BACCALAUREAT TECHNOLOGIQUE
SCIENCES ET TECHNOLOGIES INDUSTRIELLES SPECIALITE : Génie mécanique -Toutes options-
Epreuve Sciences Physiques Durée 2 h -- Coefficient 5
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EXERCICE 1.
Etude d’un ensemble alternateur, redresseur et moteur à courant continu.
Les parties A et B sbnt indépenhntes
A) L’alternateur.
Soit un alternateur monophasé produisant une tension sinusoïdale u de fréquence f = 50 HZ.
On donne ci-dessous le schéma équivalent simplifié de l’induit (la résistance de l’enroulement est négligeable). La réactance X de l’induit est égale à 1,6 R, pour une fréquence de 50 Hz.
Sa caractéristique à vide, pour une fréquence de rotation de 750 tr/min, est donnée figure 1, page 4.
Le flux sous un pôle varie en fonction du courant d’excitation Ie suivant le graphe figure 2, page 4.
L’alternateur alimente une charge résistive traversée par un courant d’intensité efficace 1 = 30 A.
La tension u aux bornes de la résistance a pour valeur effic,ace U = 110 V et pour fréquence f = 50 Hz,
Al)
4
A3) c
A4)
Calculer le nombre de paires de pôles de l’alternateur sachant qu’il doit tourner à 750 tr/min pour fournir une tension sinusoïdale de 50 Hz.
Vérifier, à l’aide d’une construction vectorielle, que la f.é.m. de l’alternateur E, est égale à 120 V (construction à faire sur la figure A du document réponse n’l).
En déduire la valeur de l’intensité Iedu courant d’excitation,
Calculer la puissance utile fournie par l’alternateur à la charge résistive.
ST1 “GM” SC. Phgs. NM-95 page Il6
-!Y-
A5) On mesure cette puissance à l’aide d’un wattmètre classique possédant les calibres suivants :
tension : 15 V; 30 V ; 75 V ; 150 V; 300 V ; 450 V.
intensité : 25 A ; 5 A ; 10 A ; 50 A
Quels calibres doit-on utiliser pour faire une mesure correcte ?
A6) Comment s’aperçoit-on sur la figure 2 de la page 4 que l’alternateur n’est pas saturé ?
A7j Dans les conditions de l’essai, les pertes de l’alternateur sont évaluées à 450 W. En déduire la valeur de son rendement.
B) Redresseur et moteur (figure 3, page 4)
On utilise l’alternateur pour alimenter un moteur à courant continu à flux constant par l’intermédiaire d’un pont mixte (figure 3). Une bobine parfaite est ,placée en série avec le moteur ; celui-ci est alors traversé par un courant ininterrompu et parfaitement lissé. La tension u délivrée par l’alternateur a une valeur efficace U = 110 V et une fréquence f = 50 Hz. Les thyristors et les diodes sont considérés comme parfaits. On appelle 0 l’angle de retard à l’amorçage des deux thyristors du pont,
Bl) Pour visualiser simultanément la tension u, et l’intensité i, , on ajoute au montage de la figure 3 un élément.
Préciser la nature et le montage de cet élément en vous aidant des listes proposées ci-dessous :
W
W
B4)
a - bobine d’inductance 25 mH 1 - en série avec l’induit et la bobine, b - condensateur de capacité 0,3 mF 2 - en parallèle avec l’induit,
c - résistance de 15 Sz 3 - en parallèle avec l’induit et la bobine d - résistance de 0,lO a
Pour un angle de retard à l’amorçage 0 égal à x/3, tracer les variations de uc en fonction du temps sur le document réponse (figure B).
On veut mesurer la valeur effkace de uc avec un voltmètre.
Quel type d’appareil faut-il utiliser ?
La résistance de l’induit du moteur est négligeable ; dans ces conditions, on peut écrire E = < uc > où E est la f.é.m. induite du rotor du moteur et < uc > la valeur moyenne de uc L’induit tourne à une fréquence de rotation n = 1200 tr/min pour 8 = 7c /3.
Donnée : U
<UC>= max Cl+ COS01
x Où umax est l’amplitude de la tension u(t). r Rappeler la relation liant la force électromotrice E et.la fréquence de rotation n.
En déduire la valeur numérique de la fréquence de rotation n (en tours par minute) lorsque l’on règle 0 à la valeur 0 = n: /2.
b- Quel est l’avantage d’un pont mixte par rapport à un pont à 4 diodes ?
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EXERCICE II.
Alliaee Cuivre-Arpent
Soit le diagramme de solidification cuivre-argent donné sur le document-réponse (figure C).
i 11.1) Rein_ L le tableau C’ du document réponse en donnant le nom et la signification des lignes AEB et ACDB.
II.2) Donner, sur le document réponse n”2 - figure D , l’allure de la courbe de refroidissement de l’alliage CU- Ag contenant 15 % de cuivre (pour une température initiale de 1 OOO°C).
S-H “GM” SC. Phys. NM-95 page 316
-?-
EV = f(b)
P ourn= 750 tr.min-’ 1 FIGURE 1.160
80
0,8
FIGURE 2
I
FIGURE 31-
THl
l
t U 4 “CDl
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