BACCALAUREAT TECHNOLOGIQUE SCIENCES ET TECHNOLOGIES INDUSTRIELLES GENIE MECANIQUE Session 20 SCIENCES PHYSIQUES ET PHYSIQUE APPLIQUEE Durée 2 heures Coeffiôent 5 CALCULATRICE AUTORISÉE L'emploi de toutes les calculatrices programmables alphanumériques ou a ecran graphique est autorisé à condition que leur fonctionnement soit autonome et quil ne soit pas fait usage dimprimante. (Circulaire n099-86 du 6//999) Le candidat n'utilise qu'une seule machine sur la table. Toutefois si celle-ci vient à connaître une défaillance il peut la remplacer par une autre. Afin de prévenir les risques de fraude sont interdits les échanges de machines entre les candidats Ja consultation des notices fournies par les constructeurs ainsi que les échanges d'informations par J'intermédiaire des foncuons de transmission des calculatrices. Avant de composer assurez-vous que l'exemplaire qui vous a été remis est bien complet. Ce sujet comporte 6 pages numérotées de /6 à 6/6. Les pages 5/6 et 6/6 où figurent les documents réponses sont à rendre avec la copie. llpygmncl
Présentation Dans un immeuble on étudie un ascenseur dont le déplacement est réalisé par treui. Une poulie de traction est actionnée par un moto-réducteur. Elle entraîne câbles reliés à la cabine d'ascenseur et au contrepoids. Contrepo ids \ \. / Capteurs de détection Le moteur de l'ascenseur est du type asynchrone triphasé. Ce moteur est associé à un variateur de vitesse électronique ce qui permet d'éviter les à-coups pendant les phases de démarrage de freinage de la cabine d'ascenseur. Réducteur ère partie Etude énergétique Lors d'une montée de la cabine du rez-de-chaussée au sixième étage il y a - une phase d'accélération qui dure 25 s - une phase à vitesse constante v = 00 m.s" - une phase décélération La masse la cabine est compensée par ceile du contrepoids de sorte qu'on ne tiendra compte que de la masse des personnes. On considère que les mouvements s'effectuent sans frottement. La charge maximale dans la cabine est prévue pour 8 personnes soit une masse m =630 kg. Intensité du champ pesanteur 9 = 98 N.kg".. - Pendant la phase d'accélération l'énergie nécessaire est de 426 kj. Calculer la puissance moyenne nécessaire pour effectuer cette accélération..2 - Calculer la. puissance mécanique nécessaire au déplacement de la charqe maximale pendant la phase à vitesse constante. 2/6 llpyg~ncl
2 ème partie Motorisation L'immeuble alimenté par un réseau triphasé VI V; 500 Hz. 2. M Pour ce donner la signification des valeurs V et 400 V. Ajouter sur le schéma de la figure page 5 (document réponse ) l'appareil permettant de mesurera valeur 230 V. Préciser la position dl sélecteu. Le moteur de l'ascenseur un moteur asynchrone triphasé à 4 pô es. La plaque signalétique du moteur indique 230 V /400 V 500 Hz 9.00 kw 425 tr.min- facteur de puissance. 085 rendement. 96 % 2.2 M Préciser en le justifiant le couplage du stator. Représenter le branchement correspondant sur le schéma de la figure 2 page 5 (document réponse ). 2.3 - Calculer en tr.min- la de synchronisme ns. 2.4 - Pour le fonctionnement nominal calculer 2.4.a) Le glissement QN 2.4.b) Le moment du couple utile nominal TuN 2.4.c) La puissance absorbée par le moteur PaN 2.4.d) La valeur de l'ensemble pertes Pp 2.4.e) La valeur efficace t'intensité du courant en ligne in 2.5 - Un wattmètre est branché comme sur le schéma de la figure 2 page 5 (document réponse ). Il indique une puissance de 330 W. Justifier cette valeur. 2.6 - La caractéristique mécanique du moteur est représentée sur la figure 3 page 5 (document réponse ). Dans sa part;e utile il s'agit d'une droite passant par les points A et B de coordonnées A (500 tr.min- ; 0 N.m) et B (~ tr.min- ; 603 N.m) 2.6.a) Quels modes de fonctionnement poi nts A B représentent-ils pour le moteur? Pour régler la vitesse du moteur on fait varier la fréquence f de la source triphasée valeur efficace de la tension composée U en conservant.e rapport U/f constant. 'On a ains les caractéristiques mécaniques parallèles les unes aux autres. la fréquence de la source triphasée à f' = 200 Hz. 2.6.b) CalCUler en tr.min- la nouvelle vitesse de synchronisme n's. 2.6.c) Tracer la nouvelle caractéristique mécanique sur la figure 3 page 5 (document "'6nnnlQ \ l< -r"-"'-- lii' 2.S.d) En déduire la nouvele valeur efficace de la tension composée J'. llpygmncl
3 ème partie Variation de vitesse Lors des phases et de décélération i! y a nécessité d'avoir un système permettant de faire variera vitesse du moteur nchrone 3. - Donner le nom d'un tel système. 3.2 - Le schéma de principe d'une branche de ce représenté ci-dessous - E est une tension continue' E = 60 V - K et K 2 sont deux interrupteurs électroniques commandables à l'ouverture et àa fermeture. - Les interrupteurs sont fermés et ouverts de façon périodique tels que - pour 0 ; t < T/2 K est fermé et K 2 ouvert - pour T/2 5 t < T. K est ouvert et K 2 fermé 3.2.a) Donner la valeur uc(t) pour 0; t < T/2 ; t < T. 3.2.b) Tracer alors uc(t) sur le graphe de la figure 4 page 6 (document réponse 2). 3.Z.c) Déduire du graphe - la fréquence f ia valeur efficace U c 4 ème partie Fermeture des portes de la fermeture des portes il faut s'assurer qu'aucun obstacle ne bloque le déplacement des portes. On trouve donc un système de détection de présence réalisé par un système photoélectrique. L'émetteur placé d'un côté de la est une diode électroluminescente (DEL) émettant de la On place après celle-ci une lentille L de vergence v =00 8. (voir figure 5 page 6 (document réponse 2)) Le récepteur placé en face de l'autre côté de la cabine est une Dhotodiode Gevant laquelle est placée une lentille L 2 identique à de même vergence 4. - Déterminer le type de lentille dont il s'agit. 4.2 - Calculer la distance focale des 4.3 - Placer sur la figure 5 page 6 (document réponse 2)5 respectivement pour L et L 2 - les centres optiques 0 - les foyers principaux objets et F 2 les foyers principaux images F' et F'2 Tenir compte de l'échelle indiquée sur la figure 5 page 6 (document réponse 2). 4.4 - Continuer sur la figure 5 page 6 (document réponse 2) le tracé des rayons issus de la passant et sortant de Ll. Justifier. 4.5 - sur la figure 5 page 6 (document réponse 2) les rayons arrivant puis sortant de Justifier. llpygi'vincl
Figure Document réponse (à rendre avec la copie) Figure 2 3 N 2 2 3 N Stator du moteur Tu (N.m) Figure 3 70 60 50 40 30 20 0 o 200 400 600 800 000 200 400 600 n (t.. min ') 5/6 llpygmncl
Document réponse 2 (à rendre avec la copie) 200 00 20 o -20-00 -200 ~"...... t f' J..". ;!.... ; [."j d ~ [ T "... ' i r...+ K fermé K 2 ouvert J ; [!...... i. [ Jr '. i 'li! i i.... ;.. i! Ff...l....'..'.... i... +........ "! i... "."... J J "in -i ~ i.... i i... K ouvert K 2 fermé e;f) ';0 7!J. 75... j K fermé ~rt t{ms) Échelle /5 y ---I~..-L---i---------''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''''-------+------I{~."'- EmetIeur Récepteur llpygmncl