AUTOMATIQUE (7 points) ET ELECTROTECHNIQUE (13 points) METIERS DE L EAU (1ère année) DUREE : 1 h 50 min Exercice n 1 (2 points): On a visualisé sur oscilloscope trois tensions V1, V2 et V3 par l intermédiaire d une sonde différentielle de rapport de tranformation 1/200. Les réglages de l oscilloscope sont les suivants : - sensibilité verticale : 2 V/div. - calibre de base de temps donc sensibilité horizontale : 2 ms/div. 1) Indiquer l oscillogramme qui correspond à une tension continue et celui qui correspond à une tension alternative non sinusoïdale. Oscillogramme N 1 Oscillogramme N 2 Oscillogramme N 3 2) Pour l oscillogramme représentant une tension continue, calculer la valeur de la tension qui a été mesurée. 3) Pour l oscillogramme représentant une tension alternative sinusoïdale, a) Déterminer V Max. b) Calculer la valeur efficace de la tension. 4) Pour l oscillogramme représentant une tension alternative triangulaire, déterminer la fréquence.
Exercice n 2 (3 points): RADIATEUR ELECTRIQUE Un radiateur électrique est formé de 3 résistances identiques valant chacune 158 Ω. Le réseau utilisé est un réseau triphasé 3 x 400 V. 1) Déterminer la tension U entre phases et la tension V entre phase et neutre. 2) Les 3 résistances sont montées en étoile. Ph1 Ph2 Ph3 N n 2.1. A quelle tension ces résistances sont-elles soumises? 2.2. Calculer l intensité I du courant traversant une résistance. 3). On insère un compteur d énergie pour mesurer l énergie dépensée par ce radiateur. En 3h30min, le compteur a indiqué une consommation de 3 500 Wh. 3.1 Vue l unité de l énergie, quelle est alors la puissance électrique en watts absorbée par les 3 résistances? 3.2 Vu qu il y a trois résistances dans ce radiateur, quelle est la puissance absorbée par une résistance? 3.3 Que vaut le facteur de puissance?
Exercice n 3: (3 points) Il s agit d établir une facture d électricité annuelle à partir des données suivantes : La période de consommation est de 12 mois. L abonnement mensuel hors taxe (HT) est de 12,94 euros. L abonné dispose d un tarif bleu option heures creuses/ heures pleines. Pour les heures pleines, - l ancien index du compteur était de 07320 kwh. - le nouvel index relevé est de 16229 kwh. - Le prix du kwh hors taxe est de 0,0779 euros. Pour les heures creuses, - l ancien index du compteur était de 05053 kwh. - le nouvel index relevé est de 10939 kwh. - Le prix du kwh hors taxe est de 0,0477 euros. Les taxes locales sont de 8% pour la municipalité et de 2% pour le département. Elles s appliquent sur 80 % des montants HT de l abonnement et de la consommation électrique. La TVA est de 19,6 % sur la consommation électrique et sur les taxes locales. La TVA est de 5,5 % sur l abonnement Déterminer en faisant apparaître les calculs Le montant HT des consommations en heure pleine Le montant HT des consommations en heure creuse Le montant total HT des consommations Le montant HT de l abonnement annuel Le montant des taxes locales sur la consommation et sur l abonnement Le montant de la TVA sur la consommation électrique et sur les taxes locales Le montant de la TVA sur l abonnement annuel Le montant TTC de la facture de l abonné
Exercice n 4 (5 points): ELECTROTECHNIQUE Dans les centrales hydrauliques, un courant d'eau actionne les turbines. Pour capter la force motrice de l'eau, on utilise soit la hauteur des chutes d'eau, soit le débit des fleuves et des rivières. On classe les centrales hydrauliques en trois catégories : Les hautes chutes h>200m Les moyennes chutes 30<200m Les basses chutes ou dites encore centrales au fil de l'eau h<30m La puissance de chute que développe une centrale hydraulique est égale à : Pchute =.g.h.q : densité volumique de l'eau kg/m3 g : gravité m/s² h : hauteur de chute m Q : débit en m3/s Les seules grandeurs sur lesquelles on peut jouer pour augmenter Pchute sont la hauteur de chute h et le débit Q. On considère dans cette première partie une centrale hydraulique dont la hauteur de chute de l eau est de 40 mètres. Sur cette centrale, on trouve huit turbines Francis identiques associées chacune à un alternateur (au total 8 turbines et 8 alternateurs) 1 ) Déterminer la puissance de chute de l eau arrivant sur une turbine sachant que le débit passant par une turbine est de 24000 m3/h et la hauteur de chute de l eau de 40m. 2 ) Déterminer la puissance mécanique Pméca disponible sur l axe de la turbine sachant que le rendement d une turbine est de 92% (92% de la puissance disponible en entrée est restituée en sortie) Le schéma de principe est alors le suivant: Pchute Turbine Pméca Alternateur Pélec 3 ) Déterminer la puissance électrique produite par un altenateur sachant que ce dernier a un rendement de 98%. 4 ) Déduire du résultat précédent la puissance électrique de la centrale en MW. La tension triphasée produite par la centrale est transformée par un transformateur élévateur triphasé. En aval du transformateur triphasé, on dispose d un réseau triphasé sans neutre de tension composée 192 kv à fréquence 50 Hz qui amène à un transformateur abaisseur. transformateur triphasé transformateur triphasé élévateur abaisseur réseau de transport de 28km 5 ) Sur le réseau de transport de 28km de longueur constitué de 3 cables identiques, la chute de tension simple est de 0,2 kv/km de cable. Montrer que la tension composée disponible en bout du réseau de transport est de 182 kv. 6 ) On assimile dans cette question le transformateur triphasé abaisseur à trois transformateurs monophasés abaisseurs agissant chacun sur une tension composée (tension composée au primaire, tension composée au secondaire).
La photo illustre une des constitutions possibles d un transformateur triphasé. Le circuit magnétique est constitué de 3 colonnes; chacune portant un bobinage primaire et un bobinage secondaire. Sur le plan pratique, lorsqu'on est en régime équilibré de tension et de courant, on peut supposer que l'on a à faire à 3 transformateurs monophasés: un par phase. Le rapport de transformation du transformateur abaisseur monophasé est de 0,1097. Déterminer la tension au secondaire du transformateur. 7 ) A la suite du transformateur abaisseur, on trouve le réseau de distribution et enfin un autre transformateur triphasée permettant de disposer du réseau triphasé 400V (tension composée) avec neutre. Représenter le diagramme de Fresnel des tensions composées U12, U23 et U31 en considérant que U12 est la référence des phases, U23 est en retard de 120 par rapport à U12 et U31 en avance de 120 par rapport à U12. 8 ) Montrer à l aide du diagramme de Fresnel que U12+U23+U31=0 9 ) Représenter l évolution temporelle de U12 en faisant clairement apparaître sur votre tracé sa valeur maximale, sa période.
Exercice n 5 : Logique (5 points) 1 ): Rappeler la distinction entre logique combinatoire et logique séquentielle 2 ) Une installation de sortie S est gérée par un système logique dont l équation de la variable de sortie S s exprime en fonction des variables d entrées a, b, c et d sous la forme: S ( b. d b. c. d b. c. d) c. d.( b b b ) c.( d. b d. b d. b ) c. d. b a) En vous aidant d une table de Karnaugh, donner une expression minimale de cette équation S. b) Représenter cette expression minimale sous forme de logigrammes Exercice n 6 (2 points): On considère un circuit électronique constitué de deux bascules JK avec RAZ dont la table de vérité est fournie ci-dessous. Le circuit électronique est un circuit standard. ligne 1 1 ) Quelle est la signification de la lettre J, de la lettre K, de la lettre R, de la lettre H et de la lettre L? 2 ) Vue la signification de la lettre R, quel synonyme anglais proposer pour CLR? 3 ) Quel est le synonyme français de CLK pour ce circuit synchrone? 4 ) Expliquer la ligne 1 puis la ligne 2 de la table de vérité.