Electricité 1999 S.T.L (Physique de laboratoire et de procédés industriels) Baccalauréat technologique

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Description

Examen du Secondaire Baccalauréat technologique. Sujet de Electricité 1999. Retrouvez le corrigé Electricité 1999 sur Bankexam.fr.

Sujets

• Électricité
• 1999

Informations

• Publié par: bankexam
• Publié le: 04 juin 2007
• Nombre de lectures: 42
• Langue: Français

Extrait

BACCALAUREAT TECHNOLOGIQUE : SCIENCES ET TECHNOLOGIES DE LABORATOIRE

Coefficient : 5

Session : 1999

Durée : 3 Heures

Options : Toutes

PHYSIQUE DE LABORATOIRE ET

DE PROCEDES INDUSTRIELS

Epreuve : N°4

Physique - Chimie - Electricité

Partie : Electricité

NORMAL

Ce sujet comporte 9 pages

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ELPLME199

Calculatrice autorisée

Un Document-Réponse à rendre

Ce sujet comporte 4 parties indépendantes et 1 document réponse à rendre. Tout calcul doit être

précédé d’une expression littérale.

Les remonte-pentes et les télécabines sont sensibles à la vitesse du vent. Pour connaître celle-ci, on

utilise un anémomètre dont le principe est donné par le synoptique suivant :

v

s

B

C

Affichage

CAN

v

e

v

2

v

1

Vent

A

Capteur

Capteur

Dérivateur

monostable

mise en forme

Convertisseur fréquence/tension

Filtre

Mise en

forme

De plus, la ventilation d’une cabine est assurée par un ventilateur actionné par un moteur triphasé

étudié dans la partie D du sujet.

Les amplificateurs opérationnels utilisés sont supposés parfaits

E

-

S

i

+

= i

-

= 0

La sortie est équivalente à une

source de tension .

i

+

i

-

E

+

V

+

V

s

V

-

u

d

∞

+

-

+

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Coefficient : 5

Session : 1999

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Physique - Chimie - Electricité

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- Leur caractéristique de transfert est la suivante quand ils sont alimentés par une source continue

symétrique

±

Vcc =

±

5 V.

u

d

-5 V

+5 V

0

V

s

- Ils peuvent fonctionner soit en régime linéaire, soit en régime de saturation.

A - MISE EN FORME DU SIGNAL DELIVRE PAR LE CAPTEUR. (6 points)

Montage :

E

+

S

R

1

= 1,0 k

Ω

R

2

= 10 k

Ω

V

réf

= 2,5 V

E

-

R

2

R

1

v

2

v

+

v

1

V

réf

u

d

∞

+

+

-

A.1 Etude théorique

L’amplificateur opérationnel fonctionne en régime non linéaire.

1.

Exprimer u

d

en fonction de v

1

et de v

+

.

2.

Etablir l’expression de v

+

en fonction de V

réf

, v

2

, R

1

et R

2

.

3.

En déduire que

u

V

R

v R

R

R

v

d

ré

f

=

+

+

-

.

.

2

2

1

1

2

1

.

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Coefficient : 5

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4.

a) v

2

est à son niveau haut :

- quelle est la valeur de v

2

?

- quel est le signe de u

d

?

- quelle inégalité doit vérifier v

1

pour que v

2

reste à ce niveau ?

b) Quelle est la valeur de v

1

, notée V

H

, qui provoquera le basculement de v

2

de son niveau haut à

son niveau bas ?

5.

a) v

2

est à son niveau bas :

- quelle est la valeur de v

2

?

- quel est le signe de u

d

?

- quelle inégalité doit vérifier v

1

pour que v

2

reste à ce niveau ?

b)

Quelle est la valeur de v

1

, notée V

B

, qui provoquera le basculement de v

2

de son niveau bas à

son niveau haut ?

A.2. Etude expérimentale

On a relevé la caractéristique de transfert du montage.

0

0,5

2

v

1

(V)

v

2

(V)

1.

Préciser le type du comparateur étudié.

2.

Préciser les valeurs numériques des seuils de basculement V

H

et V

B

.

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3.

Sur le document-réponse, compléter le schéma

du montage permettant de relever la

caractéristique de transfert présentée ci-avant en indiquant :

- le branchement des deux voies de l’oscilloscope,

- la position du sélecteur AC - DC,

- le mode de fonctionnement du balayage.

4.

Parmi les signaux périodiques suivants, de fréquence 100 Hz, lequel a été choisi comme signal

d’entrée :

- triangle alternatif -10 V / +10 V,

- créneau symétrique -5 V / +5 V,

- triangulaire alternatif -4 V / +4 V,

- triangulaire positif 0 V / 4 V.

5.

Comment peut-on repérer sur l’écran le sens de parcours de la caractéristique ?

B - ETUDE DU DERIVATEUR. (5 points)

v

2

v

3

R

5

R

5

= 100 k

Ω

C

5

= 1,0 nF

v

2

C

5

T/2

t

T

0

-5 V

+5 V

i

5

i

5

u

5

1.

A l’instant t = 0

-

: v

2

= -5 V et la charge du condensateur est terminée. Donner la valeur de i

5

.

2.

En déduire les valeurs de v

3

et u

5

.

3.

A l’instant t = 0

+

: v

2

prend la valeur 5 V. Donner la valeur de u

5

à t = 0

+

et justifier cette valeur.

En déduire celle de v

3

à t = 0

+

.

4.

Comment évolue alors u

5

en fonction du temps si v

2

reste égale à 5 V (il n’est pas demandé de

calcul).

5.

Quelle est la constante de temps du circuit ? La comparer à la période de v

2

qui est T = 10 ms.

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6.

On donne trois allures de u

5

en concordance avec v

2

. Indiquer l'allure qu’on doit obtenir compte

tenu de l’ordre de grandeur de la constante de temps du circuit vis à vis de la période T de v

2.

?

t

T

T/2

0

-5 V

+5 V

u

5

t

T

T/2

0

-5 V

+5 V

u

5

t

T

T/2

0

-5 V

+5 V

u

5

Figure c

Figure b

Figure a

7.

Représenter l’allure de la tension v

3

correspondante sur le document réponse figure B.

8.

Quel nom peut-on donner à un tel signal ?

C - ETUDE DU FILTRE. (5,5 points)

Montage :

E

i

1

S

R

1

= 1,0 k

Ω

R

2

= 10 k

Ω

C

2

= 1,0

μ

F

C

2

R

1

R

2

i

2

i

2

M

i

+

i

-

v

s

v

e

u

d

∞

+

+

-

L'amplificateur opérationnel fonctionne en régime linéaire. Les tensions v et les courants i sont

sinusoïdaux, on leur associe un nombre complexe noté V ou I.

1.

Exprimer I

1

en fonction de V

e

et R

1

.

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2.

Soit Y

2

l’admittance complexe du groupement R

2

, C

2

. Exprimer I

2

en fonction de V

s

et Y

2

.

3.

Déduire la transmittance complexe

A

V

V

s

e

=

en fonction de R

1

et Y

2

.

4.

Exprimer Y

2

en fonction de R

2

, C

2

,

ϖ

.

5.

En déduire la transmittance complexe A en fonction de R

1

, R

2

, C

2

,

ϖ

.

6.

Montrer que A peut s’écrire sous la forme

A

=

+

A

1

j.

f

f

0

0

et exprimer A

0

et f

0

en fonction des

éléments du filtre. Donner les valeurs numériques de ces grandeurs et leurs unités.

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7.

Une étude expérimentale de ce filtre à donné la courbe G

dB

(f) suivante :

Courbe de gain

-25,00

-20,00

-15,00

-10,00

-5,00

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

1

10

100

1000

10000

f (Hz)

G (dB)

a) Quelle est la nature du filtre ?

b) Déterminer à l’aide de la courbe ci-dessus la bande passante à -3 dB.

c) Quelle est la pente de l’asymptote oblique ?

D - VENTILATION. (3,5 points)

La ventilation d’une télécabine est assurée par un ventilateur actionné par un moteur asynchrone triphasé.

Celui-ci est alimenté par un réseau triphasé 230 V - 400 V - 50 Hz

D.I Etude du réseau triphasé équilibré

La ligne triphasée comporte 4 fils : A, B, C et D.

Pour identifier le fil de neutre

, on place les

voltmètres numériques V

1

et V

2

comme sur la figure 1.

Système triphasé équilibré

Figure 1

D

C

B

A

V

1

V

2

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V

1

indique 230 V et V

2

indique 400 V.

1.

Que représentent les valeurs 230 V et 400 V pour le réseau d’alimentation ?

2.

Quel est le fil de neutre ? Justifier la réponse.

3.

Quelle est la valeur de l’intensité du courant dans le fil neutre quand le récepteur triphasé est

équilibré ?

4.

Quelle est la tension mesurée par un voltmètre (V

1

ou V

2

) branché entre B et D ?

D.2 Etude du récepteur triphasé.

Le moteur asynchrone triphasé fonctionne correctement si chacun de ses trois enroulements est

soumis à une tension égale à 400 V

1.

Préciser et justifier le couplage du moteur sur le réseau.

2.

L’installation est schématisée par la figure 2.

Figure 2

N

3

2

1

M

3

~

On rappelle que le moteur est constitué de trois enroulements identiques.

a) Donner le schéma montrant les trois enroulements couplés en triangle.

b) Flécher et nommer sur ce même schéma tous les courants ainsi que les tensions composées.

c) L’intensité efficace d’un courant en ligne vaut 5 A. En déduire la valeur efficace de l’intensité

du courant dans un enroulement.

3.

Donner l’expression littérale puis la valeur numérique de la puissance active reçue par le moteur si

son facteur de puissance vaut 0,89.

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DOCUMENT-REPONSE

(A rendre avec la copie)

Oscilloscope

S

R

2

A2 - Etude de la mise en forme

Figure A

R

1

Y2 :

HORIZONTAL

Y1 :

VERTICAL

Masse

v

2

v

+

v

1

V

réf

∞

+

+

-

DUAL

ADD

Y

1

INV

Y

2

INV

X-Y

Mode de fonctionnement

AC

DC

GD

Couplage des entrées

Y

1

Y

2

Figure B

B- Etude du dérivateur

5

10

-10

-5

0

T/2

T

t (ms)

v

3

(V)

Faire

une

croix

dans

la

ou

les

cases

correspondantes

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(PL99066)

FICHE DE MATIERE D'OEUVRE

BACCALAUREAT TECHNOLOGIQUE (S.T.L.)

Physique de Laboratoire et de Procédés Industriels

Session Normale 1999

ELECTRICITE

- Ecrit - Durée : 3 heures - Coefficient : 5

A FOURNIR PAR LE CENTRE D'EXAMEN :

Feuilles de copie

Feuilles de brouillon

A FOURNIR PAR LE CANDIDAT :

Calculatrice autorisée

DOCUMENTS INTERDITS :

Tous les documents sont interdits.