Physique 2000 S.T.I (Génie Mécanique) Baccalauréat technologique

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Examen du Secondaire Baccalauréat technologique. Sujet de Physique 2000. Retrouvez le corrigé Physique 2000 sur Bankexam.fr.
Publié le : jeudi 7 juin 2007
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PYGMPO1
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3
BACCALAUREAT TECHNOLOGIQUE
SESSION 2000
SCIENCES ET TECHNOLOGIES INDUSTRIELLES
Spécialité
:
GÉNIE MÉCANIQUE (toutes options)
--------------------------------------
Épreuve de Sciences Physiques
Durée 2 heures
Coefficient
: 5
L'utilisation de la calculatrice est autorisée. Il est rappelé aux candidats que la qualité et la
précision des raisonnements entreront pour une part importante dans l'appréciation des copies.
Un forain possède un manège alimenté par un branchement au réseau monophasé 230V-50 Hz sur
des poteaux de l'E.D.F.. On y trouve un transformateur abaisseur, des convertisseurs
électroniques et des moteurs types 24V-continu pour la sécurité.
Problème 1
:
ÉTUDE ÉLECTRIQUE (17 points)
Les 3 parties sont indépendantes.
1 ère partie : Étude du transformateur
Le transformateur est monophasé 230V / 30V. Sa puissance apparente nominale est S
n
= 8,0 KVA.
1.1. Rappeler la définition de la puissance apparente en fonction des valeurs efficaces des tensions
composées et des intensités des courants de ligne; en déduire les intensités nominales I
1n
au primaire
et I
2n
au secondaire. Calculer le rapport de transformation m.
1.2.On veut mesurer la puissance active P
l
absorbée et déterminer le facteur de puissance cos
ϕ
1
au
primaire.
Placer les appareils de mesure nécessaires sur un schéma de montage.
1.3.: Le wattmètre indique P
1n
= 7,0 kW quand le transformateur absorbe son courant nominal. Calculer le
facteur de puissance cos
ϕ
1
et la puissance réactive nominale Q
1n
au primaire.
1.4. : On a mesuré les pertes du transformateur en régime nominal
Pertes " cuivre " par effet Joule : P
cu
= 160 W
Pertes " fer " ou magnétiques : P
fe
= 140 W
Calculer la puissance active P
2n
au secondaire, puis le rendement
η
n
du transformateur en
régime nominal.
PYGMPO1
2/
3
2 ème partie : Etude d'un moteur
Les moteurs du manège sont du type " courant continu ". On lit sur la plaque signalétique d'un moteur les
grandeurs nominales suivantes :
INDUIT : U = 24V ; 1 = 50A n = 500 tr/min
INDUCTEUR: U = 24V; I
exc
2A
L'excitation indépendante assure un flux constant.
2.1. : Donner le schéma équivalent de l'induit du moteur en précisant l'orientation du courant et des
tensions. Calculer la fém. du moteur en régime nominal sachant que la résistance de l'induit est R = 0,08
2.2. : On admet la relation E=k.
dans laquelle
représente la vitesse angulaire de l'induit en rad/s, et E la
f.é.m. en volts. En déduire le coefficient k.
2.3.Sachant que T=k.I, avec T moment du couple électromagnétique du moteur en N.m, et I intensité
absorbée par l'induit en A, calculer le moment du couple électromagnétique nominal T
n
2.4.Calculer la puissance nominale totale P
An
absorbée par le moteur (induit plus inducteur).
2.5. En déduire la puissance utile nominale P
un
sachant que le rendement du moteur est 62%.
2.6.Calculer le moment du couple utile nominal T
un
3ème partie
:
Etude d'un convertisseur.
On donne le schéma de principe d'un convertisseur électronique pour l'induit d'un moteur à courant continu
:
La tension V est supposée parfaitement continue V = 24V.
L symbolise une bobine de résistance nulle.
Le courant I
M
est supposé continu, d'intensité I
M
= 50A , constante.
PYGMPO1
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3
L'interrupteur électronique hacheur H est commandé périodiquement selon le chronogramme suivant:
3.1. Calculer la fréquence de fonctionnement du hacheur.
3.2. Rappeler la définition du rapport cyclique
α
et calculer sa valeur.
3.3. Donner le schéma de branchement d'un oscilloscope permettant de visualiser les variations de u et I
M
en fonction du temps. Tracer l'allure de u (t) et I
M
(t) sur une période, en précisant les échelles.
3.4.Calculer la valeur moyenne < u
M
> de la tension u
M
aux bornes de l'induit sachant que la valeur
moyenne de la tension aux bornes de la bobine est nulle.
Entre quelles limites varie < u
M
> lorsque 0
α
1 ?
Quel est l'intérêt d'alimenter le moteur par un hacheur ?
Problème 2: ETUDE ENERGETIQUE: (3 points)
4.1.Lors de ses déplacements, le forain paie sa consommation électrique facturée 0,63 francs (0,096 euro)
le kWh par l'EDF.
Calculer le prix qu'il doit payer en un mois pour le fonctionnement du manège à raison de 5 heures par jour
en moyenne pendant 20 jours. (La puissance nominale du manège est P
1n
= 7kW).
4.2. Si le forain loue un groupe électrogène, il paie sa consommation de carburant. Calculer l'énergie WA
absorbée par un groupe de rendement 35% pour fournir le nombre de kWh calculé au 4.1. pour un mois.
4.3.En déduire le coût de la consommation en carburant, sachant qu'un litre de carburant, facturé 4,80
francs (0,73 euros), peut fournir une énergie W
1
=50.10
6
joules. Conclure.
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