Sciences et Technologies Industrielles

| |BACCALAURÉAT TECHNOLOGIQUE |2PYGMAG1 |
|Série |SCIENCES ET TECHNOLOGIES INDUSTRIELLES |SESSION 2002 |
| |SPECIALITE GENIE MECANIQUE | |
|Épreuve |SCIENCES PHYSIQUES ET PHYSIQUE APPLIQUÉE |Durée 2 h |
|Coef. 5 |Ce sujet comporte 5 pages | |
L'usage des calculatrices est autorisé pour cette épreuve.
(circulaire n°99-186 du 16/11/1999)
Problème : Électricité (17 points)
Étude d'un ensemble alternateur plus convertisseur.
On se propose d'étudier un ensemble « alternateur plus convertisseur »
d'automobile.
Les deux parties A et B peuvent être traitées indépendamment l'une de
l'autre. Partie A : étude de l'alternateur monophasé à excitation constante.
I. Fonctionnement à vide (sans charge électrique). Dans ce cas la valeur efficace EV de la tension aux bornes de l'induit peut
se mettre sous la forme EV = K.N.p.n.?. Dans cette expression, n est la
fréquence de rotation du rotor exprimée en tr.s-1, ? est le flux magnétique
maximal sous un pôle exprimé en Wb, K est la constante de Kapp, N est le
nombre de conducteurs et p est le nombre de paires de pôles. On mesure
EV = 20 V pour n = 25 tr.s-1. 1) Calculer la fréquence f de la tension aux bornes de l'induit, pour n
= 25 tr.s-1, sachant que p = 6. 2) Pourquoi peut-on dire que l'alternateur monophasé fonctionne à flux
constant ? 3) On peut simplifier l'expression EV = K.N.p.n.? en EV = k.n. Justifier
cette relation de proportionnalité entre EV et n. II. Fonctionnement en charge
L'alternateur monophasé tourne à la fréquence de rotation n = 25 tr.s-1. Sa
charge est purement résistive. Il débite un courant d'intensité 8 A. La figure 1 représente le modèle simplifié de l'induit de l'alternateur. figure 1 On donne la valeur de la réactance : Xs = 1,57 (
La résistance de l'enroulement est négligée. 1) Sachant que la fréquence de rotation du rotor est n = 25 tr.s-1, donner
la valeur efficace Ev de la tension aux bornes de l'induit. 2) Calculer la valeur efficace Uxs de la tension uxs(t) aux bornes de la
réactance Xs. 3) Quelle relation a-t-on entre les vecteurs [pic]v, [pic]xs et [pic] ?
Tracer sur le document réponse, en respectant l'échelle, le diagramme
vectoriel correspondant aux tensions ev (t), uxs(t) et v(t). 4) Mesurer la valeur efficace Veff de la tension de sortie v(t) sur ce
diagramme vectoriel. 5) Calculer la puissance électrique délivrée par cet alternateur. 6) La puissance Pe dissipée dans l'inducteur est : Pe = 23 W. L'ensemble
des autres pertes est estimé à 20 W. En déduire le rendement de l'alternateur pour ce fonctionnement.
Partie B : étude du convertisseur
À la sortie de l'induit de l'alternateur, on place le montage (voir figure
2), constitué d'un pont de 4 diodes.
figure 2 1) Représenter, sur le document réponse, la tension u(t) à la sortie du
pont ainsi que l'allure du courant ic(t) dans la charge, en supposant que
celui-ci est parfaitement lissé. 2) Quel élément doit-on placer en série avec la charge pour lisser le
courant ?
3) On désigne par Veff la valeur efficace de v(t).
La valeur moyenne de la tension à la sortie du pont est UMOY =
[pic].[pic] . a) Préciser l'appareil à utiliser pour mesurer cette valeur efficace Veff
(type, fonction, position). b) Calculer la valeur maximale VMax de v(t) pour avoir UMoy = 14 V . c) Quel doit être l'élément à placer en parallèle en sortie du pont de
diodes pour lisser la tension uc(t) ?
4) On rappelle la liste des convertisseurs de puissance, statiques ou
tournants, figurant au programme d'examen : . Moteur à courant continu . Machine synchrone
. Redresseur non commandé . Hacheur série
. Redresseur commandé . Onduleur monophasé
. Machine asynchrone . Transformateur monophasé
a) Quel est le type de convertisseur réalisé par le pont de 4 diodes? b) Quel convertisseur statique permet d'obtenir une tension alternative à
partir d'une tension continue ?
Exercice : Énergétique (3 points) Puissances et rendements pour un système électromécanique. Un passionné de musique cherche à transformer l'intérieur de son
automobile. Pour cela, il augmente les performances audio de son autoradio
en changeant l'amplificateur de puissance et les haut-parleurs d'origine. ?A ?HP On donne : PA = 80 W (puissance électrique fournie par la batterie à
l'amplificateur de puissance)
U = 12 V (tension aux bornes de la batterie)
Pf = 56 W (puissance électrique fournie aux haut-parleurs par
l'amplificateur de puissance)
?HP = 78 % (rendement total des haut-parleurs)
1) Calculer la puissance de sortie PHP des haut parleurs. 2) Calculer le rendement ?A de l'amplificateur de puissance. 3) Calculer l'intensité I du courant fourni par la batterie. -----------------------
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