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BACCALAURÉAT TECHNOLOGIQUE
SCIENCES ET TECHNOLOGIES INDUSTRIELLES
GÉNIE MÉCANIQUE
SESSION 2009
SCIENCES PHYSIQUES ET PHYSIQUE APPLIQUÉE
Durée: 2 heures Coefficient: 5
L'emploi de toutes les calculatrices programmables, alphanumériques ou à écran graphique est
autorisé à condition que leur fonctionnement soit autonome et qu'il ne soit pas fait usage
d'imprimante. (Circulaire n099-186 du 16/11/1999)
Avant de composer, assurez-vous que l'exemplaire qui vous a été remis est bien complet. Ce
.suiet comporte 6 pages numérotées de 1/6 à 6/6.
Les documents réponses pages 5/6 et 6/6 sont à rendre avec la copie.
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Problème.
Ce sujet porte sur l'étude de quelques parties de l'équipement électrique d'un navire:
• un alternateur,
• un moteur à courant continu alimenté par une batterie.
Partie 1.Étude de l'alternateur triphasé hexapolaire (6 pôles), alimentant une charge
résistive. (6 points)
Li. Rappeler la relation donnant la fréquence des tensions électriques produites en fonction
de la fréquence de rotation de l'arbre et du nombre de paires de pôles.
L,6. Calculer alors la fréquence de rotation (en tours par minute) qui permettra la création
d'un signal alternatif sinusoïdal de fréquence 60 Hz.
~. 131. L'alternateur triphasé crée une tension efficace entre phases U =450 V. Quelle est
la valeur efficace de la tension simple V ?
1 32. L'alternateur triphasé, alimentant une charge résistive R, produit une puissance
utile de 350 kW . Quelle est valeur efficace du courant en ligne 1?
~. On donne le schéma équivalent à une phase de l'alternateur pour lequel on connaît la
réactance synchrone Loo = 0,3 Q.
Lm
mY\
i
1
>
<
u
L
cp 1 e
1
V
R
",. __ ._-----". --~-----~ .. _._ ... --_ .. _---.---_._------ ----- - - ---~-----~-- -----------~- ------ ----~--- - -
141. Exprimer la loi des mailles pour ce circuit.
142. Déterminer alors, à partir d'une construction de Fresnel tracée sur le document
réponse 1, la valeur efficace de la force électromotrice E (1et V déterminés en partie 1.3)
Echelle: 1 cm représente 20 V. On choisit 1comme origine des phases.
li. Calculer le rendement de l'alternateur, l'ensemble de la puissance perdue étant estimée
à 18,5 kW.
1 6. Dans la réalité, la charge n'est pas résistive. Elle est inductive avec un facteur de
puissance de 0,8. Par quel procédé a-t-on amélioré ce facteur de puissance pour le relever
à la valeur cos <p = 1 ?
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Partie Il. Charge de la batterie alimentant le moteur à courant continu. (5 points)
Avant de partir en mer, les batteries sont chargées par l'intermédiaire du schéma « bloc » suivant:
le
-
V, 1
Bloc 1
IV'
Bloc 2
u, Î
Bloc 3
Redresseur
1
Charge
!L1. Comment s'appelle le bloc 1 qui permet de passer d'une tension alternative sinusoïdale
230 V, 50 Hz à une tension alternative sinusoïdale 360 V, 50 Hz ?
Il 2. La charge est constituée des batteries et d'un composant qui permet d'obtenir un
courant i
econtinu. Quel est ce composant et comment le brancher?
Il 3. Sachant que le bloc 2 est un pont à 4 diodes, tracer l'allure de la courbe uc(t) sur le
document réponse 2, en graduant sommairement les axes.
Il 4. Quel appareil utilisera-t-on pour mesurer la valeur efficace Uc de la tension U c ?
Il 5. On désire visualiser simultanément l'allure de la tension uc(t) et du"courant ic(t). Quels
appareils faut-il utiliser? Compléter alors le document réponse 3 pour indiquer les
branchements de ces appareils.
Partie III. Moteur à courant continu. (6 points)
Une pompe du bateau est alimentée par un moteur à courant continu dont les
caractéristiques sont les suivantes:
Induit: U = 320 V
1 = 1320A
R = 0,01 n
III 1. Donner le schéma électrique équivalent à l'induit.
III 2. Afin de dresser le bilan de puissance du moteur, calculer:
Inducteur: u = 320 V
r = 21,4 n
III 21 La puissance absorbée par l'induit: P
a1
III 22 La puissance absorbée par l'inducteur: Pa2
III 23 La puissance absorbée par le moteur: Pa
III 24 La puissance perdue par effet Joule dans l'induit: P
j
1
III 25 La puissance perdue par effet Joule dans l'inducteur: Pj2
III 26 La puissance utile du moteur Pu, les pertes fer et mécaniques valant 25 kW
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.-c===========~=~....~----_...._-_.._---_. ~ ~
III 27 Le rendement du moteur.
III 3. Le moteur tourne à la fréquence de rotation de 1200 tr.rnin'. Calculer le moment du
couple utile. On donne: P
u
=380 kW
Exercice. (3 points)
1°) L'eau de mer attaque la coque des navires. Par quel terme chimique désigne-t-on cette
corrosion?
2°) D'après la classification électrochimique des métaux suivante, quel métal sera-t-il
préférable d'utiliser pour protéger la coque du navire construite en acier?
Pouvoir oxydant
~
Zn 2+
Zn Fe
Cu
•••
Pouvoir réducteur
3°) Le fer réagissant suivant la demi-équation :
Fe 2+ + 2 e ~ Fe
écrire la demi-équation relative au métal choisi à la question 2°).
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DOCUMENT REPONSE.
Problème Partie 1: Document réponse 1
-1-
)
-7
I
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