LES SCIENCES DE L INGENIEUR

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1 LES SCIENCES DE L INGENIEUR Support : Destructeur d aiguilles SPAD Thème : découvrir la structure interne de la fonction ALIMENTER Première Terminale OBJECTIF DE LA SEANCE : Identifier les constituants du réseau d alimentation électrique et donner leurs caractéristiques. Analyser et déterminer les modes de fonctionnement, en déduire le sens de circulation des flux. Evaluer le rendement de l alimentation. Pré requis MISE EN SITUATION Connaître l utilisation des appareils de mesure, Notion de transfert d énergie, puissance, rendement, force, couple, vitesse. CENTRES D INTÉRÊTS Analyser le besoin Analyse fonctionnelle Analyser le produit Alimenter Distribuer Durée L énergie Convertir 3 heures Transmettre, Adapter Condition de réalisation Protéger Poste de mesures Poste de simulation Acquérir Poste partie opérative L information Traiter Poste de recherche Communiquer Matériel et/ou documentation(s) spécifique(s) Dossier technique du destructeur d aiguilles. Représenter Un produit pluritechnique Schématiser Projet Pluritechnique Encadré

2 I Préparation. 1.1 Étude fonctionnelle de l alimentation. Le destructeur d aiguilles nécessite une alimentation en énergie électrique pour fonctionner. Afin d alimenter les circuits électroniques de commande et de puissance, il est nécessaire de fournir respectivement des tensions d alimentation +5 Volts et +24 Volts. La tension +5 Volt alimentant les circuits de commande doit être parfaitement continue alors que les circuits de puissance seront alimentés sous un courant simplement filtré. L alimentation du destructeur d aiguilles peut se représenter sous le schéma fonctionnel suivant : Vers les circuits de puissance 230 V Adapter Redresser Filtrer Réguler Vers les circuits de commande Réglage Dans la platine alimentation, on abaisse le secteur 230 Volts à une valeur de 32 Volts grâce à un transformateur. Puis on redresse ce signal à l aide d un pont de diodes. Vient ensuite le filtrage avec condensateur puis la régulation par le biais d un circuit intégré. Entourer sur le schéma structurel du Document-réponse 1 les structures qui correspondent aux blocs fonctionnels décrit ci-dessus. 1.2 Le transformateur. TR1 EDF U p U s

3 Les caractéristiques du transformateur TR1 sont données en Annexe 2. Exprimer le rapport de transformation r du transformateur. Calculer sa valeur. Donner la valeur maximale théorique du courant de sortie I S de TR1. En déduire la valeur maximale théorique du courant d entrée Ip de TR1. Le signal fourni par le secteur 230V a l allure donnée sur les chronogrammes du documentréponse 2. On connecte une charge résistive en sortie du transformateur : TR1 EDF U p U s Charge Représenter l allure théorique de la tension de sortie du transformateur U S = U AB sur le document-réponse 2, en précisant les valeurs numériques de U S mini et U S maxi, sachant que : Up maxi = Up x 2 et Us maxi = Us x 2. Le courant 230V fourni par EDF a une fréquence de 50 Hz. Donner la période du signal U S. Vous ferez apparaître une période sur le document-réponse Étude du redressement. On effectue un redressement de la tension abaissée à l aide d un pont de diodes. La masse est disponible sur les connecteurs PT5 et PT6. TR1 EDF U s PD1 R1 U R1

4 Lors de l alternance positive de U S, flécher en vert le sens du courant qui traverse le pont de diodes et R 1. Lors de l alternance négative de U S, flécher en rouge le sens du courant qui traverse le pont de diodes et R 1. Que remarque-t-on pour le courant dans les 2 cas? Que peut-on donc dire de U R1? On supposera que les diodes du pont PD1 sont parfaites (pas de tension de seuil) Représenter U R1 sur le document-réponse Étude du régulateur. Une tension d'alimentation +5 Volts stable est nécessaire pour alimenter différents circuits de la partie commande, notamment le microcontrôleur. On utilise pour cela un circuit intégré LM317. IN LM317 IC1 OUT ADJ I ADJ V réf R 2 V F I V OUT P 1 On considère que I ADJ = 0 et le constructeur du LM317 donne V réf = 1,25 V. On a V F = + 24 V et R 2 = 1 kω - Donner l'expression de V OUT en fonction de V réf et des éléments du montage. - Calculer la valeur de réglage de P 1 qui permet d avoir V OUT = 5V

5 II Manipulation. Le schéma de la platine d essais est donné à l annexe 1. Les cavaliers JP1 à JP4 vont servir à étudier différentes configurations de montages. Les Points Tests PT1 à PT4 servent au branchement des appareils de mesures. 2.1 Mesures avec un transformateur à vide. Retirer tous les cavaliers de la platine d essais. Brancher son cordon secteur. Relever l allure du signal U AB sur le document - réponse 3. Préciser sur le même relevé les différents calibres sélectionnés sur l appareil de mesure. Mesurer les valeurs maxi et mini de ce signal. Proposer une méthode pour mesurer la valeur efficace de U AB professeur, effectuer cette mesure.. Après validation par le 2.2 Le redressement sur charge résistive. Placer le cavalier JP1. Relever l allure du signal U R1 au point-test PT1 sur le document - réponse 3. Préciser sur le même relevé les différents calibres sélectionnés sur l appareil de mesure. Comparer avec U R1 dans la partie Préparation. Entourer sur le relevé une zone qui fait apparaître le seuil des diodes du pont. Mesurer la valeur efficace de U R1. Proposer une méthode pour mesurer la valeur moyenne de U R1. Après validation par le professeur, mesurer cette valeur. 2.3 Le filtrage. Laisser le cavalier JP1 en place. Placer le cavalier JP2. On effectue un filtrage avec C 1 qui vaut 22 µf.

6 Relever l allure du signal U C1 au point-test PT1 sur le document - réponse 4. Préciser sur le même relevé les différents calibres sélectionnés sur l appareil de mesure. Mesurer la valeur moyenne de ce signal. Comparer avec la valeur moyenne de U R1. Laisser le cavalier JP1 en place. Enlever le cavalier JP2. Placer le cavalier JP3. On effectue ici un filtrage avec C 2 qui vaut 220 µf. Relever l allure du signal U C2 au point-test PT1 sur le document - réponse 4. Préciser sur le même relevé les différents calibres sélectionnés sur l appareil de mesure. Mesurer la valeur moyenne de ce signal. Comparer avec la valeur moyenne de U C1. Conclure sur l intérêt d augmenter la valeur de la capacité de filtrage. 2.4 La régulation. Enlever le cavalier JP1. Laisser le cavalier JP3 en place. Placer le cavalier JP4 Proposer une méthode pour mesurer la valeur U Réf. Après validation par le professeur, mesurer cette valeur. Mesurer la tension de sortie du régulateur au point test PT3. Ajuster cette valeur à 5 Volts.