BACCALAURÉAT TECHNOLOGIQUE

Transcription

1 BCCLUÉT TECHNOLOGIQUE Session 1998 PHYSIQUE PPLIQUÉE Série Spécialité Sciences et Technologies Industrielles Génie Électrotechnique Durée de l'épreuve : 4 heures coefficient : 7 L'usage de la calculatrice est autorisé. Le sujet comporte 8 pages numérotées de 1 à 8 ; les documentsréponses' n 1, n 2 et n 3 et n 4 pages 7 et 8 sont à rendre avec la copie. Le sujet est composé de deux problèmes pouvant être traités de façon indépendante.

2 GP83 page 1 Il est rappelé aux candidats que la qualité de la rédaction, la clarté et la précision des raisonnements entreront pour une part importante dans l'appréciation des copies POBLEME 1: TNSFOMTEU MONOPHSE La plaque d'un transformateur monophasé porte les indications suivantes : 230/ Hz 1. partir des indications de laplaque, déterminer les valeurs efficaces des intensités nominales des courants primaire et secondaire 2. Sur le document page 4 sont représentés les trois essais réalisés avec ce transformateur ainsi que le modèle du transformateur vu du secondaire. La fréquence de la tension d'alimentation au primaire est de 50 Hz pour les trois essais. 2.1 Déterminer la puissance fournie par le secondaire lors de l'essai en charge. 2.2 En vous servant des résultats des expériences 1 et 2, déterminer le rendement du transformateur lors de l'essai en charge. 2.3 Calculer le rapport du nombre de spires N 2 /N Calculer les valeurs S et X S des éléments du modèle du transformateur vu du secondaire. 2.5 Calculer la valeur approchée de la chute de tension au secondaire pour la charge de l'expérience Comparer cette valeur avec la chute de tension au secondaire effectivement mesurée. POBLEME 2: MPLIFICTEUS OPETIONNELS Un montage utilisant trois amplificateurs opérationnels est étudié (voir schéma page 5). Les questions 2 et 3 sont indépendantes. Les trois amplificateurs opérationnels sont considérés comme parfaits et sont alimentés par une source de tension symétrique 15, Les trois amplificateurs opérationnels fonctionnent de manière linéaire. Pourquoi cela estil possible? 2. Sur le document page 5 sont représentés le montage de l'amplificateur opérationnel 1 ainsi que les tensions v 1 et v2 visualisées à l'oscilloscope Quelle est la relation entre v l, v 2, l et 2 (une démonstration est demandée)? 2.2. En utilisant l'oscillogramme des tensions v 1 et v 2, déterminer la valeur de la résistance 2 sachant que 1 = 4,7 kω.

3 GP83 page 2 3. Sur le document page 6 sont représentés le montage pour les amplificateurs opérationnels 2 et 3 et les tensions v 2 et v 5 visualisées à l'oscilloscope. La tension v 4 est la tension aux bornes de la résistance Quelle est la relation entre v4 et v3? Quel est le rôle de l'amplificateur opérationnel 2? 3.2 Exprimer l'intensité i5 en fonction des tensions v2, v3 et de. En déduire l'expression de v5 en fonction de v2 et v3 3.3 En utilisant l'oscillogramme des tensions v2 et v5, déterminer la valeur de la tension v3. En déduire la valeur de la résistance 3 sachant que 4 = 4,7 kω. POBLEME 3: MOTEU SYNCHONE TIPHSE Les questions 3 et 4 sont indépendantes des questions I et 2. Parmi les caractéristiques nominales d'un moteur asynchrone triphasé, on trouve les valeurs suivantes : puissance utile: 5,0 kw fréquence de rotation: 965 tr/min facteur de puissance: 0,80 rendement: 82 % 2 La résistance d'un enroulement du stator est mesurée par la méthode voltampèremétrique avant de réaliser son couplage. Les extrémités des enroulements sont reliées à une plaque à bornes (voir documentréponse 1, page 7). Compléter le schéma du montage à réaliser sur le documentréponse 1 page 7 en choisissant les appareils nécessaires parmi le matériel disponible (indiquer la position C ou DC des appareils de mesure). La valeur de la résistance ainsi mesurée est 0,85 Ω. 2. Ce moteur, dont les enroulements statoriques sont couplés en étoile, est alimenté par un réseau triphasé 400, 5OHz Déterminer La fréquence de synchronisme, Le nombre de pôles au stator, Le glissement nominal Des lames de connexion permettent de modifier le couplage des enroulements reliés à la plaque à bornes pour adapter le moteur au réseau. Indiquer sur le documentréponse 2 page 7 la position des lames de connexion qui correspond au couplage étoile ainsi que le branchement au réseau Calculer le moment du couple utile nominal Calculer la puissance absorbée par le moteur en fonctionnement nominal En déduire la valeur efficace de l'intensité du courant en ligne pour le fonctionnement nominal Calculer les pertes par effet Joule au stator Sur le documentréponse 3 page 7, on donne les appareils disponibles pour réaliser l'essai à charge nominale Sur le documentréponse 3 page 7, compléter le schéma du montage de principe à réaliser pour mesurer la puissance absorbée P a la valeur efficace de l'intensité du courant en ligne et la valeur efficace de la tension entre phases (indiquer la position C ou DC des appareils de mesure) Dans cet essai, les deux wattmètres donnent des indications positives P 1 et P 2. Comment s'exprime P a en fonction de P 1 et P 2?

4 GP83 page 3 3. Ce moteur, toujours alimenté par un réseau triphasé 400, 50 Hz est utilisé pour entraîner une machine qui impose un couple résistant de moment T r qui dépend de la fréquence de rotation n: T r = 0,026 n 20 (T r en N.m et n en tr/min). Le moment du couple utile nominal du moteur est T un = 49,5 N.m pour une fréquence de rotation nominale n N = 965 tr/min Tracer la partie utile de la caractéristique mécanique T u = f(n) du moteur sur le documentréponse 4 page 8 en l'assimilant à une droite et en sachant, de plus, que lors du fonctionnement à vide, la fréquence de rotation du moteur est pratiquement celle du synchronisme Déterminer graphiquement la fréquence de rotation du groupe moteurmachine sur le documentréponse 4, page En déduire la puissance utile fournie par le moteur à la machine Quelle doit être la valeur minimale du moment du couple utile au démarrage pour que le moteur puisse démarrer en charge? 4. Le moteur entraîne la même machine qu'à la question 3. Il est alimenté par un onduleur triphasé qui délivre un système triphasé de tensions dont la fréquence f et la valeur efficace sont réglables et dont le rapport /f reste constant. Dans ce cas, les caractéristiques mécaniques Tu = f(n) pour différentes fréquences f de la tension d'alimentation sont des droites parallèles Déterminer graphiquement sur le document réponse 4 page 8 la fréquence de rotation n du groupe moteurmachine pour une fréquence de la tension d'alimentation f = 40 Hz Déterminer la fréquence f de la tension d'alimentation pour que la fréquence de rotation du groupe moteurmachine soit n = 850 tr/min.

5 POBLEME 1 GP83 page 4 Source de tension alternative sinusoïdale de valeur efficace U réglable et de fréquence f =50 Hz Expérience 1 W u primaire le voltmètre au secondaire le voltmètre indique 230 Indique 138, l'ampèremètre 105 m et le wattmètre 5,2 W Expérience 2 W u primaire le voltmètre au secondaire l'ampèremètre indique 8,36 Indique 1,81 l'ampèremètre 1,1 et le wattmètre 8,2 W Expérience 3 : Essai sur charge résistive W u primaire le voltmètre au secondaire le voltmètre indique 230 indique 133et l'ampèremètre 1,81 Modèle du transformateur vu du secondaire i2 s Xs es u2

6 POBLEME 2 Schéma du montage GP83 page v4 4 O2 v3 v1 1 2 O1 v2 O3 v5 Question 2 i1 1 i2 2 v1 O1 v2 2 1 Les zéros sont centrés sur les deux voies calibre : 100m/div pour v 1 2/div pour v 2

7 POBLEME 2 GP83 page 6 15 Question 3 3 i3 i5 v4 4 O2 v3 v2 i4 O3 v5 5 2 Les zéros sont centrés sur les deux voies calibre : 2/div pour v 5 2/div pour v 2

8 POBLEME 3 GP83 page 7 Documentréponse 1 (à rendre avec la copie) Matériel disponible : C DC Schéma du montage à réaliser E C DC limentation stabilisée continue réglable **** W Source de tension alternative sinusoïdale de valeur efficace U réglable et de Documentréponse 2 (à rendre avec la copie) 1 ESEU 2 Lames de connexion disponib 3 N Documentréponse 3 (à rendre avec la copie) ESEU 1 2 M 3 Matériel disponible C DC C DC 3 Frein à poudre W1 W2

9 GP83 page 8 POBLEME 3 Documentréponse 4 (à rendre avec la copie) T(N.m) n(tr/mn)