BACCALAUREAT TECHNOLOGIQUE
SCIENCES ET TECHNOLOGIES INDUSTRIELLES SPECIALITE : GENIE MECANIQUE - TOUTES OPTIONS
Epreuve de Sciences Physiques
Durée : 2 heures Coefficient : 5
EXERCICE 1 (17 points)
Les deux parties A et B de cet exercice sont indépendantes.
PARTIE A.
1. La plaque signalétique d'un transformateur monophasé porte les indications suivantes :
220 V / 24 V ; 50 Hz ; 200 VA
A.1a) Donner la signification des trois valeurs suivantes relevées sur la plaque signalétique : 220 V ; 50 Hz ; 200 VA.
A.1b) Calculer la valeur efficace I2N de l'intensité nominale du courant au secondaire.
2. On effectue un essai à vide sous la tension primaire 220 V (figure 1). On mesure une puissance active fournie au primaire P1V = 6 W ; l'intensité du courant au primaire est I1V = 0,11 A ; la tension au secondaire est U2V = 24 V.
A.2a) Donner le nom de chacun des appareils de mesure 1, 2, 3, et 4 de la figure 1 et indiquer la valeur numérique lue sur chacun d'eux.
A.2b) Quelles pertes l'essai à vide permet-il de mesurer ?
A.2c) Calculer le rapport de transformation.
1 2
220 V
~
3 4 Figure 13. On effectue un essai en charge. Le transformateur, alimenté au primaire sous une tension de 220 V, débite au secondaire un courant d'intensité I2 = 8,33 A sur une charge inductive de facteur de puissance égal à 0,8. La tension au secondaire est U2 = 24 V. Calculer :
A.3a) la puissance active fournie à la charge ;
A.3b) la puissance active absorbée au primaire sachant que les pertes "Joule" sont évaluées à 11 W et les pertes « fer » à 6 W ;
A.3c) le rendement du transformateur.
PARTIE B
1. Au secondaire du transformateur est branché un pont mixte qui alimente un moteur à courant continu et à aimants permanents (figure 2). La tension d'alimentation du pont est sinusoï dale u(t) = Umax sin ωt.
Les diodes et les thyristors sont considérés comme des interrupteurs parfaits. L’inductance est supposée lisser parfaitement le courant ic(t).
figure 2
B1) Quel type d'appareil, parmi la liste suivante choisiriez-vous pour mesurer la valeur moyenne Ucmoy de uc(t) ? Ne donner qu'une seule réponse.
•
ampèremètre magnétoélectrique,•
voltmètre ferromagnétique,•
voltmètre magnétoélectrique,•
voltmètre numérique en position DC,Ic (t)
A
inductance de lissage
i(t) B
u(t) uc (t) M induit du moteur
C
r résistance r de visualisation du courant
D
2. On relève les oscillogrammes de la tension redressée uc(t) et de la tension aux bornes d'une faible résistance r permettant la visualisation du courant ic
(t)
(figure 3).En vous aidant de l'oscillogramme de la figure 3 :
B2a) indiquer quel point (parmi les points A, B, C et D de la figure 2) est connecté à chacune des trois entrées Y1 (voie 1), Y2 (voie 2) et M (masse) de l'oscillographe,
B2b) à partir de l’oscillogramme de uc(t), déterminer la période de u(t),
B2c) calculer l'amplitude Umax de u(t),
B2d) déterminer le retard à l'amorçage ainsi que θ, l'angle de retard correspondant, B2e) calculer l'intensité moyenne Icmoy de ic(t) sachant que r = 0,10 Ω.
3. On sait que pour ce pont mixte la valeur moyenne de la tension uc(t) est donnée par la relation
( )
U 2 . U
c m o y
m a x
= +
π
θ 1
2 c o s
B3a) Calculer la valeur moyenne Ucmoy de uc(t) pour θ π
= 5
B3b) Quel est l'intérêt, pour le moteur, de pouvoir faire varier l'angle de retard θ ?
STI-GM Sc.Phys. 96-Sept page 3/4
Voie 2
Calibre voie 1 : 10 V/ div Calibre voie 2 : 20 mV/ div base de temps : 2 ms/ div
Attention au réglage du zéro de
l'oscillographe, il n'est pas au milieu mais en bas de l'oscillogramme!
Voie 1
figure 3
0
B3c) La résistance R de l'induit du moteur est égale à 2Ω. A la fréquence de rotation 2400 tr/min, la f.é.m.
du moteur est égale à 20 V.
En admettant que la tension aux bornes de l'induit du moteur est égale à Ucmoy, calculer la valeur de la f.é m. ainsi que la fréquence de rotation du moteur pour θ π
= 5.
EXERCICE II (3 points).
Une lentille mince convergente de vergence c = 3 dioptries reçoit un faisceau parallèle de lumière issue du soleil. Les rayons lumineux sont parallèles à l'axe de la lentille.
II.1) Quelle est la distance focale de la lentille ?
II.2) Par quel point passent tous les rayons de ce faisceau ?
II.3) On recueille l'image du soleil sur un écran. Celui-ci s'échauffe. Pourquoi ?
