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LYCEE HOUMET SOUK DJERBA DEVOIR DE SYNTHESE N°2 Date : 10 – 05 – 2018 SECTION :

LYCEE HOUMET SOUK DJERBA DEVOIR DE SYNTHESE N°2 Date : 10 – 05 – 2018 SECTION : SCIENCES TECHNIQUES EPREUVE : TECHNOLOGIE DUREE : 4 heures CLASSES : 4ScT1-2-3-4-5 Constitution du sujet : Un dossier technique : pages 1/4 – 2/4 – 3/4 et 4/4. Un dossier réponses : pages 1/8 – 2/8 – 3/8 – 4/8 – 5/8 – 6/8 – 7/8 et 8/8. Travail demandé : A- PARTIE GENIE MÉCANIQUE : pages 1/8-2/8-3/8 et 4/8. B- PARTIE GENIE ELECTRIQUE : pages 5/8-6/8-7/8 et 8/8. USINE D’INCINÉRATION DE DÉCHETS 1- Présentation du système : L'incinération est une technique de traitement de déchets (exemple : ordures ménagères), elle permet la récupération d’énergie (électricité et chaleur) et de matériaux utilisés dans les travaux publiques. La combustion se fait à une température supérieure à 850°C dans des fours spécialement conçus à cet effet (Fig. 1). Grâce à la chaleur dégagée, l’eau est transformée dans une chaudière en vapeur sous pression. Cette vapeur sert à produire soit de l’énergie électrique grâce à un turbo-alternateur soit de l’énergie thermique pour chauffer des bâtiments. Les déchets sont déversés dans une fosse de réception et de stockage. Un grappin saisit ces déchets et les déverse dans une trémie puis ils sont dirigés vers le four où ils seront brûlés. N.B : L’épreuve porte sur le pont roulant qui permet d’alimenter la trémie en déchets et sur une partie de l’installation électrique de l’usine. Observation : Aucune documentation n’est autorisée. L’utilisation de la calculatrice non programmable est permise. Dossier technique USINE D’INCINÉRATION DE DÉCHETS Page : 1/4 2- Description du pont roulant : Fig. 2 page 2/4 - Le moteur de direction M1 déplace le chariot vers l’avant ou vers l’arrière (l’axe Y) ; - Le moteur de levage M2 permet la descente ou la montée du grappin (l’axe Z) ; - Les moteurs de translation M3 et M4 déplacent le pont vers la gauche ou vers la droite (l’axe X). - Les moteurs M1, M2, M3 et M4 sont associés à des variateurs de vitesse et à des réducteurs et sont munis de freins à manque de courant. - La commande du pont roulant se fait par l’opérateur grâce à deux joysticks industriels (Fig. 3). - Un pupitre de commande (interface homme /machine) informe l’opérateur sur l’état du système. - Un automate programmable industriel (API) gère le système. Extrait du document constructeur d’un moteur asynchrone triphasé Les caractéristiques d’un moteur asynchrone triphasé (4 pôles ; 230/400V – 50Hz) sont résumées dans le tableau suivant : PUN (KW) Type ou référence Intensité nominale IN (A) ID/IN Rendement en % Facteur de puissance cos Vitesse nominale (tr/mn) 0,18 LS63E 0,62 3,7 50 56 60 63 0,52 0,61 0,66 0,75 1410 0,25 LS71S 0,7 4,6 43 52 58 68 0,58 0,66 0,7 0,74 1435 0,37 LS71L 1,12 4,4 55 61 66 70 0,54 0,62 0,68 0,7 1425 0,75 LS80L 2 4,5 54 60 65 69 0,52 0,64 0,74 0,77 1400 1,1 LS90S 2,7 5,2 60 69 73 75 0,54 0,66 0,75 0,79 1415 PUN : Puissance utile nominale ID : Courant de démarrage Nom : …………………….. Prénom : ……………………………. Classe : 4ScT… N° :….. Gr. : …. 20 B/- Partie électricité : I/- Etude du moteur asynchrone de levage de déchets (M2). Sachant que la puissance utile nécessaire sur l’arbre de ce moteur pour une quantité de déchets déterminée est Pu = 277,5W et d’après la documentation fournie au dossier technique page …….. 1/- Donner :  La référence de ce moteur : …………………………………………………  Le rendement  du moteur : …………………………………………………  Le facteur de puissance cos : ……………………………………………… 2/- Calculer l’intensité du courant (I) absorbée par le moteur dans les conditions de fonctionnement (Pu = 277,5W) sachant que son rendement est 66% et alimenté par réseau triphasé de 230/400V. ……………………………………………………………………………………………………….. ………………………………………………………………………………………………………... 3/- Sachant que la résistance d’un enroulement statorique est R = 10,7 et que les pertes joules dans le stator Pjs = 3.Pjs1 = 25,5W.  Calculer l’intensité du courant dans un enroulement (J). ………………………………………………………………………………………………………..  Déduire alors le couplage du moteur selon la relation des courants. ………………………………………………………………………………………………………..  Déduire la tension supportée par un enroulement. ……………………………………………………………………………………………………………. 4/- La valeur du glissement varie en fonction de la vitesse du moteur, cocher la bonne réponse : Valeur du glissement Au début de démarrage Egale à 0 Egale à 100% Indéterminé A la vitesse de synchronisme (à vide) Egale à 0 Egale à 100% Indéterminé Pour la charge nominale Egale à 0 Inférieur à 100% Indéterminé 5/- Le fonctionnement du moteur est caractérisé par le point de fonctionnement dont les coordonnées sont : (Tu = 1,86 Nm ; n = 1425 tr/min). N.B : Les pertes mécaniques Pm sont évaluées à 17 W. a/- Déterminer le glissement g : …………………………………………………………………………………………………………………… b/- Compléter par la désignation ou la formule correspondante au bilan de puissance suivant : c/- Déterminer la puissance purement mécanique P’. B/- B-1/ 1/- /1 2/- /1,25 3/- /1 4/- /0,5 5/- /0,25 6/- /0,25 7/- /0,25 8/- /0,25 9/- /0,25 10/- /0,5 c/- /0,5 d/- /0,5 e/- /0,5 f/- /0,5 I-2/- 1/- /0,75 2/- /1 3/- /0.5 Pa =………………… Pm Pfs ….. =…………… ….. =…………… ….. =…………… ….. =…………… ….. =…………… ………………… ………………… Dossier réponces USINE D’INCINÉRATION DE DÉCHETS Page : 1/8 c/- /0,5 d/- /0,5 e/- /0,5 f/- /0,5 I-2/- 1/- /0,75 2/- /1 3/- /0.5 …………………………………………………………………………………………………………………… d/-Déterminer la puissance transmise au rotor Ptr. …………………………………………………………………………………………………………….. ……………………………………………………………………………………………………………. e/- Déterminer les pertes joule rotorique Pjr. …………………………………………………………………………………………………………………… f/- Déterminer les pertes constantes Pc. …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… II/- Etude du capteur de mésure de courant absorbé par le moteur asynchrone M1 : On donne ci-dessous, le schéma structurel du capteur de mésure des courants absorbés par le moteur du translation avant et arrière M1. NB : - Les trois grandeurs électriques I, V1 et V2 régient en linéarité entre eux. - Lorsque le courant « I » varie entre 0 et 5000mA, la tension « V1 » varie entre 0 et 2,5V et la tension « V2 » varie entre 0 et 5V. 1/- Déterminer l’éxpression de V1 en fonction de I. ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… 2/- Quel est le nom du montage assuré par l’ALI ? ……………………………………………………………………………………………………………………… 3/- Donner l’éxpression de V2 en fonction R1, R2 et V1. ……………………………………………………………………………………………………………………… 4/- Trouver une relation entre R1 et R2 pour que la tension V2 soit image du courant I ( V2 = I ) ……………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………… III /- Etude du circuit de puissnce du moteur de translation avant et arrière (M1). 1/- Compléter le circuit de puissance du moteur (M1) par :  Le symbole du sectionneur (Q).  Le branchement du contacteur de translation arrière (K2M1).  Le symbole du relais thermique (F). 2/- Donner le role de chaque appareil. Dossier réponces USINE D’INCINÉRATION DE DÉCHETS Page : 2/8 c/- /0,5 d/- /0,5 e/- /0,5 f/- /0,5 I-2/- 1/- /0,75 2/- /1 3/- /0.5 I + C V1 R1 R2 V2 L1 L2 L3 Vers moteur M1 Vers RA0/AN0 du microcontrôleur 2/- Sur la même feuille réponse, compléter le circuit de commande du moteur (Mt2) par:  Le dispositif permettant l’arrêt provoqué du moteur en cas de surcharge (RT).  La signalisation par une lampe (H) de cette surcharge.  L’auto-alimentation des contacteurs KM1 et KM2 (maintien).  L’interdiction du fonctionnement simultanée des contacteurs KM1 et KM2 (Verrouillage). 3/- Quel est le rôle de Q1? ………………………………………..……………………………………………………..…………… 4/- Quel est le type et le rôle du disjoncteur Q2 ? Type :…………………………..……………………………………………….…………….…………… Rôle :………………………………..………………………………………………………..……………. F Q K1M1 K2M1 M 3 ~ U1 V1 W1 M1 L2 L3 L1 Role de Q :……………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………… Role de F :……………………………………………………………………………. …………………………………………………………………………………… Role de K2M1 :………………………………………………………… ……………………………………………………………………… … 5/- Quel est le type et le rôle du relai RT ? Type :…………………………..……………………………………………….…………….…………… Rôle :………………………………..………………………………………………………..……………. 6/- Déterminer le calibre du relais RT sachant qu’il est réglé à 1,3 fois le courant nominal qui le traverse (voir tableau du dossier technique page 2/4). ………………………………………..…………………………………………….………….………… ………………………………………..…………………………………………….………….………… 7/- En cas de court-circuit dans le circuit de commande, quel est le moyen de protection qui agit ? ………………………………………..……………………………………………………..……………B1/- Etude du commande du moteur M2 : En se référant au dossier technique page 2/4: 1/- Compléter le tableau suivant par le nom et la fonction de chaque élément du circuit. 2- Compléter le tableau suivant : 3/- Compléter les schémas structurels pour les deux cas suivant en remplaçant D et H par des interrupteurs ouverts ( ) ou fermés ( ) et déterminer les courants iH et iD. Sur l’intervalle de temps 0 à αT Sur l’intervalle de temps αT à T iH = ………….. iD = …………. iH = ………….. iD = …………. 4/- Tracer les chronogrammes de i(t) et iD(t). 5/- Déterminer la valeur de Imoy. ........................................................................................ 6/- Déterminer la valeur de IDmoy. ........................................................................................ 7/- Déterminer la valeur de l'ondulation Δi. Elément Nom Fonction H ....................................... ................................................................................................... D ....................................... ................................................................................................... L ....................................... ................................................................................................... M2 ....................................... ................................................................................................... T (Période) f (Fréquence) α (Rapport cyclique) Imax Imin ……...…. ……...…. ……...…. ……...…. ……...…. 11/- /1 B-2- 1/- /0,25 2/- /1 3/- 3-1/- a- /0,5 b- uploads/Industriel/ ds2-4sct-2017-2018a 1 .pdf