BACCALAURÉAT TECHNOLOGIQUE
Le sujet est composé de trois problèmes pouvant être traités de façon
indépendante. ... La notice d'un constructeur donne les caractéristiques d'un
transformateur monophasé. ... PROBLèME 2 : MOTEUR à courant continu
alimenté par un pont mixte ... La charge du pont redresseur est constituée de l'
induit d'un moteur à ...
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BACCALAURÉAT TECHNOLOGIQUE
Session 1999
PHYSIQUE APPLIQUÉE
Série : Sciences et Technologies Industrielles
Spécialité : Génie Électrotechnique
Durée de l'épreuve : 4 heures coefficient : 7
L'usage de la calculatrice est autorisé.
Le sujet comporte 7 pages numérotées de 1 à 7 dont les documents-réponse page 7, à rendre avec la copie.
Le sujet est composé de trois problèmes pouvant être traités de façon indépendante.
Il est rappelé aux candidats que la qualité de la rédaction, la clarté et la précision des raisonnements entreront pour une part importante dans lappréciation des copies.
PROBLèME 1 : TRANSFORMATEUR MONOPHASé
La notice dun constructeur donne les caractéristiques dun transformateur monophasé.
Fréquence f = 50 Hz.
Puissance apparente : 100 kVA Tension efficace primaire : 20,0 kV.
Tension efficace secondaire à vide : 410 V.
Pertes à vide sous tension primaire nominale : 0,21 kW.
Pertes par effet Joule en pleine charge : 2,15 kW.
Tension efficace primaire de court-circuit : 4,0 % de la tension efficace primaire nominale (cest la tension efficace primaire qui permet dobtenir lintensité efficace secondaire en court-circuit égale à lintensité efficace secondaire nominale).
Pour une charge inductive de facteur de puissance 0,80 :
Chute de tension relative au secondaire en pleine charge : 3,75 %.
Rendement en pleine charge : 97 %.
Le transformateur est en pleine charge lorsque lintensité efficace du courant secondaire est nominale.
1) Calculer les intensités efficaces nominales des courants primaire et secondaire.
2) Calculer la tension efficace secondaire en pleine charge pour une charge inductive de facteur de puissance 0,80.
3) Pour vérifier la valeur donnée par le constructeur, calculer le rendement du transformateur en pleine charge par la méthode des pertes séparées pour une charge inductive de facteur de puissance 0,80.
Comparer avec la valeur de rendement donnée par le constructeur.
4) Le modèle équivalent au transformateur vu du secondaire est représenté sur lannexe 1 page 5.
Déterminer la résistance Rs et la réactance Xs de ce modèle.
PROBLèME 2 : MOTEUR à courant continu alimenté par un pont mixte
Partie A : étude du pont mixte
Le secondaire dun transformateur alimente un pont mixte symétrique dont le schéma est donné sur lannexe 2 page 5.
Les thyristors et les diodes sont supposés parfaits. La commande des gâchettes des thyristors nest pas représentée.
Une sonde de courant de sensibilité 100 mV/A est utilisée pour visualiser à loscilloscope le courant ic dans la charge. Simultanément une sonde différentielle (S.D.) réductrice de rapport 1/20 est utilisée pour visualiser la tension uc aux bornes de la charge.
Loscillogramme obtenu est représenté sur lannexe 3 page 5.
La charge du pont redresseur est constituée de linduit dun moteur à courant continu à excitation séparée et dune bobine de lissage considérée comme parfaite. Lexcitation du moteur est maintenue constante.
La force électromotrice E du moteur est proportionnelle à la fréquence de rotation : E = 0,37 n (E en V et n en tr/min). La résistance de l induit du moteur est R = 120 mWð.
1) Déterminer la valeur efficace U et la fréquence f de la tension d alimentation u du pont.
2) Déterminer :
( Le retard to à l amorçage des thyristors,
( La valeur moyenne de la tension uc aux bornes de la charge, sachant que = EMBED Equation.2 (að est le retard angulaire à l amorçage des thyristors).
( La valeur moyenne de l intensité ic du courant dans la charge,
( La f.é.m E du moteur,
( La fréquence de rotation du moteur.
3) étude expérimentale.
3.1. Représenter sur le document réponse 1 page 7 (à rendre avec la copie) le schéma du montage permettant de visualiser simultanément la tension u et lintensité i à loscilloscope (le symbole de la sonde de courant et de la sonde différentielle réductrice sont représentés sur le document réponse).
3.2. Représenter loscillogramme obtenu sur le document réponse 2 page 7.
4) Le moteur fonctionne à couple constant. Lintensité moyenne du courant dans linduit garde la valeur déterminée à la question 2. La fréquence de rotation du moteur doit être réglée à 500 tr/min. Calculer le retard à lamorçage EMBED Equation.2 des thyristors.
Partie B : étude du moteur à courant continu
La plaque dun moteur à courant continu à excitation séparée porte les indications suivantes :
Tension dalimentation de linduit : 360 V Intensité du courant dans linduit : 240 A
Tension dalimentation de linducteur : 360 V Intensité du courant dans linducteur : 8,5 A
Fréquence de rotation : 900 tr/min.
La machine est parfaitement compensée.
Lannexe 4 page 6 représente les schémas de deux essais réalisés avec ce moteur.
1) à partir des résultats de ces deux essais, calculer :
( La résistance de linduit ;
( Lensemble des pertes dans le fer et des pertes mécaniques noté pc pour le fonctionnement nominal.
2) Pour le fonctionnement nominal, calculer :
( La puissance absorbée par linduit et par linducteur ;
( Le rendement du moteur.
3) Le moteur fonctionne maintenant sous tension dinduit réglable. La tension dalimentation de linducteur et lintensité du courant dans linducteur ont leurs valeurs nominales. Le moteur fonctionne à couple électromagnétique constant égal au couple électromagnétique nominal.
3.1. Montrer que lintensité du courant dans linduit est égale à sa valeur nominale.
3.2. La tension dalimentation de linduit est réglée à 215 V. Calculer la fréquence de rotation du moteur.
3.3. Citer le nom de deux convertisseurs permettant dobtenir une tension moyenne réglable.
Préciser pour chacun deux le type dalimentation utilisée.
PROBLèME 3 : CHUTE DE TENSION DUE à une ligne TRIPHASée
Aucune connaissance sur les lignes triphasées nest nécessaire.
Une ligne triphasée moyenne tension alimente un récepteur triphasé équilibré qui consomme une puissance active de 4,20 MW et qui impose un facteur de puissance de 0,938.
Chaque fil de ligne a pour résistance R = 2,43 Wð et pour inductance L = 11,2 mH.
La tension efficace entre phases à l arrivée de la ligne est UA = 20,0 kV.
La fréquence de la tension est 50 Hz.
Le but du problème est de calculer la chute de tension due à la ligne.
EMBED MgxDesigner
1) Calculer lintensité efficace I du courant dans un fil de ligne.
2) Pour la ligne, calculer
( la puissance active consommée,
( la puissance réactive consommée (rappel : la puissance réactive consommée par une bobine dinductance L parcourue par un courant dintensité efficace I et de pulsation wð est Q = LwðI²).
3) Pour l ensemble {ligne + récepteur}, calculer
( la puissance active consommée,
( la puissance réactive consommée,
( la puissance apparente consommée
4) En déduire la tension efficace entre phases UD au départ de la ligne.
PROBLème 1 +.AEuËϤ ¥ ¹ »
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PROBLème 2, PARTIE A : ANNEXE 2
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PROBLème 2, PARTIE A : ANNEXE 3
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Calibres : 5 V/div. pour les deux voies.
Base de temps : 2 ms/div.
prOblème 2, PARTIE B : annexe 4
Essai 1 :
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Une pince ampèremètrique (symbolisée par un ampèremètre) indique 240 A.
Le voltmètre indique 28,8 V.
Essai 2 :
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PROBLème 2, PARTIE A : document réponse 1
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PROBLème 2, PARTIE A : document réponse 2
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Sensibilité de la sonde de courant : 100 mV/A.
Rapport de réduction de la sonde de tension : 1/20.
Calibres : 10 V/div sur les deux voies.
Base de temps : 2 ms/div.
