SCIENCES PHYSIQUES ET PHYSIQUE APPLIQUEE

BACCALAUREAT TECHNOLOGIQUE

SCIENCES ET TECHNOLOGIES INDUSTRIELLES GENIE MECANIQUE

Session 2011

SCIENCES PHYSIQUES ET PHYSIQUE APPLIQUEE

Durée: 2 heures Coeffiôent: 5

CALCULATRICE AUTORISÉE

L'emploi de toutes les calculatrices programmables, alphanumériques ou

a

Le candidat n'utilise qu'une seule machine sur la table. Toutefois, si celle-ci vient

à

Afin de prévenir les risques de fraude, sont interdits les échanges de machines entre les candidats, Ja consultation des notices fournies par les constructeurs ainsi que les échanges d'informations par J'intermédiaire des foncUons de transmission des calculatrices.

Avant de composer, assurez-vous que l'exemplaire qui vous a été remis est bien complet. Ce sujet comporte 6 pages numérotées de 1/6 à 6/6.

Les pages 5/6 et 6/6 où figurent les documents réponses sont à rendre avec la copie.

llPYGMNCl

Présentation

Dans un immeuble, on étudie un ascenseur dont le déplacement est réalisé par treui.

Une poulie de traction est actionnée par un moto-réducteur.

Elle entraîne câbles reliés

à

Contrepo ids

\

/

Capteurs de détection

Le moteur de l'ascenseur est du type asynchrone triphasé.

Ce moteur est associé à un variateur de vitesse électronique, ce qui permet d'éviter les à-coups pendant les phases de démarrage de freinage de la cabine d'ascenseur.

Réducteur

1

Lors d'une montée de la cabine du rez-de-chaussée au sixième étage, il y a : - une phase d'accélération qui dure 1,25 s

- une phase

à

La masse la cabine est compensée par ceile du contrepoids, de sorte qu'on ne tiendra compte que de la masse des personnes. On considère que les mouvements s'effectuent sans frottement.

La charge maximale dans la cabine est prévue pour 8 personnes, soit une masse m

=

Intensité du champ pesanteur: 9 = 9,81 N.kg"1.

1.1 - Pendant la phase d'accélération, l'énergie nécessaire est de 4,26 kJ.

Calculer la puissance moyenne nécessaire pour effectuer cette accélération.

1.2 -Calculer la puissance mécanique nécessaire au déplacement de la charqe maximale

.

­

pendant la phase à vitesse constante.

2^ème partie: Motorisation

L'immeuble alimenté par un réseau triphasé

VI

2.1 ^M Pour ce donner la signification des valeurs V et 400 V.

Ajouter sur le schéma de la figure 1 page 5 (document réponse 1), l'appareil permettant de mesurera valeur 230 V.

Préciser la position dL sélecteu:.

Le moteur de l'ascenseur un moteur asynchrone triphasé à 4 pô es.

La plaque signalétique du moteur indique: 230

V

V

50,0 Hz 9.00 kW 1425 tr.min-¹

facteur de puissance. 0,85 rendement. 96 %

2.2 ^M Préciser en le justifiant le couplage du stator.

Représenter le branchement correspondant sur le schéma de la figure 2 page 5 (document réponse 1).

2.3 - Calculer en tr.min-¹ la de synchronisme ns.

2.4 - Pour le fonctionnement nominal, calculer:

2.4.a) Le glissement QN

2.4.b) Le moment du couple utile nominal TuN 2.4.c) La puissance absorbée par le moteur PaN 2.4.d) La valeur de l'ensemble pertes Pp

2.4.e) La valeur efficace t'intensité du courant en ligne iN

2.5 - Un wattmètre est branché comme sur le schéma de la figure 2 page 5 (document réponse 1).

Il indique une puissance de 3130 W. Justifier cette valeur.

2.6 - La caractéristique mécanique du moteur est représentée sur la figure 3 page 5 (document réponse

1).

Dans sa part;e utile, il s'agit d'une droite passant par les points A et B de coordonnées:

A (1500 tr.min-¹ ; 0 N.m) et B (~ tr.min-¹ ; 60,3 N.m)

2.6.a) Quels modes de fonctionnement poi nts A B représentent-ils pour le moteur?

Pour régler la vitesse du moteur, on fait varier la fréquence f de la source triphasée la valeur efficace de la tension composée U en conservant .e rapport U/f constant.

'On a ains les caractéristiques mécaniques parallèles les unes aux autres.

fréquence de la source triphasée

à

2.6.b) CalCUler en tr.min-¹ la nouvelle vitesse de synchronisme n's.

2.6.c) Tracer la nouvelle caractéristique mécanique sur la figure 3 page 5 (document

1"'6nnnl::Q 1\

l< -r"-"'-- lii'

2.S.d) En déduire la nouvele valeur efficace de la tension composée J'.

llPYGMNCl

3^ème partie: Variation de vitesse

Lors des phases et de décélération, i! y a nécessité d'avoir un système permettant de faire variera vitesse du moteur nchrone,

3.1 -Donner le nom d'un tel système.

3.2 - Le schéma de principe d'une branche de ce représenté ci-dessous:

- E est une tension continue' E = 160 V

- K, et K2 sont deux interrupteurs électroniques commandables à l'ouverture et àa fermeture.

- Les interrupteurs sont fermés et ouverts de façon périodique tels que:

- pour 0 ::; t < T/2 : K1 est fermé et K2 ouvert - pour T/2 :5: t < T . K, est ouvert et K₂ fermé

T/2 ::; t < T . 3.2.a) Donner la valeur uc(t) pour 0::; t <

3.2.b) Tracer alors uc(t) sur le graphe de la figure 4 page 6 (document réponse 2).

3.Z.c) Déduire du graphe: - la fréquence f

ia valeur efficace Uc

4^ème partie: Fermeture des portes

de la fermeture des portes, il faut s'assurer qu'aucun obstacle ne bloque le déplacement des portes. On trouve donc un système de détection de présence réalisé par un système photoélectrique.

L'émetteur, placé d'un côté de la est une diode électroluminescente (DEL) émettant de la 1 On place après celle-ci une lentille L1 de vergence v

=

Le récepteur, placé en face, de l'autre côté de la cabine est une Dhotodiode Gevant laquelle est placée une lentille L₂ identique à de même vergence

4.1 -

4.2 - Calculer la distance focale des

4.3 - Placer sur la figure 5 page 6 (document réponse 2)5 respectivement pour L1 et L_{2 :} - les centres optiques 0 1

- les foyers principaux objets et F₂ les foyers principaux images

F'

F'2

Tenir compte de l'échelle indiquée sur la figure 5 page 6 (document réponse 2).

4.4 - Continuer sur la figure 5 page 6 (document réponse 2) le tracé des rayons issus de la passant et sortant de Ll. Justifier.

4.5 - sur la figure 5 page 6 (document réponse 2) les rayons arrivant puis sortant de Justifier.

Document réponse 1 (à rendre avec la copie)

1 Figure 1

2 3 N

1 Figure 2 1

2 3 N

1 Stator du moteur 1

Figure 3

Tu (N.m)

70

60

50

40

30

20

10

o

200 n (t .. min·')

400 600 800 1000 1200 1400 1600

5/6 llPYGMNCl

Document réponse 2 (à rendre avec la copie)

1

200

100

20

o

,

:

[ _, 1 ."j

~" ...^,...

t

f '

: J

.•.".

,

;

: d: ,~

:

:

,J

[ T •

,

" ... , '

i

r ...

; [

!

. ,.

.

. [

•

, · J r

'1. :

• ^•

i :

'li

! i

:

i

:

: .

• ,

:

i , : •

, ,

•

! . ,

: :

; : · ^:

... ;..

i ^! _...,.,'.,.'.,

: _:

:

Ff ...•• ^l

,

...

,

•

• _• ^....

:

:

•

i

, .

.1 ^:

,

" ,

!

"."

J, J

"in

-i

i ^• :

:..•.

•

,

:

i

:

, ,

• ...,

· j

: _: i

,

. . . ,

: : 1 •

K₁ ouvert K1 fermé

K₂ fermé _~rt ¹

t{ms) -20

-100

-200

Échelle: 1/5

---I~,..-L---i---''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''---+---I{~." ' , - ­

y

Récepteur EmetIeur