BACCALAURÉAT TECHNOLOGIQUE 1PYGMME3 Série

BACCALAURÉAT TECHNOLOGIQUE
1PYGMME3
Série
SCIENCES ET TECHNOLOGIES INDUSTRIELLES
SPECIALITE GENIE MECANIQUE
SESSION 2001
Épreuve
SCIENCES PHYSIQUES ET PHYSIQUE APPLIQUÉE
Durée 2 h
Coef. 5
Ce sujet comporte 5 pages
L’usage des calculatrices est autorisé pour cette épreuve.
(circulaire n°99-186 du 16/11/1999)
PROBLÈME : ÉLECTRICITÉ (17 points)
La première et la seconde partie peuvent être traitées indépendamment l’une de l’autre.
Première Partie : Moteur à courant continu.
Dans un atelier d’optique, on dispose d’un tour à polir des lentilles dont la tête d’usinage
est entraînée par un moteur à courant continu à excitation indépendante et constante.
On donne les caractéristiques nominales suivantes:
Inducteur : Ue = 200 V ; Ie = 0,2 A
Induit : U N = 230 V ; IN = 2 A
Résistance de l’induit : R = 0,5 Ù
Fréquence de rotation : n N = 1500 tr/min
1) Représenter par un schéma électrique le modèle équivalent de l’induit.
2) On souhaite mesurer la puissance absorbée par l’induit. Pour cela, on utilise un
voltmètre et un ampèremètre.
2.a) Représenter sur la figure n°1 du document réponse le branchement des appareils.
2.b) Pour chacun d’eux, donner le nom et le type de l’appareil et la position du
commutateur.
3) On suppose que le polissage impose au moteur de fonctionner en régime nominal.
3.a) Déterminer la puissance totale absorbée par le moteur (induit + inducteur).
3.b) Déterminer les pertes dissipées par effet Joule dans l’induit et dans l’inducteur.
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3.c) Le rendement du moteur étant de 85 %, déterminer :
3c1) la puissance utile de ce moteur,
3c2) les pertes collectives de ce moteur.
4) La partie utile de la caractéristique mécanique de ce moteur, alimenté sous une
tension d’induit U N = 230 V, est donnée sur la figure n °2 du document-réponse.
4.a) Déterminer le moment Tu du couple utile lors du fonctionnement nominal (on
pourra vérifier que le point de fonctionnement au régime nominal appartient à la
caractéristique mécanique)
4.b) En fait, l’état de surface du matériau à polir impose au moteur un couple résistant
de moment constant et égal à TR = 2,0 N.m. Tracer sur la figure n°2 du documentréponse la caractéristique mécanique de la charge entraînée par le moteur et en
déduire la fréquence de rotation n de celui-ci.
Seconde Partie : Étude de quelques convertisseurs statiques
On dispose, dans l’atelier, de trois convertisseurs statiques :
- un hacheur série,
- un onduleur autonome,
- un redresseur non commandé.
L’annexe donne, pour chacun des convertisseurs, le schéma de principe et l’allure de la
tension de sortie pour un fonctionnement sur charge inductive.
A— Convertisseur n°1 (voir annexe)
A.1) Quel est le nom de ce convertisseur ?
A.2) Quelle est la conversion réalisée ?
A.3) Quelle est la fréquence de la tension u 1(t) ?
A.4) Quelle est la valeur de la tension E délivrée par chacune des sources de tension ?
B — Convertisseur n°2 (voir annexe)
B.1) Quel est le nom de ce convertisseur ?
B.2) Quelle est la conversion réalisée ?
B.3) Quelle est la pulsation de la tension d’entrée e(t) ?
B.4) Quelle est la valeur efficace de la tension d’entrée e(t) ?
C — Convertisseur n°3 (voir annexe)
C.1) Quel est le nom de ce convertisseur ?
C.2) Quelle est la conversion réalisée ?
C.3) Quelle est la valeur du rapport cyclique ?
C.4) Quelle est la valeur moyenne de la tension u 3(t) ?
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D — Choix du convertisseur
On souhaite pouvoir régler la fréquence de rotation du moteur à courant continu étudié
dans la première partie.
Parmi les trois convertisseur étudiés précédemment, lequel faudra-t-il donc choisir?
Justifier la réponse.
EXERCICE : OPTIQUE (3 points)
Étude d’un projecteur
Dans les concerts, on utilise des projecteurs afin de créer des effets lumineux : ces
projecteurs émettent des faisceaux lumineux parallèles qui, grâce à un jeu de miroirs
actionnés par des moteurs, peuvent éclairer les différents endroits de la scène.
On se propose d’étudier le trajet suivi par un rayon lumineux.
1°) Afin d’obtenir un faisceau parallèle, on place une lentille convergente dont le schéma
et les foyers sont représentés sur la figure n °3 du document-réponse.
Représenter sur cette figure le rayon incident correspondant au rayon émergent de la
lentille.
2°) Ce rayon émergent vient frapper un miroir plan.
Mesurer l’angle d’incidence sur le schéma.
3°) Tracer sur la figure n °3 du document-réponse le rayon réfléchi par le miroir.
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ANNEXE
Convertisseur n°1:
Schéma de principe
Allure de la tension de sortie
u1 (V)
K1
230
E
Charge
0
10
20
30
t (ms)
u1
E
- 230
K2
Convertisseur n°2:
Schéma de principe
Allure de la tension de sortie
u2 (V)
325
u2
e
c
h
a
r
g
e
250
175
100
t (ms)
25
-50 0
10
20
30
Convertisseur n°3:
Schéma de principe
Allure de la tension de sortie
u3 (V)
K
E
D
u3
c
h
a
r
g
e
500
400
300
200
100
0
t (ms)
1
2
3
4
5
6
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DOCUMENT RÉPONSE
À RENDRE AVEC LA COPIE
IN
M
UN
FIGURE N°1
Tu (N.m)
FIGURE N°2
Moteur
3,5
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
n (tr/min)
0
1460
1480
1500
1520
1540
1560
1580
FIGURE N°3
Foyer image
F’
Foyer objet
F
Lentille
miroir
Rayon
émergent
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