Correction BTS MAI 2010 Épreuve de physique appliquée A

Correction BTS MAI 2010
Épreuve de physique appliquée
A. Vitesse d'avancement des préformes.
n
1 v =. R=2 . . R . R=2 . . 28 .100 .10−3 =0,293 m.s−1
T
60
60
−1
−1
2 La fréquence du moteur est : n M =n R .50=1400 tr. min =23,3 tr.s
3 Mesure de la vitesse du tapis :
3.1
La circonférence est : L=. D=157 mm
L
3.2
Il faut donc une résolution : = =157/0,1=1570 pts/tr
p
3.3
On choisit donc le codeurs 3 ( 1600 pts/tr) . Pour avoir une précision plus grande
( <0,1 mm ).
B. Étude du moteur.
1 Fréquence de synchronisme : Machine tétrapolaire : 4 pôles soit p = 2.
f 50
n s = = =25tr.s−1 =1500 tr.min−1
p 2
2 Le couplage à réaliser est un couplage étoile. La tension supportée par un enroulement est 230 V
elle correspond à la tension simple du réseau.
3 Bilan de puissance
3.1
Puissance absorbée : P aN = 3.U . I .cos = 3. 400 . 15,5. 0,85=9,13 kW . Le
P uN 7,5
=
=82 , 2 %
rendement est : n N =
P aN 9,13
3.2
Les pertes correspondent à la différence entres la puissance utile et la puissance
absorbée. P pertes =P aN − puN =9,13−7,5=1,63 kW
3.3
Voir figure ci dessous. Figure 2 bilan de puissances.
4 Expression de la puissance mécanique :
Correction BTS MAI 2010
P uN =T uN . T uN =
Épreuve de physique appliquée
P uN

=
P uN
2 . .
nN
60
=
7500
=51,2 N.m
.1400
La valeur est légèrement
2. 
60
supérieur. Le choix est donc correct.
C commande du moteur
I Schéma fonctionnel du variateur
1. On réalise la conversion alternatif continu : Le nom de ce convertisseur est « redresseur ».
2. Stockage d'énergie électrique
3. On réalise la conversion continu alternatif : Le nom de ce convertisseur est « onduleur ».
4. Obtenir des tensions alternatives à fréquence variable afin d'obtenir une variation vitesse de
rotation du moteur.
II Représentation fréquentielle.
1. Le fondamental a une fréquence de 50 Hz et une amplitude de 14 A . L'harmonique de rang 5
( 250 Hz = 5. 50 Hz) a une amplitude 3 A . L'harmonique de rang 7 ( 350 Hz = 7. 50 Hz) a une
amplitude 1 A .
2. Le courant n'est pas purement sinusoïdal. Les harmoniques de rang 5 et 7 vont légèrement
déformer la forme du courant.
III Évolution de la caractéristique.
U1 U2
f
30
=
 U 2 =U 1 . 2 =400 . =240 V
1 L'ALTIVAR travaille à U/f constant :
f1 f2
f1
50
2 Caractéristique
f 30
= =15tr.s−1 =900 tr.min−1
p 2
2.2
On place le point de coordonnées A : [ ns2 ; 0 ] fonctionnement à vide du moteur. On
trace ensuite une droite parallèle à la caractéristique pour f= 50 Hz.
2.1
Calcul de la fréquence de synchronisme : n s2 =
3
3.1
3.2
La nouvelle fréquence de rotation du moteur est : n2 = 800tr.min-1.
La relation entre vitesse et dédit et une relation de proportionnalité :
n
800
D 2=k . n 2 et D1 =k. n1  D 2 =D1 . 2 =3600 .
=2060 btls /h
n1
1400
D Étude de la consommation du four
I Détermination de la consommation du four
1. 9 zones de chauffe de 18 lampes : soit ( 162 lampes ) + 3 ventilateurs
P F =162 . P L3 . PV =162. 25003 . 2000=411 kW
2. Seul les ventilateurs consomme de la puissance réactive.
−1
Qv =P V tan =P V tancos 0,8=1500 var Pour un ventilateur :
Q F =3. QV =4500 Var=4,5 kvar
Correction BTS MAI 2010
Épreuve de physique appliquée
3. Relation entre les différentes puissances ( triangles des puissances )


S F =  P 2F Q 2F = 411 2 4,52 =411 VA .
SF
411 .103
S F =  3. U . I F  I F =
=
=593 A
 3.U 3.400
II détermination expérimentale de la consommation du four.
1. L'appareil mesurant l'intensité est une pince ampèremètrique.
2. La puissance P F =P W1 P W2=207204=411 kW Correspond à la valeur calculée
précédemment. Idem pour IF= 595 A . réponse de la question I3: IF= 593 A
E. Étude de la régulation du four
I asservissement de la température.
1. Figure 5 Schéma fonctionnel simplifié de la régulation du four.
2. Un correcteur pour améliorer simultanément précision et stabilité est un correcteur P.I.D .
( précision par le PI : stabilité par action sur la dérivée )
II Étude du thermocouple mise en forme du signal.
1 La sensibilité du capteur est défini par :
U
s=
 U =s .  =51.10−6 . 200−10=9,69 mV

Correction BTS MAI 2010
Épreuve de physique appliquée
2 Montage amplificateur
2.1
Amplificateur en régime linéaire : La tension différentielle d'entrée est nulle: V+ = V-.
Le potentiel V+= ue. Le potentiel V-. a pour expression en utilisant la loi du pont diviseur de
R
tension : V =u s .
. On peut en déduire :
RR '
u RR'
R
V - =u s .
=V + =u e  A= s =
RR '
ue
R
RR '
2.2
La tension de sortie est multiplié par un facteur
qui est toujours positif.
R
2.3
RR '
u s =u e .
R
3
RR '
−3 10047.10
 u smin =u emin .
=0 V et u smax =10.10 .
=10.103. 471=4,71 V
R
100
III Étude de la caméra à infra rouge
1 La mesure par caméra infra rouge permet de réaliser une mesure de température sans contact. Il
serait bien difficile de placer la sonde pt100 en contact avec les préformes.
2 Le temps de réponse à 95 % du capteur est le temps mis par le système pour atteindre 95 %
( 190 °C) de la valeur finale. (la valeur finale est de 200°C) Ici le temps de réponse est de 0,06 s .