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SCIENCES ET TECHNOLOGIES INDUSTRIELLES
SPÉCIALITÉ : GÉNIE MÉCANIQUE -- Toutes options
Épreuve de Sciences Physiques
Durée : 2 heures.
Coefficient : 5
Il est rappelé aux candidats que la qualité et la précision des raisonnements entreront pour
une part importante dans l'appréciation des copies.
Le document réponse est à rendre avec la copie.
Exercice 1( 17 points ) .Les parties A et B sont indépendantes.
Partie A : Moteur à courant continu.
La cabine d'un monte-charge est entraînée par un moteur à courant continu à excitation
indépendante, fonctionnant à flux constant.
L'inducteur est alimenté sous une tension Ue constante de 240 V; il a une résistance r égale
à 120 Ω.
L'induit est alimenté sous une tension U réglable de 0 à 240 V; il a une résistance R égale à
1,0 Ω.
Dans toute l'étude, on négligera les pertes autres que les pertes par effet Joule.
1-
a- Dessiner le modèle électrique équivalent de l'induit; indiquer sur le schéma les "flèches"
représentant la tension U et l'intensité I dans l'induit.
b- Donner la relation qui lie les grandeurs U, I, et la f.é.m. E de l'induit.
2- Lors du démarrage, on veut limiter l'intensité du courant dans l'induit à 60 A .
a- Quelle est la f.é.m.du moteur à la mise en rotation du rotor?
b- Déterminer la valeur de la tension U qui permet d'obtenir cette intensité .
3- Le monte-charge s'élève maintenant à vitesse constante. L'induit du moteur tourne alors à une
fréquence n égale à 500 tr/min. L'intensité du courant dans l'induit est de 40 A et la tension
d'alimentation vaut U=220 V ;on rappelle que Ue est constante. Calculer :
a- l'intensité du courant dans l'inducteur :Ie ;
b- la puissance absorbée :
- par l'inducteur : P e ;
- par l'induit : P i ;
- par le moteur : P t ;
c- l'ensemble des pertes par effet Joule dans le moteur : P j ;
d- la puissance utile : P u ;
e- le rendement du moteur : h ;
f- le moment du couple utile : Tu ;
g- la f.é.m. du moteur : E .
4- Avant d'atteindre l'étage sélectionné, la cabine du monte-charge ralentit progressivement jusqu'à
ce que le moteur atteigne une fréquence de rotation n égale à 100 tr/min . Calculer alors la f.é.m.
correspondante .
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Durée : 2 heures.
Coefficient : 5
Partie B : Alimentation du moteur.
L'induit du moteur est alimenté par le dispositif représenté par le schéma figure 1.
K
V
uAB
A
i
iD
L
V
uL
uAB
D
M
B
u
αT
0
T
Figure 1
2T
t
Figure 2
Ce dispositif comprend :
- une source de tension continue fournissant la tension constante : V=240 V ;
- un interrupteur K ;
- une diode D (supposée idéale) ;
- une inductance L .
L'interrupteur K est commandé électroniquement : il se ferme et s'ouvre périodiquement . A chaque
période T , il est fermé de 0 à αT et ouvert de αT à T (avec 0<α<1) .
La tension uAB est représentée figure 2 .
1-
a- Comment appelle-t-on le dispositif qui alimente le moteur ?
b- Avec quel composant électronique peut-on réaliser l'interrupteur K ?
c- Comment appelle-t-on le coefficient α ? Comment le définit-on ?
d- Quel est le rôle de l'inductance L ?
e- Quel est le rôle de la diode de roue libre D?
2-
a- Etablir l'expression de la valeur moyenne <uAB> de la tension uAB en fonction de α et V .
b- Pour quelle valeur de α aura-t-on <uAB>=220 V ?
3- On souhaite visualiser à l'oscilloscope la tension uAB d'une part et l'image de l'intensité i du
courant dans l'induit du moteur d'autre part . Pour visualiser le courant, on place une résistance
Rs=0,10 Ω en série avec l'induit comme l'indique le schéma figure 3 .
On supposera que cette résistance ne perturbe pas le fonctionnement du montage .
i
K
Figure 3
V
A
L
iD
M
uAB
voie 2
u
voie 1
D
RS
us
B
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Durée : 2 heures.
Coefficient : 5
L'oscillogramme de us(t) est fourni sur le document réponse .
a- Représenter sur le document réponse l'oscillogramme de uAB(t) .
b- Quelle est la période de uAB(t) ? Quelle est sa fréquence ?
c- Déterminer la valeur de α. En déduire la valeur moyenne de uAB .
d- Déterminer les valeurs maximale et minimale de l'intensité i du courant dans l'induit du
moteur .
Exercice 2 : OXYDO-REDUCTION ( 3 points ) .
Un procédé de protection contre la corrosion des canalisations en acier enterrées dans le
sol consiste à les relier à un bloc de zinc . l'ensemble " canalisation + bloc de zinc + conducteur +
sol " constitue une pile .
Le pouvoir réducteur de quelques métaux usuels est rappelé ci-dessous :
Al
Zn
Fe
Cu
du plus réducteur au moins réducteur
1- Indiquer par une "flèche" sur le document réponse figure 4 le sens de circulation des électrons
dans le conducteur de liaison .
2- Sachant que l'atome de zinc ( Zn ) ne peut donner que des ions Zn2+ , écrire la demi- équation
correspondante et donner le nom de la réaction .
3- Pourrait-on remplacer le zinc par le cuivre pour réaliser cette protection contre la corrosion
la canalisation ? Justifier la réponse .
de
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Durée : 2 heures.
Coefficient : 5
Document réponse (à rendre avec la copie).
us
base de temps :
50µs/div
calibre de tension :
2 V/div
0
αT
T
t
αT
T
t(ms)
uAB (V)
0
bloc de
zinc
conducteur
de liaison
canalisation
en acier
Figure 4
sol
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