Comme promis, la photo de classe:



à bientôt  JMB

chers Etudiants,

un petit mot pour vous encourager à passer les épreuves de TP d'OPTIQUE.


pour la RI:

Soyez calmes et lisez bien les sujets, il n'y a aucune difficulté majeure.

Suivez les instructions de montage.

Pensez à bien dialoguer avec votre examinateur en étant précis dans vos réponses. Ne dites jamais "je ne sais pas", mais  dites "je vais réfléchir" et faites le  réellement.


pour la CMO:


1°) prenez le temps de vous documenter, 30 minutes est souvent la durée nécessaire.
En fonction du thème choisissez tout de suite le bon sujet dans les tables des matières ou les lexiques présents à la fin de certains livres mis à votre disposition.

Notez bien la grandeur que vous devez rechercher, par exemple le nombre de traits d'un réseau N = 1/a

Ce sont les formules les plus simples qui sont les plus utiles, par exemple  asini +/-asini' = p lambda pour ce réseau.

pour un indice de réfraction n ...

réfléchissez à la formule n = sin(A+Dm)/2 / sin A/2 pour le prisme

pour la mesure de la largeur a d'une fente...

regardez vers la distance angulaire entre deux zéros de diffraction  ou penser à une mesure au microscope étalonné,  etc ... n'allez pas vous perdre dans des formules plus élaborées, ce ne sont pas celles qui guideront votre méthode.

Bien sûr, une formule ne suffit pas, il faut savoir la décliner. par exemple celle du réseau qui peut devenir:

2a sin Dm/2 = pL  pour les minimums de déviation...  asin i' = pL pour l'incidence normale ou en encore asin i' = p (L-L₀) pour le spectre normal sur la référence  L₀ ....


2°) écrivez les étapes de la méthode suivie, et faites la liste du matériel dont vous avez besoin...par exemple un ensemble à diffraction et donnez le détail: fente, écran, laser ...ou capteur webcam etc ...
là aussi soyez précis. A ce niveau, une discussion est à soutenir avec l'examinateur...soyez top!

3°) mettez en oeuvre avec soin et méthode logique, et assurez les étapes initiales.

par exemple pour la recherche d'un indice de réfraction:

installer le spectro, la lampe et surtout préparer vos réglages: lunette à l'infini sur le prisme, retirer le prisme et faire l'alignement lunette collimateur, repèrage du bord fixe de la fente, réglage du collimateur à l'infini, replacer le prisme coté double face collante avec décalage en hauteur pour visée de la Dm etc ,  etc ...

autre exemple,pour les fibres optiques: préparer l'alignement des fibres et règler le zéro du radiomètre, repèrer d'abord grossièrement le centrage des axes de chaque fibre en recherchant le maximum de puissance transmise, ensuite affiner ce centrage en cherchant la plus grande distance de déplacement en X qui donne une puissance transmise non nulle....

quelque soit la CMO, agissez avec ordre, et prenez le temps necéssaire, ce pas tant le résultat qui compte que votre capacité à mettre en oeuvre, ne l'oubliez pas.

enfin, dernier exemple: le Michelson...il ne faut pas brûler les étapes, commencer par aligner les miroirs en position orthoparallèles avec un laser, c'est tellement simple et rapide. Ensuite passez à la lampe spectrale pour rechercher une position voisine de l'épaisseur nulle. Si c'est nécessaire passer ensuite en franges de coin d'air pour rechercher l'épaisseur nulle avec une lampe à lumière blanche ( pas si difficile que ça si on prend le soin de suivre les étapes).

pour les deux types d'épreuves:

n'allumez pas votre pc trop tôt: organisez bien vos tableaux de mesures à la main et sur papier, et prenez le temps d'analyser vos résultats avant de les produire sur le pc. Le pc ne peut pas réfléchir à votre place !

bon courage à tous   JMB

le texte ayant été fourni sous forme pdf à l'article suivant

             sujet 2008 sciences physiques BTS MAI 2008


Partie A:  Etude du refroidissement du moteur

2.1 capteur de température:

2.1.1: AO parfait, cela signifie en général que son étage d'entrée présente une impédance presque infinie.
En conséquence les courants d'entrée sont quasi nuls.
En particulier donc on peut écrire: i^-  = 0

2.1.2: l'association série R_o + R_Th est soumise à la tension d'alim U_alim, ne débitant aucun courant du noeud liant R_Th de R_o, cette association fonctionne en diviseur de tension à vide entre l'alimentation +12 V et la masse.

En conséquence en appliquant la loi des branches U_alim = U_Ro + V_e et la loi d'Ohm on obtient la relation:  V_e = U_alimR_th / (R_o + R_Th)
R_Th dépendant de la température, V_e dépend aussi de la température.

2.1.3: un rapide coup d'oeil sur la courbe du document 1 ( bien épaisse ) traduisant les variations de R_Th en fonction de la température téta permet de lire directement les valeurs:

R_Th2 = 450 ohm   R_Th3= 275 ohm lecture à +/- 2 ohm à cause du trait épais.

2.1.4: injectant ces deux valeurs dans la formule du diviseur de tension à vide on obtient:

V₂ = 3,72V  et V₃ = 2,58V  arrondis sans scrupule à 3,7 et 2,6V compte tenu de l'incertitude sur les valeurs graphiques de R_Th.

2.2 détection

2.2.1 l'AO ne fonctionne pas en régime linéaire. En effet la tension de sortie v_s ne prend que deux valeurs de saturation haute à 12V et basse à 0V ( courbe de transfert document 3 page 5/8) . On remarquera aussi en consultant le schéma document 2 de la même page que la tension différentielle V⁺ - V^- = V_e-V_ref n'est jamais nulle.
Enfin, troisième bonne raison pour justifier cette réponse, il n'y a pas de boucle de retour entre la sortie et la borne inverseuse E^- de l'AO.


2.2.2: la fonction réalisée par le montage est la comparaison double seuil.

2.2.3: les seuils de commutation mesurés sur le document 3 sont de valeurs:

V_H = 3,6 V et V_B= 2,45 V ce qui est très sensiblement différent des valeurs souhaitées à savoir celles trouvées au 2.1.4 à savoir 3,7 et 2,6 V.

Explication:  peut-être une valeur imprécise du relevé de la réponse résistance température de la thermistance ( mais ça on l'a déjà dit) peut-être une valeur de V_ref du montage mal calibrée...mais franchement, les différences de valeurs ne sont pas si importantes qu'on s'inquiète à ce point d'une explication.

Pour moi cette dernière question est inutile dans le contexte de l'épreuve.

Partie B:  Etude du moteur asynchrone.

B1 exploitation des caractéristiques

1.1) couplage moteur réseau

réseau 48V/50Hz signifie tension composée 48V
moteur 48V/83V/ signifie que chaque enroulement supporte au plus 48V en régime de rotation nominale et qu'il doit être couplé en D ( triangle) sur le réseau 48V/50Hz.
En Y ( étoile) il tournerait sous le réseau 48V/50Hz mais en sous-régime ( couple critique plus faible).
Par contre il faudrait le coupler en Y (étoile) sur le 83V/50Hz si ce réseau était proposé.

1.2) la fréquence de rotation donnée est de 1440 tr/min ce qui signifie que sous 50Hz, à faible glissement, le moteur est un MAs Stator 4 pôles ( p = 2) , dont la fréquence de synchronisme vaudrait :

  n_S = f/p x 60 = 50/2 x 60 = 1500  tr/min
La fréquence de synchronisme est la limite supérieure jamais atteinte par les moteurs asynchrones, sinon cela signifierait que leur couple moteur est nul ( voir la caractéristique figure 3 page 6/8)

La fréquence de rotation à vide est très légèrement inférieure à cette valeur  n₀ < n_S car pour être "rigoureux de chez rigoureux", le moteur doit entraîner au moins l'inertie de son rotor, ce qui signifie qu'à vide le couple résistant n'est pas tout à fait nul.

Le glissement nominal du moteur vaut g = (n_s-n_nom) / n_s = 1500 - 1440 / 1500 = 0,04

1.3) 37N.m qu'est que cela peut-bien être? Un moment couple bien sûr, mais lequel?

On a le choix: couple de démarrage, couple critique, couple nominal, couple à vide?
nominal bien sûr, le moteur se définit toujours sur sa plage d'utilisation.


B2 Bilan des puissances au fonctionnement nominal

2.1 ) dans l'ordre, de la gauche vers la droite de l'arbre des puissances (arête de poisson)

P_a: la puissance absorbée électrique P_a = UI rac(3) cos fi
P_Fe: pertes de fer au Stator
P_JS: pertes Joules statoriques ( échauffement du aux courants staoriques)
          avec P_JS = 3/2 R I²

P_tr = Pa - ( P_FS + P_JS) puissance transmise au rotor
P_JR= puissance joule rotorique ( échauffements du aux courants rotoriques )
P_m= pertes mécaniques de l'équipage rotor arbre de rotation palier engrenages éventuels

P_u: puissance utile dite aussi "en bout d'arbre" c'est celle qui figure sur la plaque signalétique du moteur ( seul renseignement utile à l'utilisateur du moteur) .

         avec P_u = P_tr - ( P_JR + P_m)

2,2 P_a = P_u / eta   avec P_u = 5,6 kW et le rendement eta = 96% = 0,96

       on obtient Pa = 5,833 kW

      De la relation établie sur les régimes triphasés ( Boucherot)  P = UIrac(3) cos fi
      on en tire la valeur de l'intensité I des courants de ligne alimentant le stator, à savoir:

         I = P_a / ( U rac(3)cos fi )   AN : I = 80,6 A

2,3: P_JS = 3/2 RI²    AN: P_JS = 19,5 soit environ 20 W.

2.4: Ecrivons le bilan complet des puissances de P_a vers P_u avec P_Fe = 0

P_a = P_JS + P_JR + P_m  + P_u  ce qui donne P_JR = P_a - ( P_JS + P_m) - P_u

On obtient:  P_JR = 5833 - ( 20 + 100) - 5600 = 113W

Remarque: à ce niveau on devrait pouvoir  calculer aussi les pertes rotoriques par

                     P_JR = g P_tr ( formule fondamentale du Mas)


avec P_tr = P_a - ( P_FS +P_JS) = 5833 - ( 0 + 20) = 5813 W

g = 0,04 calculé au 1.2 précédent donne P_JR = 0,04 x 5813 = 232,52W

Or ceci constitue un résultat différent  de 120W du précédent !

Je veux bien qu'on m'explique cette différence

En tout cas cela n'empêche pas de continuer le problème...

Partie C. Etude de la commande du moteur

C1. Etude simplifiée de l'onduleur

1.1) par définition  p = u_C.i_C dont le signe obéit simplement à la règle des signes

u   i   p         comportement moteur     phase onduleur        comportement batterie

-   -    +         récepteur                           alimentation Al         générateur

-   +    -         générateur                        récupération  R        récepteur

+   -    -         générateur                        récupération              récepteur

+  +   +         récepteur                          alimentation               générateur

0   -   0        en court circuit                  roue libre      RL         non alimenté
 
0  +   0        en court circuit                  roue libre                     non alimenté


résultats à inscrire sur la figure 8 de la page 8/8

bien voir que le diagramme est divisé en T/8 à partir de t = 0

phase temporelle     puissance p      type de phase
 
        0 à     T/8  :                p = 0               RL
     T/8 à     T/4  :               p < 0                R
     T/4 à     T/2:                 p >0                 Al
     T/2 à   5T/8                  p =0                 RL
    5T/8 à  3T/4                  p< 0                 R
    3T/4 à    T                     p > 0                Al
      T    à  9T/8                  p = 0                RL
    9T/8 à 5T/4                  p < 0                R
    5T/4 à 3T/2                  p > 0                Al
    3T/2 à 13T/8                p = 0                RL

1.2) de T/8 à T/2 le diagramme de la figure 8 indique clairement que ce sont les K1 et K3 qui sont en service;

Le schéma équivalent est celui d'une association série:

                (+ ) batterie  --> moteur  --> (- ) batterie

ce qui implique bien u_c > 0.

1.3) le schéma de la figure 8 ne présente pas de masse clairement identifiée ( est-elle en point milieu de K₂ K₃ , au pied de K₃ ? En conclusion, afin d'éviter tout conflit avec la prise de terre des oscillos il est conseillé de placer une sonde différentielle aux bornes du moteur, son entrée E⁺ entre K₁ et K₄ sa boirne E^- entre K₂ et K₃, et sa sortie reliée directement à l'oscilloscope. Une telle sonde délivre à l'entrée de l'oscilloscope une tension image de u_C en dehors de tout problème de masse.

Le voltmètre doit être choisi sur le mode AC ( ce qui est d'ailleurs discutable, car ce mode est réservé aux vibrations de courant parfaitement sinusoïdale, j'aurai préféré le mode AC+DC ou TRMS qui effectue la mesure de la tension efficace U sans problème de forme d'onde de courant).

Si l'on choisit le mode DC, le voltmètre mesure une valeur moyenne de u_C.
De par ses symétries d'amplitude et d'intervalles de temps, il est évident que < u_c> = 0 .

C.2 Réglage de la vitesse du moteur

2.1 Marche avant ( MAV)

A: point de synchronisme  B: point de fonctionnement nominal

 je en vois ce qu'on peut dire de plus

2.2 Marche arrière (MAR)

2.2.1) Tenant compte de l(hypothèse de proportionalité

               vitesse linéaire (km/h)/ fréquence (Hz)

il suffit d'écrire v / f = v' / f ' qui donne f' = f. v'/v  soit avec f = 50 hz ( pour obtenir 1500 tr/min avec 4 pôles) et v= 15 km/h on a f' = 50.5/15 = 16,7 Hz ( correspondant à 500 tr/min sur un 4 pôles)

2.2.2) en pilotage U/f = CSTE la droite de charge du moteur asynchrone est une parallèle à la droite de référence de la partie utile de la caractéristique couple fréquence.
Ici il suffit de tracer une parallèle à la droite du diagramme figure 3 en la faisant passer par le point ( 500,0).

2.3.1  la caractéristique de la charge mécanique est une droite parallèle à l'axe des fréquences passant par la hauteur 40 N.m

2.3.2 à l'intersection de la caractéristique de MAV et de cette droite de charge se trouve le point ( 1430,40)  donc n_A40max = 1430 tr/min