Durée: 2 heures Coefficient: 5

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1 BACCALAUREAT TECHNOLOGIQUE SESSION 2000 SCIENCES ET TECHNOLOGIES INDUSTRIELLES Spécialité: GÉNIE MÉCANIQUE (toutes options) Epreuve de Sciences Physiques Durée: 2 heures Coefficient: 5 L'usage de la calculatrice est autorisé. Le candidat devra respecter les notations de l'énoncé et bien indiquer, pour chaque réponse, le numéro exact de la question. Le document réponse, page 4/4, doit obligatoirement être rendu avec la copie Exercice 1 : Électricité (17points) Les trois parties A, B et C de cet exercice étudient respectivement un réseau triphasé, un moteur asynchrone triphasé couplé sur ce réseau et un onduleur pouvant alimenter le moteur asynchrone. Ces trois parties sont indépendantes. IA) Étude du réseau triphasé : Le moteur asynchrone est alimenté par un réseau triphasé 230V/40OV-5OHz (figure 2 du document réponse). Sur le réseau triphasé représenté à gauche du schéma, les trois phases sont notées A, B et C. Les trois tensions simples sont v A, v B et v C IA1) Placer sur cette figure 2 un voltmètre V 1 mesurant la valeur efficace de la tension simple v A. Quelle est la valeur numérique indiquée par cet appareil? IA2) Placer sur cette figure 2 un voltmètre V 2 mesurant la valeur efficace de la tension composée u BC. Quelle est la valeur numérique indiquée par cet appareil? Le moteur asynchrone, dont les enroulements sont couplés en étoile, appelle une intensité de ligne égale à 12,6 A. Pour chaque phase, cette intensité est en retard de 40 par rapport à la tension simple. IA3) Dessiner sur la figure 3 du document réponse le diagramme vectoriel des trois vecteurs représentant les courants de lignes (échelle -. 1cm pour 3 A). IA4) Calculer les puissances active et réactive de ce moteur, sachant que l'on a cosϕ = 0,75 pour ce fonctionnement. On désire relever le facteur de puissance de l'installation pour l'amener à la valeur cosϕ' = 0,95. Le moteur absorbe toujours une puissance active de 6,7 kw. IA5) Calculer la nouvelle puissance réactive Q' de l'ensemble moteur plus condensateur. 1/5

2 IA6) En déduire la valeur de la capacité de chacun des trois condensateurs que l'on monte en triangle pour relever le facteur de puissance de l'installation. 2/5

3 IB) Étude du moteur asynchrone : Le moteur asynchrone est branché sur le réseau triphasé précédent 230/400 V ; 50 Hz. On dispose de trois appareils de mesures: un voltmètre, un ampèremètre et un wattmètre monophasé. IB1) Compléter, sur la figure 2, le schéma de branchement du moteur asynchrone sur le réseau triphasé en plaçant les 3 appareils afin de mesurer la puissance active absorbée pour une phase et de déterminer le facteur de puissance de la machine. La figure 1 donne les caractéristiques mécaniques : du moteur, Tu = f(n) de la charge mécanique entraînée, Tr = f(n). IB2) Déterminer graphiquement les valeurs de la fréquence de rotation et du moment du couple utile du moteur asynchrone lorsqu'il entraîne sa charge. IB3) Calculer le glissement du rotor sachant que le stator comporte 2 paires de pôles. IB4) Montrer que la puissance mécanique utile fournie par le moteur est égale à 5750 W. Des essais ont permis d'évaluer les pertes de puissances lorsque la machine entraîne sa charge : pertes joule au stator Pis = 262 W; pertes fer au stator P FS = 155 W ; pertes joule au rotor P JR =225W; pertes mécaniques P m = 155 W. IB5) Calculer pour ce fonctionnement: 3/5

4 IB5a) la puissance électrique absorbée par le moteur IB5b) le rendement du moteur ) En déduire l'intensité du courant de ligne appelé par ce moteur sachant que son facteur de puissance est égal à 0,75. IC) Alimentation du moteur asynchrone var un onduleur Le moteur asynchrone est alimenté maintenant par un onduleur triphasé autonome. IC1) Quelle est la fonction d'un onduleur autonome triphasé convertisseur statique continu-continu convertisseur statique continu / alternatif; convertisseur statique alternatif alternatif; convertisseur statique alternatif continu? IC2) Quelles grandeurs électriques (donner deux réponses) peut-on commander à la sortie d'un onduleur autonome: valeur moyenne de la tension; valeur efficace de la tension; valeur moyenne de l'intensité fréquence des tensions de sortie? IC3) Quel est l'intérêt, pour le moteur, d'être alimenté par un onduleur? La fréquence des grandeurs électriques à la sortie de l'onduleur est maintenant égale à 25 Hz. IC4) Calculer la fréquence de synchronisme du moteur IC5) En déduire la fréquence de rotation sachant que le glissement est égal à 3,67%. Exercice Il : optique (3 points) Le tableau 4 du document réponse donne les longueurs d'onde de rayonnements électromagnétiques. L'une des cellules (1), (2), (3) correspond au domaine de la lumière visible. 111) Inscrire dans la case (4) l'unité utilisée pour la longueur d'onde λ 112) Inscrire dans les cellules (1) à (3) le type de radiation électromagnétique (visible, infrarouge ou ultraviolet) correspondant à l'ordre de grandeur de la longueur d'onde donnée dans la colonne. 113) Quelle grandeur physique peut-on mesurer avec un luxmètre? Quelle est son unité? 4/5

5 (1) (2) (3) Type de radiation (4) λ en > λ > > λ> >λ > 10 5/5