont mixte symétrique dont le schéma est donné sur l’annexe 2 page 5. Les thyristors et les diodes sont supposés parfaits. La commande des gâchettes des thyristors n’est pas représentée. Une sonde de courant de sensibilité 100 mV/A est utilisée pour visualiser à l’oscilloscope le courant i c dans la charge. Simultanément une sonde différentielle (S.D.) réductrice de rapport 1/20 est utilisée pour visualiser la tension uc aux bornes de la charge. L’oscillogramme obtenu est représenté sur l’annexe 3 page 5. La charge du pont redresseur est constituée de l’induit d’un moteur à courant continu à excitation séparée et d’une bobine de lissage considérée comme parfaite. L’excitation du moteur est maintenue constante. La force électromotrice E du moteur est proportionnelle à la fréquence de rotation : E = 0,37 n (E en V et n en tr/min). La résistance de l’induit du moteur est R = 120 mOhm. Page 14/32 Physique Appliquée Annales Baccalauréat : Redressement (1996 à 2003) Tale GET 1) Déterminer la valeur efficace U et la fréquence f de la tension d’alimentation u du pont. 2) Déterminer : le retard to à l’amorçage des thyristors, la valeur moyenne <uc> de la tension uc aux bornes de la charge, sachant que <uc> = Û c (1 cos ) ( est le retard angulaire à l’amorçage des thyristors). la valeur moyenne <ic> de l’intensité ic du courant dans la charge, la f.é.m E du moteur, la fréquence de rotation du moteur. 3) Etude expérimentale. 3.1. Représenter sur le document réponse 1 page 7 (à rendre avec la copie) le schéma du montage permettant de visualiser simultanément la tension u et l’intensité i à l’oscilloscope (le symbole de la sonde de courant et de la sonde différentielle réductrice sont représentés sur le document réponse). 3.2. Représenter l’oscillogramme obtenu sur le document réponse 2 page 7. 4) Le moteur fonctionne à couple constant. L’intensité moyenne <ic> du courant dans l’induit garde la valeur déterminée à la question 2. La fréquence de rotation du moteur doit être réglée à 500 ' tr/min. Calculer le retard à l’amorçage t o des thyristors. PROBLEME 2, PARTIE A : ANNEXE 2 iTh1 ic i Th1 Th2 M uc u L D1 D2 iD1 Page 15/32 Physique Appliquée Annales Baccalauréat : Redressement (1996 à 2003) Tale GET PROBLEME 2, PARTIE A : ANNEXE 3 Zéros pour les deux voies Calibres : 5 V/div pour les deux voies. Base de temps : 2 ms/div. PROBLEME 2, PARTIE A : DOCUMENT REPONSE 1 iTh1 ic i Th1 Th2 M uc u L D1 D2 iD1 YB S.D. YA Sonde de courant reliée à la voie YA d'un oscilloscope Page 16/32 Sonde différentielle de tension reliée à la voie YB d'un oscilloscope Physique Appliquée Annales Baccalauréat : Redressement (1996 à 2003) Tale GET PROBLEME 2, PARTIE A : DOCUMENT REPONSE 2 Zéros pour les deux voies Sensibilité de la sonde de courant : 100 mV/A. Rapport de réduction de la sonde de tension : 1/20. Calibres : 10 V/div sur les deux voies. Base de temps : 2 ms/div. Extrait n°8 : 1999 Métropole Partie A : Variation de vitesse d’un moteur à courant continu Un moteur à courant continu à excitation indépendante entraîne une charge imposant un couple résistant constant de moment Tr = 10 N.m. dans tout le problème. Le moteur fonctionne à excitation constante dans tout le problème et la réaction magnétique d’induit est parfaitement compensée. Pour une force électromotrice E = 149 V, on a relevé une vitesse de rotation n = 1000 tr/min. Le moment du couple dû aux pertes est supposé constant et égal à T p = 1,4 N.m. La résistance de l’induit est égale à R = 1,0 . Les pertes dans le circuit d’excitation sont égales à Pex = 120 W. III – Étude du pont mixte alimentant le moteur L’induit du moteur est alimenté par un pont mixte représenté sur la figure 1 page 5 ; la bobine de lissage d’inductance L et de résistance négligeable en série avec l’induit assure une conduction ininterrompue. On rappelle que la valeur moyenne de la tension aux bornes de la bobine est nulle. Le pont est alimenté par une tension sinusoïdale v(t) de valeur efficace V = 230 V et de fréquence f = 50 Hz. On donne : < i > = I = 8,0 A (I : intensité du courant d’induit) E = 1,42 (E : f.é.m en V ; : vitesse angulaire en rad/s) 1) 2) L’oscillogramme de la tension v(t) est représenté sur le document-réponse n°2 page 7 ; indiquer sur ce document-réponse les calibres choisis pour la base de temps et pour la voie Y de l’oscilloscope. On veut que la valeur moyenne uM de la tension aux bornes de l’induit du moteur soit égale à 187 V ; donner la valeur moyenne uC de la tension de sortie du pont ; en déduire l’angle de retard à l’amorçage de TH1. On donne < uC > = Vmax (1 cos ) Page 17/32 Physique Appliquée Annales Baccalauréat : Redressement (1996 à 2003) Tale GET 3) Pour la valeur de trouvée ci-dessus, représenter uc sur le document-réponse n°2 page 7 ; hachurer les intervalles de conduction de chaque thyristor et de chaque diode. 4) Quels sont les intérêts pour le moteur de pouvoir faire varier l’angle de retard à l’amorçage ? 5) On veut obtenir la fréquence de rotation maximale : a) Donner la valeur de pour obtenir cette fréquence de rotation. b) Calculer uM et E. c) En déduire la fréquence de rotation maximale en tr/min. Document-réponse n°1 DISPOSITIF HACHEUR Type d’alimentation PONT A 4 DIODES Alimentation de tension continue fixe Alimentation de tension alternative fixe Page 18/32 PONT MIXTE PONT A 4 THYRISTORS ONDULEUR AUTONOME Physique Appliquée Annales Baccalauréat : Redressement (1996 à 2003) Tale GET Document-réponse n°2 CALIBRES : Base de temps : Sensibilité verticale : Avec sonde réductrice de rapport 1/10 Oscillogramme de v(t) uc(t) ? TH1 TH2 0 t 0 t 0 t 0 t D1 D2 Page 19/32 Physique Appliquée Annales Baccalauréat : Redressement (1996 à 2003) Tale GET Extrait n°9 : Remplacement Antilles II - Etude du pont mixte La charge du pont mixte est constituée par l’induit du moteur étudié dans la partie III, monté en série avec une bobine d’inductance l et de résistance négligeable. (voir figure 1) L’inductance totale de la charge est notée L. Les thyristors et les diodes sont considérés comme parfaits. La tension v = V̂ sin t délivrée par le secondaire du transformateur a une valeur efficace V = 380 V et une fréquence de 50 Hz. On appelle l’angle de retard à l’amorçage des deux thyristors du pont. A - Etude préliminaire 1. Un ampèremètre ferromagnétique ou un appareil RMS et un ampèremètre magnétoélectrique sur la position continu placés en série avec la charge indiquent, tous les deux, la même valeur. Que peut-on en conclure pour iC ? 2. On dispose de résistances de faibles valeurs, donner le schéma de montage permettant de relever simultanément à l’oscilloscope bicourbe en indiquant les connexions de l’oscilloscope : a. La tension uC aux bornes de la charge et le courant dans D1 (Document réponse 1). b. Le courant i dans le fil de ligne et le courant dans Th1 (Document réponse 2). 3. Indiquer sur le document réponse 2 le montage permettant la mesure de la valeur moyenne de la tension aux bornes de la charge avec un voltmètre dont on précisera le type et la position du commutateur alternatif ou continu. B - Etude du montage 1. On donne à la valeur sur le document réponse 3. 3 a. Donner les intervalles de conduction des éléments du pont. b. Représenter les variations de la tension aux bornes de la charge uC. 2. A partir du schéma électrique équivalent de la charge, montrer que les valeurs moyennes des tensions aux bornes de la charge et du moteur sont égales 3. La valeur moyenne de uC est : UC = V (1 + cos ) Quelle valeur faut-il donner à pour obtenir la tension nominale du moteur U n = 220V ? Page 20/32 Physique Appliquée Annales Baccalauréat : Redressement (1996 à 2003) Feuille annexe à rendre avec la copie iC Th1 Th2 v D2 l i uC M D1 fig 1 iC Th1 Th2 i v D2 l uC M D1 iD1 Document réponse 1 iC Th1 iTh1 D2 Th2 v l i uC M D1 Document réponse 2 Page 21/32 Tale GET Physique Appliquée Annales Baccalauréat : Redressement (1996 à 2003) Tale GET Document réponse 3 v t D1 D2 Th1 Th2 uC Extrait n°10 : 1998 Juin Réunion A - CIRCUIT REDRESSEUR “ TOUT THYRISTORS ” : On considère le montage redresseur en pont de Graëtz tout thyristors représenté sur la figure sin (2 t/T) représentée graphiquement sur la figure F4. F3, alimenté par la tension v(t) = V ^ Les thyristors 1 et 3 sont déclenchés aux l’instants to + nT (n nombre entier), les thyristors 2 et 4 aux instants to + T/2 + nT. L’instant to figure sur les différentes figures, toutefois sa valeur ne sera pas déterminée graphiquement. 1. Déterminer numériquement les paramètres V et sa fréquence 50 Hz. et T de v(t) si la valeur efficace de cette tension vaut 24 V 2. Représenter sur le document-réponse R2 page 8/9 l’allure de la tension uc(t) si la charge est une résistance pure R (L = 0). 3. Représenter sur le document-réponse R3 page 8/9 l’allure de la tension uc(t) si la charge R – L contient une inductance de lissage L suffisamment forte pour qu’il soit possible de considérer le courant dans cette charge parfaitement continu et égal à tout instant à la valeur Ic. On conserve la situation du 3. ci-dessus (charge R – L) dans toute la suite de ce problème II – A. 4 Expliquer pourquoi la valeur efficace de la tension uc(t) est la même que celle du signal sinusoïdal avant redressement = 34 V, déterminer la valeur de l’instant to pour que la valeur moyenne <uc(t)> 5. Si V tension aux bornes de la charge uc(t) soit égale à 15,3 V. Page 22/32 de la Physique Appliquée Annales Baccalauréat : Redressement (1996 à 2003) Tale GET 6. L’instant de déclenchement peut-il dépasser la valeur T / 4 ? Justifier votre réponse. 7. Quel type de voltmètre peut-on utiliser pour mesurer <uc(t)> ? Préciser le réglage nécessaire. 8. Représenter sur le document-réponse R4 page 8/9 les branchements de l’oscilloscope permettant de visualiser simultanément la tension uc(t) et l’intensité du courant ic(t) 9. Représenter sur le document-réponse R5 page 8/9 l’allure du courant i1(t) dans le thyristor 1. 10. Représenter sur le document-réponse R6 page 8/9 l’intensité du courant i(t) dans le circuit d’alimentation. 11. Que vaut la valeur moyenne réponse. <i(t)> de l’intensité de ce dernier courant i(t) ? Justifier votre B - CIRCUIT REDRESSEUR EN PONT “ MIXTE On considère le montage redresseur en pont de Graëtz mixte représenté sur la figure F5 page 7/9, alimenté par la tension v(t) = (fréquence 50 Hz). V Le thyristor 1 est déclenché aux l’instants to + nT (n nombre entier), le thyristor 2 aux instants to + T/2 + nT. L’instant to figure sur les différentes figures, toutefois sa valeur ne sera pas déterminée graphiquement. 1. Représenter sur le document-réponse R7 page 9/9 l’allure de la tension uc(t) si la charge est une résistance pure R (L = 0). 2. Représenter sur le document-réponse R8 page 9/9 l’allure de la tension uc(t) si la charge R – L contient une inductance de lissage L suffisamment forte pour qu’il soit possible de considérer le courant dans cette charge parfaitement continu et égal à tout instant à la valeur Ic. Page 23/32 Physique Appliquée Annales Baccalauréat : Redressement (1996 à 2003) Tale GET Figures v(t) v(t) V̂ V̂ t0 T/ 2 t0 v( t ) F1 t0+T/2 T T/ 2 t0+T/2 T t t 2. t 0 V̂ 1 cos T v( t ) Valeur moyenne de cette tension v(t) F2 2. t 0 2V̂ cos T Valeur moyenne de cette tension v(t) v(t) V̂ th1 th2 i1 ( t) L i2 ( t) u c ( t) i( t) i4 ( t) v (t) i3 ( t) t0 R T/ 2 t0+T/2 ic (t) th3 th4 F3 Pont « tout » thyristors » th1 th2 i1 ( t) F4 L i2 ( t) u c ( t) i( t) i4 ( t) v (t) i3 ( t) R ic (t) D3 D4 F5 Pont mixte Page 24/32 Tension d’alimentation v(t) T t Physique Appliquée Annales Baccalauréat : Redressement (1996 à 2003) Document réponse n°1 Tale GET n° de candidat : uc(t) T u (n ) en N m. V̂ 40 v(t) 30 T 20 to T/ 2 t0+T/2 t 10 V̂ 0 2000 1900 R1 2100 2200 v(t) n en t rm / n Caractéristique mécanique Tu= f(n) R2 uc(t) th1 v(t) V̂ th2 i1 ( t) L i2 ( t) u c ( t) i( t) T t0 T/ 2 i4 ( t) t0+T/2 i3 ( t) v (t) t ic (t) th3 th4 V̂ R v(t) R3 Allure de la tension uc(t) Charge R-L, pont « «tout thyristors » Visualisation à l’oscilloscope de uc(t)et de ic(t) R4 I1c(t ) Ic ic(t) Ic t0 T/ 2 t0+T/2 T t t0 T/ 2 t0+T/2 T -Ic -Ic R5 Allure de l’intensité i1(t) Charge R-L, pont « «tout thyristors » R6 Page 25/32 Allure de l’intensité i(t) Charge R-L, pont « «tout thyristors » t Physique Appliquée Annales Baccalauréat : Redressement (1996 à 2003) Document réponse n°2 Tale GET N° du candidat : uc(t) uc(t) V̂ V̂ v(t) v(t) T T to V̂ R7 t0+T/2 T/ 2 to t T/ 2 V̂ v(t) Allure de la tension uc(t) charge R, pont « mixte » t0+T/2 t v(t) R8 Allure de la tension uc(t) charge R-L, pont « mixte » Extrait n°11 : 1997 Antilles PROBLEME 3 : ETUDE DE PONTS REDRESSEURS I - Etude d'un pont mixte i i T1 T T 1 2 L i' u v D D 1 i 2 R D1 Ce pont mixte est alimenté sous une tension sinusoïdale qui, exprimée en volts, s'écrit : v = 24 2 sin(100t). Il débite dans une charge R, L. L'inductance L est suffisamment grande pour que l'intensité i du courant soit constante avec i = I = 5,0 A. En posant = 100 t, l'expression de v devient v = 24 Les composants sont supposés parfaits. Le thyristor T1 est amorcé avec un retard = 2 sin ( étant en radians). rad et T2 est amorcé à + 5 a) Compléter le diagramme de conduction (Figure 1 - Annexe 1). b) Tracer u() en correspondance avec v() sur la Figure 2 - Annexe 1. Page 26/32 rad. Physique Appliquée Annales Baccalauréat : Redressement (1996 à 2003) Tale GET c) Refaire le schéma de montage en plaçant des résistances r = 1 qui permettront de visualiser simultanément iT1 et iD1 (iT1 en voie A et iD1 en voie B). Sur ce schéma, faire figurer les branchements sur l'oscilloscope. Faut-il appuyer sur le bouton d'inversion (INV) de l'une des deux voies ? d) Tracer iT1 () et iD1() sur la Figure 3 - Annexe 1. II - Etude d'un pont "Tout thyristors" i T T 1 2 L i' u v T' T' 1 2 R On remplace D1 et D2 par deux thyristors T'1 et T'2. Le pont est toujours alimenté sous v = 24 2 sin (100t). Il débite toujours dans une charge R, L et l'on suppose que l'intensité i du courant est toujours constante et égale à 5,0 A. T1 et T'2 sont amorcés à = 5 et T2 et T'1 sont amorcés à + . a) Compléter le diagramme de conduction (Figure 4 - Annexe 2). b) Tracer u() en correspondance avec v() sur la Figure 5 - Annexe 2. c) Tracer l'intensité du courant i'() (courant à l'entrée du pont) sur la Figure 6 - Annexe 2. d) Calculer la valeur efficace de i'. Comment pourrait-on la mesurer ? Page 27/32 Physique Appliquée Annales Baccalauréat : Redressement (1996 à 2003) Tale GET ANNEXE 1 A rendre avec la copie Figure 1 Eléments conducteurs 0<< Expression de u() en fonction de v ou valeur de u() 5 5 << << + + 5 <<2 5 Figure 2 Figure 3 i V v() T1 34 0 1A u() V i D1 34 0 1A ANNEXE 2 A rendre avec la copie Page 28/32 Physique Appliquée Annales Baccalauréat : Redressement (1996 à 2003) Tale GET Figure 4 Eléments conducteurs 0<< Expression de u() en fonction de v 5 5 << << + + 5 <<2 5 Figure 5 Figure 6 V I’ () v() 34 0 1A u () V 34 0 Page 29/32 Physique Appliquée Annales Baccalauréat : Redressement (1996 à 2003) Tale GET Extrait n°12 : 1996 Septembre Métropole On étudie un moteur à courant continu et sa source d'énergie constituée d'un transformateur, d'un pont redresseur, d'un filtre et d'un hacheur. ~ ~ Transformateur Partie C I- M Redresseur et filtre Moteur Hacheur Etude de la source d'alimentation Redresseur et filtre Le montage se compose d'un redresseur en pont de Graëtz suivi d'un filtre. iS Bobine L iH r D1 u2 D2 ur C i2 D3 uL uS uC D4 La résistance r de la bobine vaut 1,5 W et son inductance L a une valeur suffisante pour que l'intensité iS soit quasiment constante on notera donc iS = IS. Le condensateur a une capacité de valeur suffisante pour que la tension u C soit quasiment constante on notera donc uC = UC. La tension sinusoïdale u2 a pour valeur efficace U2, sa fréquence f vaut 50 Hz. Elle est représentée sur la figure 2 du document réponse. Pour le fonctionnement envisagé on a UC = 60 V et IS = 3,0 A. 1°) Sur la figure 2 du document réponse, représenter la tension u S et indiquer les diodes conductrices sur l'axe 0,t. 2°) L'expression de la tension moyenne u S en fonction de U2 est : u S = 2 Donner la relation liant u S à UC et IS. Calculer u S et en déduire U2. 3°) Sur la figure 3 du document réponse, représenter l'intensité i2. Déterminer sa valeur efficace I2. Page 30/32 U 2 . Physique Appliquée Annales Baccalauréat : Redressement (1996 à 2003) Tale GET 0V Figure 2 u2 Tension u 2 0V -u 2 Diodes conductrices 0 3A t iS Figure 3 Intensité i S 0A Page 31/32 Physique Appliquée Annales Baccalauréat : Redressement (1996 à 2003) Eléments de réponse Extrait n°1 : 2.1. =61° 2.4.a. <u>=11V 2.4.b. n=500 tr.min-1 Extrait n°2 : 3. Voltmètre numérique TRMS position AC+DC 5. P=Pmax pour =0rad , P=Pmin=0W pour = rad Extrait n°5 : Extrait n°6 : Extrait n°7 : Page 32/32 Tale GET
