Variation de vitesse à commande mécanique

ACADEMIE DE NANCY-METZ
Baccalauréat Général Session 2009
Série : S Sciences de l’Ingénieur
Epreuve : Sciences de l’Ingénieur
Partie B : « Activités pratiques »
Durée : 3 heures
Coefficient : 5
Aucun document autorisé.
Calculatrice autorisée.
Support de l’épreuve : Voiture TAMIYA
T.P. N° 3 : « PERFORMANCES»
CORRIGE
CORRIGE
Document réponse 1
 45’ - 20 pts.
INTRODUCTION
1. Combien de vitesses de fonctionnement peut-on obtenir avec le variateur de vitesse mécanique ?
Trois vitesses dans chaque sens de marche.
2. Expliquer en 2 ou 3 lignes le principe de fonctionnement du variateur de vitesse à commande
mécanique (s’aider éventuellement d’un schéma de principe).
Une résistance est placée, totalement ou partiellement en série avec le moteur, la tension aux
bornes du moteur est diminuée donc la vitesse s’en trouve réduite.
3.
Quel est l’inconvénient principal de ce principe de variation de vitesse ?
Inconvénient principal : Que trois vitesses possibles rendent le pilotage pauvre en possibilités.
Inconvénient secondaire : L’énergie consommée par la résistance mise en série avec le moteur
diminue sérieusement le rendement du variateur.
 1H15’ - 35 pts.
MISE EN OEUVRE
Variation de vitesse à commande mécanique
4. Après examen des documents ressource compléter le schéma électrique équivalent pour les
différentes positions du commutateur du variateur
Position arrêt
Position petite vitesse
R
R
M
Position moyenne vitesse
R
M
Position grande vitesse
R
M
Voiture radiocommandée TAMIYA TL-01 – TP3 –CORRIGE
M
Document réponse 2
CORRIGE
5. Exprimer la puissance absorbée à l’entrée du variateur, la puissance restituée au moteur ainsi que
le rendement du variateur.
Puissance absorbée Pa = Ubat x IM
Puissance restituée Pr = UM x IM
Rendement variateur η v = Pr / Pa
6.
Compléter alors le tableau pour chaque vitesse sélectionnée.
Vitesse
Ubat
(V)
UM
IM
NM
(A)
(tr/min)
Pa
(W)
Pr
(W)
ηv
(V)
Petite
7,34
6,11
2,76
13400
20,26
16,86
83,2
Moyenne
7,33
6,47
3,25
14300
23,82
21,03
88,3
Grande
7,28
7,14
4,22
15300
30,72
30,13
98
(%)
7. Quelles remarques peut on faire sur la variation de vitesse à commande mécanique mise en œuvre
sur le modèle TAMIYA TL-01 et sur le rendement du dispositif utilisé ?
La diminution de la vitesse ne se traduit pas par une baisse de la consommation électrique. La
résistance dissipe inutilement l'énergie sous forme de chaleur et diminue d'autant plus le rendement
lorsque la vitesse faiblit.
Variation de vitesse à commande électronique
11. Relever les grandeurs (N, Ubat, Um, Ibat et Im) et compléter le tableau
Vitesse
Ubat
(V)
Ibat
(V)
(A)
(tr/min)
Pa
(W)
Pr
(W)
ηv
Petite
7,26
2,06
5,64
2,42
12500
14,95
13,65
91,3
Moyenne
7,24
2,58
6,17
2,81
13400
18,67
17,33
92,8
Grande
7,22
3,06
6,55
3,18
14200
22,09
20,83
94,3
(A)
UM
IM
NM
(%)
8.
14. Quelles remarques peut on faire sur la variation de vitesse à commande électronique et sur le
rendement du dispositif utilisé ?
Le rendement reste sensiblement constant sur la plage de variation de vitesse retenue. Il est meilleur
pour les vitesses intermédiaires.
La chute de tension aux bornes du variateur de vitesse à commande électronique est plus importante
que pour le modèle précédent, limitant de ce fait la vitesse de rotation du moteur.
Voiture radiocommandée TAMIYA TL-01 – TP3 –CORRIGE
CORRIGE
Document réponse 3
 0H30’ - 15 pts.
EXPLOITATION DE RESULTATS
Le rendement moyen de la transmission.
15. Calculer le rendement de la transmission entre le moteur et les roues arrière.
ηe arriere = 0,95 3 = 0,857
16. Calculer le rendement de la transmission entre le moteur et les roues avant.
ηe arriere = 0,95 7 = 0,698
17. Calculer le rendement moyen de la transmission et compléter la chaine d’énergie ci-dessous.
ηe arriere = (ηe arriere + ηe arriere) /2 = 0,777
Rendement du guidage en rotation de la roue.
Moteur CC
Engrenages
ηe= 0,777
Joints
d’accouplement
η acc = 0,989
Pu = 13,54 W
Guidages
Roues
motrices
η guid = 0,993
Pacc = 10.4 W
Proue = 10,33 W
Pertes de
puissance du
aux frottements
Q = 0,067 W
18.
Calculer le moment de frottement « M » du roulement et la perte de puissance « Q » due au
frottement.
M = m.P.d/2 = 0.0015*1,580*10*3/2 = 355,5 mN.mm
Q = 0,105.10-6 . M . Nacc = 0,105.10-6 *355,5.10-3*14200/7.958 = 0,067 W
Voiture radiocommandée TAMIYA TL-01 – TP3 –CORRIGE
Document réponse 4
NOM :
Prénom :
19.
Calculer la puissance Pacc.
Pacc = Pu . ηe . ηacc = 10.4 W
20. En déduire la puissance disponible au niveau des roues. Proue
Proue = Pacc – Q = 10.39 W
21. Calculer le rendement du guidage par roulements ηguid
ηguid = Proue / Pacc = 0,993
22.
Calculer le rendement global de la chaine d’énergie et compléter la chaine d’énergie (document
réponse 4)
ηglobal = ηe . ηacc . ηguid = 0,763
 30’ - 10 pts.
III PRODUCTION DE SOLUTION
Analyser les performances
23.
Calculer le temps mis par la voiture pour parcourir 10 m. départ arrêté.
V (m/s)
Phase accélération :
T1 = V/a = (27/3.6)/11.1 = 0.675 s
Distance parcourue = 0,5*a*t² = 2.528 m
t(s)
x (mètre)
Phase vitesse constante :
Données :
d2 = d – d1 = 10 – 2.528 = 7.47 m
t2 = d2/V = 0.99 s
Vmax = 27 km/h
Temps total = t1 + t2 = 1,67 s
Distance totale = 10 m
a = 11,1 m/s²
Voiture radiocommandée TAMIYA TL-01 – TP3 –CORRIGE
Document réponse 5
NOM :
Prénom :
24.
Calculer les performances P2 et P3 en % et en déduire la performance Globale (PG) puis compléter
le tableau document réponse 5.
P1 : Accélération
11,1 m/s²
105 %
P2 : Temps 0 – 10 m départ arrêté
1,67 s
124 %
P3 : Temps mis pour passer de 0 à 20km/h
0,95 s
133 %
P4 : La vitesse maximale sur route (km/h)
25 km/h
120 %
P5 : Le poids du véhicule (g)
1577g
P6 : La distance parcourue en roue libre (cm)
126 cm
112 %
P7 : Le look de la voiture
103 %
103 %
Performance globale (PG) en % ……….
25.
98%
113,5 %
Tracer et colorier le nouveau radar en plaçant les points P1, P2, P3, P4, P5, P6, P7.
Voiture radiocommandée TAMIYA TL-01 – TP3 –CORRIGE