BACCALAURÉAT TECHNOLOGIQUE SCIENCES ET TECHNOLOGIES INDUSTRIELLES GÉNIE MÉCANIQUE SESSION 2009

BACCALAURÉAT TECHNOLOGIQUE
SCIENCES ET TECHNOLOGIES INDUSTRIELLES
GÉNIE MÉCANIQUE
SESSION 2009
Polynésie
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 n°99-186 du 16/11/1999)
Avant de composer, assurez-vous que !'exemplaire qui vous a été remis est bien complet. Ce
sujet comporte 11 pages numérotées de 1/11 à 11/11.
Les pages de 9/11 à 11/11 où figurent les documents réponses sont à rendre avec la
copie.
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Pour limiter l'émission de dioxyde de carbone (CO2) dans l'atmosphère, les constructeurs
automobiles proposent des véhicules hybrides.
Ces voitures possèdent :
•un moteur thermique (essence) pour les longues distances
•un moteur électrique (machine synchrone triphasée réversible) pour le démarrage et
l'utilisation en ville
•une batterie haute tension (VB = 180 V)
•un alternateur triphasé pour recharger la batterie lorsque le moteur thermique est en
action.
Le schéma ci-dessous résume le fonctionnement du véhicule hybride :
SCHEMA FONCTIONNEL
Le sujet ne traite que des parties électriques du véhicule hybride.
Les quatre parties peuvent être traitées de façon indépendante.
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I ) ALIMENTATION DE L'ÉQUIPEMENT ELECTRIQUE
Pour alimenter en 12 V certains équipements du véhicule ( tableau de bord, autoradio, lève-
vitre, essuie-glace .. ), un hacheur convertit la haute tension de la batterie en basse tension :
L'oscillogramme de la tension ve est donné ci-dessous
I.1) Visualisation de l'oscillogramme
I.1.a ) Représenter sur la figure 1 du document réponse n°1, le branchement de la voie A de
l'oscilloscope permettant d'observer la tension ve.
I.1.b ) Justifier l'utilisation de l'oscilloscope en mode DC pour observer la tension ve.
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I.2 ) Exploitation de l'oscillogramme
I.2.a ) Mesurer la période T de la tension ve.
I.2.b ) En déduire la valeur de la fréquence f.
I.2.c ) Déterminer le rapport cyclique α.
I.3 ) Valeur moyenne
I.3.a ) Donner l'expression littérale de la valeur moyenne < ve> en fonction du rapport
cyclique α et de la tension VB.
I.3.b ) Application numérique : calculer la valeur moyenne < ve> .
I.3.c ) Quel appareil numérique peut-on utiliser pour mesurer la valeur moyenne de la
tension ve ? Préciser la fonction utilisée ( DC, AC, AC+DC ).
II ) CHAINE D'ALIMENTATION DE LA MACHINE SYNCHRONE TRIPHASE
Aucune connaissance spécifique sur le moteur synchrone n'est nécessaire pour traiter
cette partie.
Par rapport au schéma fonctionnel , la chaîne d'énergie mise en jeu est la suivante :
1) Étude du fonctionnement en moteur
La machine synchrone reçoit de l'énergie électrique de la batterie, elle fonctionne en moteur.
Le moteur électrique utilisé est une machine synchrone triphasée à aimants permanents car
elle
possède un très bon rendement ( supérieur à 90 %).
Le stator est couplé en étoile. La résistance d'un enroulement vaut R = 0,4 Ω.
Les pertes constantes (somme des pertes mécaniques et des pertes fer) valent Pc = 1,5 kW.
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II.1.a ) Sur le document réponse n°1 ( figure 2), dessiner les connexions à établir pour
brancher le moteur synchrone triphasé sur l'onduleur triphasé .
II.1.b) Le constructeur indique un couple moteur de moment 400 N.m à 1200 tr.min-1.
Calculer la puissance mécanique utile Pu.
II.1.c ) L'intensité efficace I du courant en ligne vaut alors 40 A. Calculer les pertes par effet
Joule PJ dans le moteur triphasé.
II.1.d ) Le bilan des puissances du moteur est représenté par l'arbre ci-dessous :
II.1 .d.1 ) En appliquant le principe de conservation des puissances, exprimer
littéralement la puissance absorbée PA en fonction des autres puissances ( Pc, Pu, PJ ).
II.1.d.2 ) Application numérique : calculer la valeur de la puissance absorbée PA par le
moteur .
II.1.e ) Calculer le rendement η du moteur .
2) Étude de l'onduleur
Pour limiter l'intensité du courant à 40 A, le moteur synchrone triphasé est alimenté sous
très haute tension (500V). C'est pourquoi la haute tension 180 V de la batterie est relevée à
E = 500 V. Le schéma simplifié ci-dessous représente le modèle monophasé de l'onduleur :
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