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BACCALAURÉAT TECHNOLOGIQUE - SESSION 1998
SCIENCES ET TECHNOLOGIES INDUSTRIELLES
SPÉCIALITÉ : GÉNIE MÉCANIQUE -- Toutes options
Épreuve de Sciences Physiques
Durée : 2 heures.
Coefficient : 5
Le sujet comporte 5 pages dont les pages 4/5 et 5/5 sont à rendre avec la copie.
La calculatrice est autorisée.
EXERCICE 1
(17 points)
La mesure à chaud des résistances d’un moteur à courant continu , à excitation série a
donné : Ra = 0,65 Ω pour l’induit et Rs = 0,35 Ω pour l’inducteur. Le circuit magnétique n’étant
pas saturé, le flux maximum utile sous chaque pôle inducteur est proportionnel à l’intensité I du
courant appelé par le moteur :
Φ = a.I (a = constante)
I ) LE MOTEUR EST ALIMENTÉ SOUS UNE TENSION CONTINUE CONSTANTE
U = 650V.
I.1. Calculer la résistance totale Rt du moteur .
I.2. Dessiner le schéma électrique équivalent du moteur et orienter la tension U et le
courant I.
I.3. Montrer que, pour ce moteur, la f.é.m. s’écrit : E = k.I.Ω et le moment du couple
électromagnétique : T = k.I2 ( k= constante ). En quelle unité doit-on exprimer la
vitesse de rotation Ω ?
I.4. On a relevé en charge, sous U = 650 V, le moment du couple utile Tu et l’intensité I
du courant appelé pour différentes valeurs de la fréquence de rotation n du moteur :
Tu (N.m)
430
535
680
880
1130
1640
I(A)
64
72
81
96
113
132
665
625
580
540
500
455
-1
n(tr.min )
Le moteur entraîne une charge dont on connaît quelques points de la caractéristique
mécanique :
Tr (N.m)
1040
1080
1100
1140
1230
1380
n(tr.min-1)
350
440
480
520
560
600
I.4.1. Tracer les caractéristiques mécaniques du moteur et de la charge sur le
document réponse n° 1 (figure 1) et déterminer les coordonnées du point de
fonctionnement du groupe moteur-charge. Quelle est l’intensité du courant
appelé par le moteur ?
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Épreuve de Sciences Physiques
Durée : 2 heures.
Coefficient : 5
I.4.2. Quels que soient les résultats trouvés à la question précédente, on prendra Tu =
1130 N.m et n = 500 tr.min-1 . Calculer :
I.4.2.1. la puissance absorbée par le moteur ;
I.4.2.2. sa puissance utile et son rendement pour ce point de fonctionnement.
II ) ALIMENTATION DU MOTEUR A PARTIR DU RÉSEAU MONOPHASÉ.
On considère maintenant le montage suivant :
i
i1
Th2
Th1
i2
A
u1
u2
B
D4
RESEAU
TRANSFORMATEUR
L
u
PONT MIXTE
D3
M
CHARGE
II.1. Étude du transformateur .
Le primaire du transformateur parfait est alimenté par une tension sinusoï dale u1
de valeur efficace U1 = 1500 V et de fréquence f = 50 Hz.
II.1.1. La valeur efficace de la tension secondaire étant U2 = 720 V, calculer le
rapport de transformation du transformateur.
II.1.2. Le secondaire débite un courant i 2 de valeur efficace I2 = 110 A ; calculer
la valeur efficace I1 du courant appelé par le primaire.
II.1.3. Quelle est la puissance apparente du transformateur ?
II.1.4. Calculer la valeur maximale û2 de la tension u2 , sa période T et sa
pulsation ω .
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Coefficient : 5
II.2. Étude du pont mixte .
Les diodes et les thyristors sont parfaits. La charge du pont est constituée du
moteur précédent en série avec une inductance pure L de valeur suffisante pour
que le courant i soit pratiquement constant .
On pose : u 2 = u$ 2 sin( ω. t ) = u$ 2 sin θ .
Les impulsions sur les gâchettes des thyristors sont périodiques et synchronisées
sur le réseau , de façon que l’angle de retard γ par rapport à la tension u2 soit égal à
π
rad.
6
II.2.1. Dans le tableau 1 du document réponse n°2, pour lequel on indique dans
chaque phase de fonctionnement les composants passants, cocher les
cases pour ne laisser apparaître que la valeur (u2, - u2 ou 0) de la
tension u.
II.2.2. Construire sur le document réponse n° 2 ( figure 2 ) la courbe
représentative de la tension u pour 0 < θ < 2 π , et graduer les axes.
Quelle est, en radians, la période de u ?
II.2.3. En quels points du montage doit-on brancher la voie et la masse de
l’oscilloscope pour visualiser la tension u(t) ?
II.2.4. Quel dispositif peut-on utiliser pour visualiser sur l’écran de l’oscilloscope
une image du courant i(t) ?
II.2.5. Calculer la valeur moyenne <u> de la tension u, donnée par la formule
u$
< u > = 2 (1 + cos γ )
π
II.2.6. Que devient <u> lorsque l’on fait varier γ ?
Dans quel but alimente-t-on le moteur par l’intermédiaire d’un redresseur
commandé ?
II.2.7. Quel type de voltmètre utilise-t-on pour mesurer <u> ?
EXERCICE 2 (3 points)
Ne laisser apparaître, dans le tableau 2 du document-réponse numéro 2, que les
réponses qui vous paraissent correctes.
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Coefficient : 5
DOCUMENT REPONSE N° 1 (A RENDRE AVEC LA COPIE).
T en N.m
100
0
100
FIGURE 1
n en tr/min
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Durée : 2 heures.
Coefficient : 5
DOCUMENT REPONSE N° 2 (A RENDRE AVEC LA COPIE).
Tableau 1 (question II.2.1 du problème A)
θ ( rad)
Composants passants
0<θ<γ
Th2 , D 3
u2
- u2
0
γ < θ <π
Th1 , D 3
u2
- u2
0
π < θ <γ + π
Th1 , D 4
u2
- u2
0
γ + π < θ < 2π
Th2 , D 4
u2
- u2
0
u
u (V)
θ ( rad)
figure 2
Tableau 2 (problème B)
Ne laisser apparaître ci-dessous que les réponses qui vous paraissent correctes.
Un alliage comporte :
Un seul constituant
Plusieurs constituants
Une solution solide est :
un corps pur
un mélange
Une combinaison chimiquement
définie (CCD) est :
un corps pur
un mélange
Un eutectique est un alliage :
homogène
hétérogène
Un eutectique a une composition:
constante
variable
La température de solidification
d'un eutectique est :
constante
variable
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