Baccalauréat 2006 - Sujet de Physique appliquée : spécialité Génie Mécanique
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Baccalauréat 2006

Sujet : Physique appliquée : Spécialté : Génie mécanique 2006 .

Durée 2h00 - Coefficient : 5

Le Sujet a été conçu pour être traité SANS calculatrice.

En conséquence l'usage de la calculatrice est interdit pour l'épreuve

Présentation : Une commune possède pour son étang touristique une flotte d'enmbarcations à moteur électrique. Celles-ci, qui se déplace lentement et sans bruit, sont louées à l'heure et leurs batteries d'accumulateurs sont rechargées chaque soir.

PROBLEME : ELECTRICITE ( 17 points)

Les parties A et B du problème peuvent être traitées séparément.

-A- Etude du moteur à courant continu. ( 1 points)

Le moteur à courant continu utilisé par ces embarcations est à excitation indépendante et constante.

Dans tout le problème on prend pour l'inducteur : Ue= 50 V et Ie = 0,1 A.

A.1 Etude préliminaire

A.1.1) Déssiner le schéma électrique équivalent de l'induit et de flécher en convention récepteur. On désigne par E la force électromotrice, R la résistance d'induit, I le courant d'induit et U la tension d'alimentaion de l'induit.

A.1.2) En utilisant la loi des mailles, déduire de ce schéma la relation entre U, E, R et I.

A.1.3) On désigne par T le moment du couple électromagnétique du moteur. Dans les conditions d'utilisation définies , k étant une constante, pourquoi peut-on écrire E = k x Ω( formule dans la quelle Ω est la vitesse angulaire de rotation en rad/s) et T = k x I ?

A.2 Etude à vide

On soumet le moteur à un essai à vide en appliquant Uv = 50,5 V. on mesure : Iv = 1 A et Ωv= 100 rad/s. On donne que R = 0,5 ohm.

A.2.1) Calculer dans ces conditions la force électromotrice Ev.

A.2.2) montrer que l'on peut écrire : E = 0,50.Ω ( formule où E est exprimé en volt et Ω en rad/s) .

A.3 Etude en condition d'utilisation

On considère que les pertes collectives sont égales à 50 W. Le moteur tourne à une vitesse angulaire de 90 rad/s lorsqu'on alimente l'induit par une tension de 50 V.

On rappelle que pour l'inducteur : Ue = 50 V et Ie = 0,1 A.

A.3.1) Calculer la f.é.m E du moteur.

A.3.2) Montrer que l'intensité I du courant dans l'induit est égale à 10 A.

A.3.3) Montrer que la puissance électrique Pje dissipée dans l'inducteur.

A.3.4) Calculer la puissance totale Pa absorbée par le moteur.

A.3.5) Calculer les pertes par effect Joule, PjR,absorbée dans l'induit.

A.3.6) En déduire la puissance mécanique utile Pu fournie par le moteur pour ce point de fonctionnement.

A.3.7) Exprimer le rendement η du moteur et dire s'il est proche de : 1/2 ( soit 50 %); 3/4 ( soit 75 %);4/5 ( soit 80 %) ou 9/10 ( soit 90 %).

A.4 Etude du démarrage

Au démarrage, on applique directement la tension d'alimentation Ud = 50 V.

A.4.1) Que valent la vitesse angulaire de rotation Ωd et la f.é.m Ed à cet instant précis ?

7.4.2) En déduire l'intensité I du courant d'induit appelé au démarrage.

A.4.3) Proposer une méthode de démarrage permettant de diminuer le courant d'induit.

A.5 Fonctionnement de l'embarcation

L'énergie électrique embarquée est fournie par un jeu de batteries qui délivre une tension continue de 50 V. La capacité maximale de ce jeu de batteries est de 100 Ah.

A.5.1) Citer un système qui permet de faire varier la vitesse de rotation de ce moteur à courant continu.

A.5.2) Calculer, en heures, l'autonomie de l'embarcation pour une utilisation correspondant à une puissance totale absorbée d'environ 500 W.

- B - Etude du chargeur de batterie ( 6 points)

Le chargeur est alimenté par une tension sinusoïdale u fournie par le réseau EDF ( 230 V ; 50 Hz) ( voir figure 1 du document réponse 1).

B.1) Quel est le nom du bloc 1 ?

B.2) Donner la fonction et le nom du bloc 2.

B.3) Les impulsions de gâchettes sont représentées sur la figure 2 du document réponse 1. On considère que les diodes et les thyristors sont parfaits.

B.3.1) Parmi les composants suivants ( Th1 ; Th2 ; D1 ; D2 ), indiquer sur le tableau 1 ci-dessous ceux qui sont passants pour chaque intervalle de temps.

Tableau 1
Eléments passants
0<t< 2 ms
............................................
2<t< 10 ms
............................................
10<t< 12 ms
............................................
12<t< 20 ms
............................................

B.3.2) θ0 désigne l'angle de retard à l'amorçage. Déterminer sa valeur dans ce cas de figure.

B.4) Le courant ic(t) est parfaitement lissé, son intensité vaut 100 A.

B.4.1) Quel est le composant permettant de réaliser cela ?

B4.2) Tracer ic(t) sur la figure 2 du document réponse 1.

B.5)

B.5.1) Tracer uc(t) sur la figure 2 du document réponse 1

.B.5.2) Quel est le paramètre à modifier pour régler la valeur moyenne de la tension uc?

Figure 1
Figure 2

EXERCICE : OPTIQUE ( 3 points)

Le rétroviseur installé sur l'embarcation est constitué de deux miroirs plans, A et B ( Voir figure 4).

1) Construire sur la figure 4 les trajets des deux rayons lumineux qui frappent ces deux miroirs.

2) quel est l'intérêt d'un tel système pour la sécurité du conducteur ?

Figure 4