SCIENCES ET TECHNOLOGIES INDUSTRIELLES SPÉCIALITÉ : GÉNIE MÉCANIQUE -- Toutes options

SCIENCES ET TECHNOLOGIES INDUSTRIELLES
SPÉCIALITÉ : GÉNIE MÉCANIQUE -- Toutes options
Épreuve de Sciences Physiques
Durée : 2 heures. Coefficient : 5
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Exercice 1 (17 points) :Etude d'un moteur à courant continu à excitation indépendante alimenté par
un pont mixte.
Exercice 2 (3 points) :Etude d'un alliage plomb-étain.
EXERCICE 1
Partie A : Etude du moteur.
La plaque signalétique d'un moteur à courant continu, à excitation indépendante et à flux constant,
comporte les indications suivantes :
* induit : tension Un =180V ; intensité du courant In =12 A ; résistance R =0,5 Ω ;
* inducteur : tension u =180 V ; courant i =0,6 A ;
* fréquence de rotation : 1500 tr/min ;
* puissance utile : 2 kW.
Les valeurs indiquées correspondent au fonctionnement nominal du moteur.
A1 - Dessiner le schéma du modèle électrique équivalent de l'induit et de l'inducteur du moteur, en
précisant toutes les grandeurs électriques nécessaires.
A2 - Pour le fonctionnement nominal,
A21 - calculer la force électromotrice,
A22 - calculer le moment du couple électromagnétique,
A23 - calculer la puissance totale absorbée par le moteur (induit et inducteur),
A24 - calculer la puissance perdue par effet Joule dans l'induit,
A25 - en dehors de l'effet Joule, quels sont les autres types de pertes ?
A26 - calculer le rendement global du moteur,
A27 - calculer les pertes totales.
A3 - Etude du démarrage.
A31 - a) rappeler la relation entre la force électromotrice E, la vitesse angulaire Ω et le
flux utile sous un pôle Φ.
b) en déduire la valeur de E au démarrage.
A32 - On désire limiter le courant de démarrage à Id =1,5.In.
a) calculer Id.
b) en déduire la tension de démarrage.

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Partie B : Etude du pont mixte. On donne le schéma du montage :
Les composants sont supposés parfaits.
La tension d’alimentation exprimée en volts a comme expression : ut=⋅220 2 100sin( )π
Son oscillogramme est donné sur le document-réponse
B1 - Pourquoi appelle-t-on cette façon d’assembler des composants d’électronique de puissance
un pont mixte ?
B2 - A partir de l’expression de la tension d’alimentation,
B21 - déterminer sa valeur efficace U, puis sa valeur maximale $ u;
B22 - déterminer sa pulsation ω, puis sa fréquence f et sa période T ;
B23 - établir alors, sur la figure 1 du document-réponse, la graduation des axes, en millisecondes
pour celui des temps, en volts pour celui des tensions.
B3 - A l’aide d’un oscilloscope, on obtient l'oscillogramme de uc(t), reporté sur le document-
réponse en synchronisme avec l'oscillogramme de la tension u(t).
B31 - En déduire le temps de retard à l'amorçage des thyristors puis l’angle α correspondant.
B32 - Sachant que la valeur moyenne de la tension uc(t), notée
<
>
u
c
, s'exprime par :
< >= +uucos )
c
$(
π
α1 ; déterminer cette valeur moyenne.
B33 - Le moteur est celui décrit dans la partie A. Dans les conditions de fonctionnement
indiquées par l'oscillogramme de u
c(t) fourni sur le document-réponse (fig 2), le moteur
atteindra-t-il son fonctionnement nominal ? Sinon, comment doit on modifier le retard à
l'amorçage pour atteindre le fonctionnement nominal ?
Th1 Th2
D2
D1
u
M
uC L

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EXERCICE 2: ETUDE D'UN ALLIAGE PLOMB-ETAIN
Le diagramme de solidification des alliages plomb-étain est donné ci-dessous.
C1 - Comment nomme-t-on la courbe CED ? Comment nomme-t-on la courbe CABD ?
C2 - A quelle température disparait la dernière goutte de liquide pour un alliage à 10% d'étain?
C3 - Donner l'allure de la courbe de refroidissement de cet alliage à 10% d'étain en partant de
350°C, en n'oubliant pas d'indiquer les températures remarquables.
θ(°C)
0 50 100
%Sn
100
200
300
C
A E B
B
D

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DOCUMENT-REPONSE (à rendre avec la copie)
-400
-300
-200
-100
0
100
200
300
400
0.00 0.63 1.26 1.88 2.51 3.14 3.77 4.40 5.03 5.65 6.28 6.91 7.54 8.17 8.80 9.42
10.05 10.68 11.31 11.94 12.57
Figure 1
0
100
200
300
400
0.00 3.14 6.28 9.42
12.57
Figure 2
axe des temps
axe des tensions
axe des temps
axe des tensions