Corrigé STI GM 2006 - Free

Exercice : Etude d'un moteur à courant continu | sujet | | |
I - JUSTE EN UN COUP D'OEIL
A.1. Etude Préliminaire
A.1.1.
[pic]
A.1.2. U - RI - E = 0
A.1.3.
[pic] et [pic]
[pic]donc [pic] et T = kI
A.2. Etude à vide
A.2.1. Ev = Uv - RIv = 50 V
A.2.2. [pic] donc [pic]
A.3. Etude en condition d'utilisation
A.3.1. E = 45 V
A.3.2.
[pic]
A.3.3. Pje = 5 W
A.3.4. Pa = 505 W
A.3.5. PjR = 50 W
A.3.6. [pic]
A.3.7. [pic] soit 80 %
A.4. Etude du démarrage
A.4.1. [pic] et Ed = 0 V
A.4.2. Id = 100 A
A.4.3. Utilisation d'un rhéostat de démarrage.
A.5. Fonctionnement de l'embarcation
A.5.1. Hacheur ou Redresseur commandé.
A.5.2. t = 10 heures

II - LES RESULTATS COMMENTES ET DETAILLES
A.1. Etude Préliminaire
A.1.1
[pic]
A.1.2. Loi des mailles U - RI -E = 0 ? U = E + RI
A.1.3. On sait que [pic] et [pic], or l'excitation est constante donc le
flux ? dans la machine est constant (? = constante) et K est une constante
caractéristique de la machine. Donc [pic]= constante, on peut alors écrire
:
[pic] et T = kI
A.2. Etude à vide
A.2.1. Ev = Uv - RIv = 50,5 - (0,5×1) = 50 V
A.2.2. Pour ?v = 100 rad/s on a Ev = 50 V et puisque E = k? alors [pic]
d'où [pic]
A.3. Etude en condition d'utilisation
A.3.1. [pic]
A.3.2. U = E + RI ?
[pic]
A.3.3. Pje = UeIe = 50 × 0,1 = 5 W
A.3.4. Pa = UI + Pje = 50 × 10 + 5 = 505 W
A.3.5. PjR = RI2 = 0,5 × (10)2 = 50 W
A.3.6. Bilan des puissances : Pu = Pa - Pje - PjR - Pc = 505 - 5 - 50 - 50
= 400 W
A.3.7. [pic] soit 80 %
A.4. Etude du démarrage
A.4.1. Au démarrage, le moteur ne tourne pas encore donc :
[pic] et Ed = 0 V
A.4.2. Ud = RId ? [pic]
A.4.3.
? Pour permettre de diminuer le courant d'induit, on peut rajouter un
rhéostat de démarrage dont la valeur diminuera au fur et à mesure que le
moteur démarre.
? Faire un démarrage sans tension d'induit réduite et l'augmenter
progressivement.
A.5. Fonctionnement de l'embarcation
A.5.1 Pour faire varier la vitesse d'un moteur à courant continu, on
utilise un hacheur ou un redresseur commandé.
A.5.2.
Si Pa = 500 W pour une tension continue de Uc = 50 V alors le courant
appelé est [pic]
Puisque la batterie a une capacité de Q = 100 Ah alors le temps d'autonomie
de la batterie est :
Q = It ? [pic]

III - LES COMPETENCES EXIGIBLES
P R O G R A M M E
B.3.2.1. Moteur à courant continu : principe, réversibilité
Moteur à excitation indépendante : propriétés essentielles ;
caractéristiques électromécanique et mécanique ; réglage de la vitesse,
inversion du sens de rotation.
Connaissances antérieures utiles
? En sciences physiques :
- loi de Laplace (programme de Première "Génie Mécanique" B.4.2.)
- loi de Faraday (programme de Terminale "Génie Mécanique" B.2.0.)
? En mathématiques :
- calculs littéraux élémentaires portant sur l'exploitation d'une
formule donnée.
Connaissances scientifiques
? Dessiner le modèle équivalent (E, r) de l'induit d'un moteur à courant
continu.
? Citer la formule donnant la f.é.m. d'un moteur à courant continu : E=K??. ? Citer la formule donnant le couple électromoteur d'un moteur à courant
continu : T= K?I.
? Citer deux systèmes utilisés pour le réglage de la vitesse d'un moteur à
courant continu : hacheur série et pont mixte.
Savoir-faire expérimentaux
? Dessiner le schéma du montage de mesure, etc. (voir ci-dessus B.1.).
? Câbler un circuit électrique, etc. (voir ci-dessus B.1.).
? Donner le résultat d'une mesure avec un nombre raisonnable de chiffres
significatifs.
? Brancher correctement un moteur à excitation indépendante.
? Régler la vitesse d'un petit moteur à excitation indépendante et inverser
son sens de rotation.
? Mesurer une tension, un courant, une fréquence de rotation.
Savoir-faire théoriques
? Exploiter les caractéristiques d'un moteur : cas de la détermination de
son point de fonctionnement quand il entraîne une charge (de
caractéristique mécanique connue).
? Effectuer le bilan des puissances mises en jeu dans un moteur.
? Utiliser les formules permettant de calculer le rendement d'un moteur à
courant continu par la méthode directe et par la méthode des pertes
séparées. |Exercice : Etude du chargeur de batterie | suj| |
| |et | |
| | | | I - JUSTE EN UN COUP D'OEIL
B.1. Transformateur.
B.2. Convertisseur alternatif-continu, redresseur commandé pont mixte.
B.3.1. Cf. Figure 3 ci-dessous.
B.3.2.
[pic]
B.4.1. Inductance L.
B.4.2. Cf. Figure 2 ci-dessous.
B.5.1. Cf. Figure 2 ci-dessous.
B.5.2. ?0 angle de retard à l'amorçage.
II - LES RESULTATS COMMENTES ET DETAILLES
B.1. Le bloc 1 est un transformateur car on abaisse la tension u1 (U1 = 230
V) en une tension u2 (U2max = 70,7 V).
B.2. Le bloc 2 est un redresseur commandé, c'est un pont mixte, sa fonction
est de convertir la tension alternative en tension continue variable.
B.3.1. Cf. Figure 3 ci-dessous, les thyristors s'amorcent avec les
impulsions.
| |Eléments passants |
|0 < t < 2 ms |Th2 et D2 |
|2 < t < 10 ms|Th1 et D2 |
|10 < t < 12 |Th1 et D1 |
|ms | |
|12 < t < 20 |Th2 et D1 |
|ms | |
B.3.2.
[pic] B.4.1. Le composant permettant de lisser le courant est l'inductance L.
B.4.2. Cf. Figure 2 ci-dessous. Le courant ic(t) est parfaitement lissé
donc constant et vaut 100 A.
B.5.1. Cf. Figure 2 ci-dessous : redressement commandé, voir courbe du
cours.
B.5.2. Pour régler la valeur moyenne de uc, il faut modifier l'angle ?0 de
retard à l'amorçage.
Si ?0 augmente, Uc moyen diminue et inversement.
Figure 2
[pic]
III - LES COMPETENCES EXIGIBLES
P R O G R A M M E
B.3.1.1. Le transformateur
Modèle du transformateur parfait, rendement du transformateur réel, rôle
des transformateurs dans le transport et la distribution de l'énergie
électrique.
B.3.1.2. Redressement, redressement commandé
Notions sur le redressement double alternance des tensions et courants
alternatifs : filtrage de la tension et lissage du courant. Application au
pont à 4 diodes et au pont mixte monophasé à 2 thyristors ayant leur
cathode commune, alimentés sous une tension sinusoïdale et dans l'hypothèse
du courant parfaitement lissé.
Connaissances antérieures utiles
? En sciences physiques :
- certains acquis du programme de la classe de Première "Génie
Mécanique" : B.3.
- propriétés d'un condensateur, d'une bobine
- valeur moyenne et valeur efficace
? En mathématiques :
- calcul de l'aire d'un triangle, d'un rectangle.
Connaissances scientifiques
? Citer l'effet d'un condensateur sur la forme de la tension de sortie d'un
pont de diodes
? Citer l'effet d'une bobine sur la forme du courant débité par un pont
redresseur
Savoir-faire expérimentaux
? Dessiner le schéma de montage de mesure...etc. (voir ci-dessus B.1.).
? Câbler un circuit électrique, etc. (voir ci-dessus B.1.).
? Donner le résultat d'une mesure avec un nombre raisonnable de chiffres
significatifs.
? Câbler un pont à 4 diodes, un pont mixte à 2 thyristors à cathodes
communes, le schéma de montage étant donné.
? Connecter correctement l'élément qui convient (condensateur ou bobine)
permettant de filtrer la tension ou de lisser le courant de sortie d'un
redresseur.
? Utiliser un oscilloscope :
- Pour observer l'image d'un courant
- Pour relever deux oscillogrammes en concordance de temps : cas de
l'observation de la tension de sortie d'un pont redresseur et du courant
dans la charge.
? Mesurer une valeur moyenne et une valeur efficace : cas des tensions et
courants redressés.
Savoir-faire théoriques
? Exploiter la caractéristique des composants (diode, thyristor) supposés
parfaits pour en déduire leur modèle équivalent sous la forme
d'interrupteurs.
? Construire la courbe représentative de la tension de sortie des ponts du
programme alimentés sous une tension sinusoïdale. |Exercice : Optique | suj| |
| |et | |
| | | | I - JUSTE EN UN COUP D'OEIL
1. Cf. Figure ci-dessous.
2. Evite les angles morts.
II - LES RESULTATS DETAIILES ET COMMENTES
1. Cf. Figure ci-dessous.
[pic] Les angles doivent être pris par rapport à la normale des miroirs.
2. Ce système permet au conducteur de voir derrière lui sans qu'il y ait
d'angle mort.
[pic] III - LES COMPETENCES EXIGIBLES
P R O G R A M M E
Energétique. Optique géométrique.
Faisceau lumineux : composants de base permettant de modifier les
caractéristiques géométriques d'un faisceau : miroirs, lentilles.
Connaissances antérieures utiles
? En sciences physiques :
- celles du programme de la classe de seconde.
? En mathématiques :
- constructions géométriques simples et trigonométrie.
Connaissances scientifiques
? Enoncer que le rayon lumineux passant par le centre optique d'une
lentille n'est pas dévié par celle-ci.
? Enoncer que le rayon lumineux passant par le foyer optique d'une lentille
ressort parallèle à l'axe.
? Citer la formule de définition de la vergence d'une lentille : V=1/f'.
Savoir-faire expérimentaux
? Réaliser un faisceau parallèle, convergent ou divergent avec une lentille
et une source lumineuse.
? Former sur un écran l'image d'un objet réel donné par une lentille.
Savoir-faire théoriques
? Tracer le trajet géométrique d'un rayon lumineux dans le cas de la
réflexion et dans le cas de la réfraction.
? Tracer l'allure du trajet d'un rayon lumineux se propageant dans une
fibre optique multimodes.
? Construire le trajet d'un rayon lumineux réfléchi par un miroir.
? Construire le trajet du rayon lumineux passant par le centre d'une
lentille.
? Construire le trajet des rayons lumineux passant par un des foyers d'une
lentille convergente ou divergente. Téléchargé sur http://shoumi57.free.fr Shoumi57 Tout droit réservé