BACCALAUREAT TECHNOLOGIQUE SESSION 2000 SCIENCES ET TECHNOLOGIES INDUSTRIELLES Spécialité: GENIE MECANIQUE (toutes options)

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1 BACCALAUREAT TECHNOLOGIQUE SESSION 2000 SCIENCES ET TECHNOLOGIES INDUSTRIELLES Spécialité: GENIE MECANIQUE (toutes options) Epreuve de Sciences Physiques Durée : 2 heures coefficient: 5 L 'utilisation de la calculatrice est autorisée. Le sujet comporte 3 pages dont la page 3/3 est à rendre avec la copie. Une ligne triphasée 230 / 400 V - 50 Hz alimente l'atelier d'une menuiserie selon le schéma donné en annexe. Cette installation électrique (figure1) est composée : - de deux machines à bois entraînées chacune par un moteur asynchrone triphasé - de trois lignes monophasées destinées à l'éclairage - d'un radiateur triphasé 230 / 400 V. Problème 1 : ETUDE ELECTRIQUE (17 points) Il Etude du moteur d'une des deux machines à bois Les indications portées sur la plaque signalétique du moteur sont les suivantes : 230 / 400 V - 50 Hz ; 960 tr / min ; cos ϕ = 0,83. Au régime nominal, les pertes par effet Joule dans le stator sont P js = 210 W; celles du rotor sont P jr = 231 W. 1. On couple ce moteur sur le réseau triphasé a/ Quel couplage doit-on adopter? b/ Déterminer la vitesse de synchronisme ris sachant que le glissement est de 4%. c/ En déduire le nombre de pôles du moteur. 2. Lors d'un essai à vide sous tension nominale on relève : I V = 5,1 A P V = 470 W a/ Déterminer le facteur de puissance dans cet essai. b/ La résistance d'un enroulement du stator vaut r = 0,6Ω ; calculer les pertes par effet Joule dans le stator à vide : P JSV. c/déduire de cet essai les pertes fer dans le stator P fs et les pertes mécaniques P m en admettant qu'elles sont égales. 3. On réalise un essai au régime nominal et on mesure la puissance active reçue alors par ce moteur. On trouve P a = 6,2 kw. Calculer: a/ l'intensité efficace du courant en ligne b/ la puissance utile P u ; c/ le rendement η ; d/ la puissance réactive Q. 4.Citer un convertisseur permettant de faire varier la vitesse du moteur asynchrone. II/ Etude des lignes d'éclairage (figure 1 sur l'annexe) PYGMAG1 1/5

2 Chacune des trois lignes est composée de 3 lampes à incandescence 230 V; 100 W. PYGMAG1 2/5

3 l/ Quelle est la tension aux bornes de chaque lampe? 2/ Déterminer la puissance active absorbée par une ligne d'éclairage. 3/ Déterminer l'intensité efficace du courant appelé par une ligne d'éclairage. 4/ Calculer la puissance réactive d'une ligne d'éclairage. 5/ Quelle est l'unité de l'éclairement? 6/ Pour travailler sans fatigue visuelle, l'artisan a besoin de 80 lux. La lumière du jour pénétrant dans l'atelier est de 30 lux. Déterminer l'éclairement que doivent fournir les lignes d'éclairage. III/ Etude du radiateur triphasé (figure 2 sur l'annexe) Chaque élément chauffant de ce radiateur doit avoir 400 V à ses bornes. La puissance absorbée par ce radiateur est de 3 kw. 1. Couplage des éléments chauffants. a/ Quel couplage doit-on réaliser? b/ Le dessiner sur la figure 2 de l'annexe et indiquer la connexion au réseau. 2. Déterminer la valeur efficace de l'intensité du courant dans chacun des fils de ligne. 3. Déterminer la valeur de la résistance de chaque élément chauffant. 4. Calculer la puissance réactive de ce radiateur. IV/ Etude de l'ensemble de l'installation.(définie au début de l'énoncé et dont le schéma est donné en annexe) 1. En appliquant le théorème de Boucherot, calculer: a/ la puissance active absorbée par l'ensemble de l'installation b/ la puissance réactive absorbée par l'ensemble de l'installation. 2. Déduire pour l'ensemble de l'installation a/ la puissance apparente ; b/ l'intensité efficace du courant appelé dans un fil de ligne c/ le facteur de puissance. 3. Pour amener le facteur de puissance à 0,93, l'artisan se propose de placer trois condensateurs couplés en triangle. a/ Quelle est la nouvelle valeur Q' de la puissance réactive de l'ensemble "installation + condensateurs "? b/ Déterminer la puissance active absorbée par les condensateurs. c/ En déduire la capacité d'un des condensateurs. Problème 2: ÉTUDE ENERGETIQUE: (3 points) L'artisan désire estimer le coût en électricité de son atelier. Lorsque tous les appareils fonctionnent simultanément, la puissance absorbée est de 16,3 kw. 1.Calculer l'énergie consommée lors d'une journée de 10 heures (en kilowatt-heure et en joule). 2. Le kilowatt-heure étant facturé par EDF à 0,625 F (0,095 euro), déterminer le coût en franc puis en euro d'une journée de fonctionnement de l'atelier. PYGMAG1 3/5

4 ANNEXE A RENDRE AVEC LA COPIE PYGMAG1 4/5

5 PYGMAG1 5/5

3.2.1 Transformateurs et modulateurs d énergie associés. Déterminer le nombre de pôles du moteur sachant que la fréquence du réseau est f = 50 Hz.

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