Page 1/4
BACCALAUREAT TECHNOLOGIQUE - SESSION 1997 SCIENCES ET TECHNOLOGIES INDUSTRIELLES Spécialité : GENIE MECANIQUE - Toutes options
E P R E U V E D E S C I E N C E S P H Y S I Q U E S E P R E U V E D E S C I E N C E S P H Y S I Q U E S
Durée : 2 heures Coefficient : 5
_____________________________________________________________________________
Le sujet comporte quatre pages.
Les deux exercices sont indépendants.
La calculatrice est autorisée.
EXERCICE N°1
On se propose d'étudier un moteur à courant continu à excitation indépendante constante, possédant les caractéristiques nominales suivantes :
induit : UN = 220 V Tension aux bornes de l'induit IN = 20 A Intensité du courant dans l'induit R = 0,5 Ω Résistance de l'induit
inducteur : Ue = 200 V Tension aux bornes de l'inducteur Ie = 1,5 A Intensité du courant d'excitation
P A R T I E A
P A R T I E A : : E t u d e d u d é m a r r a g e d u m o t e u r E t u d e d u d é m a r r a g e d u m o t e u r
A.1) Représenter le modèle électrique équivalent de l'induit du moteur.
A.2) Rappeler l'expression de la f.é.m. E de l'induit en fonction du flux inducteur Φ et de la vitesse angulaire Ω = 2πn .
A.3) Donner la valeur de la f.é.m. lors de la mise en rotation (lorsque Ω = 0 rad/s).
A.4) Le constructeur indique que les enroulements d'induit ne peuvent pas supporter un courant de démarrage d’intensité Id supérieure à 50 A. Quelle valeur maximale Ud de la tension peut-on appliquer aux bornes de l'induit au début du démarrage de ce moteur ?
P A R T I E B
P A R T I E B : E t u d e d u m o t e u r à v i d e: E t u d e d u m o t e u r à v i d e
Le moteur fonctionne à présent à vide. L'induit de la machine est alimenté sous une tension Uo = 215 V et appelle un courant d’intensité Io = 2 A. Sa fréquence de rotation vaut alors no = 25,5 tr.s-1.
Déterminer la f.é.m. Eo de l'induit pour ce fonctionnement à vide.
Page 2/4
P A R T I E C
P A R T I E C : E t u d e d u m o t e u r e n f o n c t i o n n e m e n t n o m i n a l: E t u d e d u m o t e u r e n f o n c t i o n n e m e n t n o m i n a l C.1) Déterminer la f.é.m. de l'induit.
C.2) En déduire la fréquence de rotation n (en tr.s-1).
C.3) Déterminer la puissance P absorbée par l'induit seul.
C.4) Déterminer la puissance Pa absorbée par l'ensemble de la machine.
C.5) Déterminer la puissance utile fournie par le moteur (on supposera que les pertes collectives valent pcoll = 440 W).
C.6) En déduire le rendement du moteur.
C.7) Déterminer le moment du couple utile.
P A R T I E D
P A R T I E D : E t u d e d e l ’ a l i m e n t a t i o n d u m o t e u r : E t u d e d e l ’ a l i m e n t a t i o n d u m o t e u r
On alimente l'induit du moteur à l'aide d'un hacheur série dont le schéma est représenté ci-dessous :
H : Interrupteur électronique commandé à l'ouverture et à la fermeture.
DRL : Diode supposée idéale.
L : Bobine d'inductance L supposée parfaite.
V : Tension continue délivrée par une source idéale de tension.
D.1) Quel est le rôle de la diode DRL ?
D.2) Quel est le rôle de la bobine d'inductance L ?
M
L i
Hi
H
V D
RLu
Page 3/4 D.3) Les allures de la tension u et du courant i sont représentées respectivement sur les
figures 1 et 2.
D.3.a) Redessiner le schéma du montage en indiquant les branchements de l'oscilloscope bicourbe et les éventuelles modifications à apporter permettant la visualisation simultanée de la tension u et de l'image du courant i.
D.3.b) Déterminer la fréquence de la tension u.
D.3.c) Déterminer la valeur du rapport cyclique α .
D.3.d) Montrer que la valeur moyenne <u> de la tension u peut s'exprimer :
<u> = α.V , et en donner la valeur.
D.3.e) Quel appareil (type de l'appareil, fonction utilisée,...) utiliseriez-vous pour mesurer cette grandeur ?
D.4) Quel est l’intérêt d’alimenter l’induit d’un moteur à courant continu par l’intermédiaire d’un hacheur ?
figure n°1
figure n°2
u(V)
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 t(ms) 400
300 200 100
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 t(ms) i(A)
20 10
Page 4/4 EXERCICE N°2
On donne (figure n°3) l'allure simplifiée du diagramme de solidification de l'alliage Plomb (Pb) / Etain (Sn).
1°) A partir de ce diagramme, indiquer :
1.a) la température de solidification θPb du plomb, 1.b) la température de solidification θSn de l'étain, 1.c) la teneur en étain de l'eutectique.
2°) Parmi les cinq branches (AB), (AE), (EC), (CD) et (BD), indiquer quelles sont celles qui forment :
2.a) le liquidus ; 2.b) le solidus.
