BACCALAURÉAT TECHNOLOGIQUE 1PYGMPO1 Série SCIENCES ET TECHNOLOGIES INDUSTRIELLES
SPECIALITE GENIE MECANIQUE
SESSION 2001
Épreuve SCIENCES PHYSIQUES ET PHYSIQUE APPLIQUÉE Durée 2 h Coef. 5 Ce sujet comporte 5 pages
L’usage des calculatrices est autorisé pour cette épreuve.
(circulaire n°99-186 du 16/11/1999)
EXERCICE N°1 : ÉTUDE D’UN MOTEUR ASYNCHRONE TRIPHASÉ ET DE SON ALIMENTATION (17 points)
Un chantier comprend une grue actionnée par un moteur asynchrone triphasé. La commande en vitesse de ce moteur est réalisée par un onduleur.
Les parties A, B, C et D sont indépendantes.
A] GRANDEURS CARACTÉRISTIQUES D’UN ENROULEMENT
Les enroulements statoriques d’un moteur asynchrone triphasé constituent trois dipôles D récepteurs identiques : alimentés en régime sinusoïdal, ils présentent chacun une impédance Z et introduisent chacun un déphasage ϕϕ.
Afin de déterminer les deux grandeurs Z et ϕϕ, on réalise un couplage étoile des enroulements de ce moteur.
On relève alors :
t en ms
V1N (t) i1 (t)
A partir des courbes observées, déterminer :
A.1] la période T, la fréquence f, la pulsation ùù des grandeurs sinusoïdales.
A.2] Les valeurs maximales V1max et I1max. A.3] Les valeurs efficaces V1 et I1.
A.4] L’impédance Z présentée par un enroulement.
A.5] Le déphasage ϕϕ présenté par un enroulement.
- 4 0 0 - 3 0 0 - 2 0 0 - 1 0 0 0 1 0 0 2 0 0 3 0 0 4 0 0
0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0
Tension en V
- 8 - 6 - 4 - 2 0 2 4 6 8
Courant en A
B ] COUPLAGE TRIANGLE DES ENROULEMENTS DU MOTEUR
Les enroulements du moteur asynchrone triphasé sont couplés en triangle sur le même réseau 230 V / 400 V ; 50 Hz. On donne pour chaque enroulement l’impédance Z = 46,5 ΩΩ et le déphasage ϕϕ = 36 °.
Calculer :
B.1 ] La valeur efficace J des courants circulant dans les enroulements.
B.2 ] La valeur efficace I des courants circulant en ligne.
B.3 ] La puissance apparente S
B.4 ] La puissance active absorbée P.
B.5 ] La puissance réactive Q.
C ] ÉTUDE DU MOTEUR ASYNCHRONE TRIPHASÉ Sur la plaque signalétique du moteur, on lit :
400 V / 700 V.
4 Pôles.
7100 W à 1420 tr/min.
η
η = 85 %.
Les grandeurs du réseau sont : 230 V / 400 V ; 50 Hz.
Déterminer avec les données de la plaque signalétique :
C.1 ] le couplage des enroulements du moteur sur le réseau en justifiant la réponse.
C.2 ] la fréquence de synchronisme ns du moteur en tr/min.
D] ALIMENTATION DU MOTEUR ASYNCHRONE TRIPHASÉ
Afin de faire varier la vitesse du moteur asynchrone, on alimente celui-ci par l’intermédiaire d’un onduleur. Chaque phase du moteur asynchrone, représentée par la charge ci-dessous, est alimentée selon le schéma :
D.1] Citer un composant permettant de réaliser cet interrupteur électronique.
D.2]Indiquer, sur un schéma, les branchements d'un oscilloscope permettant de visualiser la tension uc(t).
D.3] On commande les interrupteurs de la façon suivante : 0<t<T/2 : K1 fermé et K2 ouvert.
T/2<t<T : K2 fermé et K1 ouvert.
Tracer uc(t) en précisant les échelles utilisées.
D.4] Calculer la valeur efficace UC de la tension uc(t).
D.5] Quel type de voltmètre peut-on utiliser pour mesurer cette valeur efficace. Comment doit-on positionner le commutateur ?
EXERCICE N°2 : ÉNERGÉTIQUE (3 points)
La grue du chantier comprend une poulie de rayon r = 0,05 m sur laquelle un câble vient s’enrouler. Cette poulie est solidaire de l’arbre d’un moteur asynchrone.
La grue entraîne une masse M = 80 kg. On donne g = 10 m.s-2.
1] Calculer le travail nécessaire pour soulever cette charge, à vitesse constante, sur une hauteur de 10 m (on néglige la résistance de l’air).
2] Déterminer la puissance moyenne nécessaire pour élever la charge à la vitesse de 10 km/h.
3] Calculer le moment du couple résistant exercé par la charge.
