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BACCALAUREAT TECHNOLOGIQUE
SCIENCES ET TECHNOLOGIES INDUSTRIELLES Spécialité : GENIE MECANIQUE
Session 1999
Epreuve de Sciences Physiques
Durée : 2 heures Coefficient : 5
Il est rappelé aux candidats que la qualité et la précision des raisonnements entreront pour une part importante dans l'appréciation des copies.
ETUDE DU CIRCUIT ELECTRIQUE D'UNE AUTOMOBILE EXERCICE 1 : ETUDE ELECTRIQUE (17 points) Partie 1 : Etude de l'alternateur (9 points)
Une génératrice synchrone monophasée (ou alternateur) est entraînée par un moteur d'automobile (transmission par courroie), afin de recharger la batterie d'accumulateurs.
On a relevé, à l'aide d'un oscilloscope, l'allure, en fonction du temps, de la tension v délivrée par la génératrice synchrone à vide (figure 1).
1.1.
Déterminer la tension maximale Vmax délivrée par la génératrice à vide. En déduire la tension efficace V à vide.
1.2.Déterminer la période de la tension relevée sur la figure 1. En déduire sa fréquence.
1.3.La génératrice synchrone fournit un courant sinusoïdal d'intensité efficace I = 55 A au système redresseur qui recharge la batterie d'accumulateurs.
On relève, dans ces conditions, une tension efficace V = 14,4 V aux bornes de la génératrice ; le facteur de puissance vaut cos ϕ = 0,90.
1.3.1. Calculer la puissance active P fournie par la génératrice.
1.3.2. Calculer la puissance réactive Q correspondante.
1.3.3. En déduire le rendement de la génératrice, sachant qu'elle reçoit du moteur d'automobile une puissance mécanique totale Pm = 1,10 kW.
figure 1
Base de temps : 0,25 ms/div Tension : 10 V/div
Page 2 sur 2 Partie 2 : Etude du redresseur (8 points)
La machine synchrone sert à recharger la batterie d'accumulateurs par l'intermédiaire d'un pont redresseur à quatre diodes (figure 2). On assimilera le courant redressé à un courant continu I.
2.1. Quel est le rôle de la bobine d’inductance L placée en série avec la batterie ?
2.2. Indiquer, sur un schéma, le branchement d'un oscilloscope (ou de sondes isolées) permettant de relever la tension u et le courant i.
2.3. Tracer l'allure de la tension u.
2.4. Calculer la valeur moyenne de la tension, donnée par
>= π
< Vmax
. 2
u , à la sortie du redresseur quand V = 14,4 V.
2.5. Le courant i est continu et son intensité est à chaque instant égale à sa valeur moyenne I, qui vaut ici 50 A. Calculer la force électromotrice E de la batterie d'accumulateurs, sachant que sa résistance R vaut 24 mΩ.
2.6. Calculer la puissance utile Pu = <u>.I, fournie par le redresseur à la batterie.
EXERCICE 2 : ETUDE ENERGETIQUE (3 points)
La génératrice synchrone (alternateur) reçoit la puissance mécanique Pm = 1,1 kW de l'arbre du moteur thermique de l’automobile pour recharger la batterie.
1. Calculer la puissance Pth absorbée par le moteur thermique, pour cette recharge, sachant que le rendement de ce moteur thermique, défini par le rapport Pm / Pth , a une valeur de 26 %.
2. Calculer l'énergie Wth en joules, fournie par le carburant, nécessaire pour cette recharge qui dure deux heures.
3. En déduire le volume de carburant absorbé pendant ces deux heures pour la recharge de la batterie, sachant qu'un litre de carburant libère 50.106 joules lors de sa combustion.
Figure 2
D
1D
2D
4D
3v
R u
E i
L
Batterie
d’accumulateurs
