BACCALAUREATTECHNOLOGIQUE -- SERIE Fl EPREUVE DE SCIENCES PHYSIQUES
SESSION 1994
. Coefficient
:2 -- Durée 2 heures
EXERCICE N” 1 (17 Points)
A - ETUDE D’UNE MACHINE
A
COURANT CONTINUA
EXCITATION INDfiPENDANTELa notice technique d’une machine à courant continu à excitation indépendante fixe les valeurs nominales suivantes :
- Tension d’induit : U, = 220 V
- Intensité du courant induit : 1, = 15 A - Intensité du courant inducteur : i = 1,2 A - Fréquence de rotation : n, = 1500 tr.min-1
La machine est parfaitement compensée, la résistance d’induit mesurée à chaud est R = 1,2 Sz, celle de l’inducteur r = 125 52.
Les pertes autres que par effet Joule sont négligeables.
On supposera dans ce problème que l’intensité du courant d’excitation est constante et égale à sa valeur nominale.
Al
A2
A3
A4
AS
A6
Calculer la f.é.m. E de la machine utilisée en moteur au point nominal.
Expliquer pourquoi le rapport entre la f.é.m. E et la fréquence de rotation n est constant.
Calculer la constante KE de proportionnalité lorsque E est exprimée en volts et n en tours par seconde.
Expliquer pourquoi le rapport entre le moment TE du couple électromagnétique et l’intensité 1 du courant absorbé par l’induit est constant.
Calculer la constante KI lorsque TE est en N.m.et 1 en ampères.
Indiquer un montage voltampèremétrique permettant la mesure de la résistance de l’induit (schéma, type de la source et des appareils de mesure).
Calculer la valeur du moment du couple nominal. Comment peut-on pratiquement le mesurer ?
On charge ce moteur en fonctionnement permanent sous U, = 220 V. Il absorbe alors 12 A. Calculer :
- sa fréquence de rotation
- le moment du couple électromagnétique - ses pertes totales dues à l’effet Joule.
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.
B - ETUDE DU HACHEUR ALIMENTANT LE MOTEUR A COURANT CONTINU
Le moteur est alimenté par l’intermédiaire d’un hacheur. La machine a courant continu fonctionne sous une tension continue et réglable.
Le schéma du hacheur est donné :
v
L’interrupteur électronique H a un fonctionnement périodique de période T. Il est - fermédeOàaT.
avec O<a< 1 - ouvert de a T à T,
Le courant parcourant le moteur a une intensité constante égale à 1.
Bl Comment procéderiez vous pour visualiser simultanément il) et 1 ? Vous vous aiderez d’un schéma sur lequel vous représenterez le branchement des entrées de l’oscilloscope.
Les entrées de l’oscilloscope seront notées : - voie A,
- voie B - masse
B2 La fréquence du hacheur est fH = 1000 Hz.
La tension d’alimentation est constante et égale à 220 V.
Le rapport cyclique a est égal à 0,60.
Représenter, sur la copie l’allure de la tension hachée u.
B3 a-
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Déterminer l’expression de la valeur moyenne Umoy de la tension u en fonction de a etV.
b-
En déduire l’expression de la tension u aux bornes du moteur : on supposera que la bobine de lissage a une résistance interne nulle.c- On donne a = 0,60 et V = 220 V. Calculer UM .
B4 En supposant que la fréquence de rotation à vide no est proportionnelle à la tension aux bornes du moteur et sachant que, pour a = 1, on mesure m-n = 1634 tr/min ; calculer la fréquence de rotation r-4)2 à vide pour a = 0,60.
B5 Quel est le nom de l’appareil qui permet de mesurer de la fréquence de rotation d’une machine tournante ?
B6 Lorsque le moteur est chargé, la fréquence de rotation n, exprimée en tr/min, est liée au moment du couple mécanique utile T, par la relation : n = ne - 7.T, , où ne est la fréquence de rotation à vide exprimée en trimin.
Le moment du couple mécanique étant égal à 20 N.m, calculer la fréquence de rotation lorsque a = 0,60.
EXERCICE N” 2 (3 points)
Soit le diagramme de solidification des alliages de deux métaux M et N
l -
100 %M
- Quel est le nom de la courbe supérieure D E F 7 - Quel est le nom de la courbe inférieure D A E B F ? - Quels phénomènes caractérisent elles ?
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