Baccalauréat Général Session 2007 Série S Sciences …s2i.bordeaux.free.fr/Sujets Bac SI/Session...
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Baccalauréat Général
Session 2007
Série S Sciences de l’Ingénieur
L'alimentation aérienne Le fournisseur
d’énergie distribue
dans les 21 sous-
stations une tension
alternative triphasée
de 15 000 volts
Tension
continue de
750 volts
L’énergie électrique est transmise au TRAM via
les caténaires de faible section (1,5 cm2) situées
à 6 mètres de hauteur. Le courant est capté par
les rames via un pantographe unique
Cette alimentation aérienne concerne plus de 14 km de voie double
Dans le centre historique de Bordeaux, pour limiter l'impact
visuel, l'alimentation électrique du TRAM se fait par le sol
grâce à un nouveau procédé parfaitement sécurisé
L‘alimentation par le sol
2 frotteurs situés sous le TRAM captent l’énergie
délivrée par une succession de coupons
conducteurs isolés les uns des autres
L‘alimentation par le sol Principe
1
2
3
4
5
Cette nouvelle technologie
concerne 10 km de voie
double
Seuls un ou deux coupons
situés sous la rame sont
mis sous tension
Les coupons sont donc
successivement sous
tension au fur et à
mesure de l'avancée de
la rame
Partie A
Partie B
Partie D
Partie E
Comment assurer la protection électrique des personnes
aux abords d’une voie alimentée par le sol ?
Validation des procédures de changement de mode
d’alimentation
Vérification des capacités de l’énergie embarquée
Validation du choix des liaisons série de supervision et de
maintenance
A1 A2 A3 A4
B1 B2 B3
D1 D2 D3
E1 E2 E3 E4
3 pts
3 pts
3 pts
3 pts
2 pts
3 pts
4 pts
3 pts
3 pts
5 pts
4 pts
4 pts
3 pts
4 pts
Questionnement - Durée - Barème
30 mn
11 points
30 mn
11 points
Pa
rtie
Gé
nie
Ele
ctr
iqu
e
30 mn
11 points
40 mn
14 points
Questionnement - Relation avec le Programme
Partie A
Partie B
Partie D
Partie E
Comment assurer la protection électrique des personnes
aux abords d’une voie alimentée par le sol ?
Validation des procédures de changement de mode
d’alimentation
Vérification des capacités de l’énergie embarquée
Validation du choix des liaisons série de supervision et de
maintenance
Analyse Fonctionnelle - CI1 AF1 AF3
Systèmes Logiques et Numériques - CI11 I9
Comportement Dynamique et Energétique des systèmes – CI7 E4
Communication et Réseaux – CI12 I12
A-1
Compléter le schéma
de l'alimentation
séquentielle des
segments de rail du
tramway pour les
positions 2 et 3
Partie A
Comment assurer la
protection électrique
des personnes aux
abords d’une voie
alimentée par le sol ?
Hors présence
de la rame, les
segments sont
mis hors
tension et reliés
au potentiel 0 V
Seuls, le ou les segments sous la rame peuvent être mis sous tension La fonction de ces 2
interrupteurs est
EXCLUSIVE
A1 3 pts
A-2
Ecrire la condition entre la
longueur de la Zone
électriquement neutre Zen
et la distance Df séparant
les 2 patins frotteurs
garantissant une
alimentation continue de la
rame
Zen
Df
Zen < Df
Partie A
Comment assurer la
protection électrique
des personnes aux
abords d’une voie
alimentée par le sol ?
A2 2 pts
Les 2 rails contigus doivent être alimentés
lorsque les 2 frotteurs passent sur la zone
électriquement neutre. Pour assurer la
continuité électrique, la condition suivante
est nécessaire.
Les 2 frotteurs
Partie A
Comment assurer la
protection électrique
des personnes aux
abords d’une voie
alimentée par le sol ?
A-3
Ecrire la condition entre
la longueur de la Zone
électriquement neutre
Zen la longueur de la
rame Lrame et la longueur
d'un segment de rail Lrail
assurant la protection
électrique des
personnes aux abords
d'une voie alimentée par
le sol
L’emprise au sol du TRAM correspond
d’après la figure ci-dessus à 2 longueurs de
rail et 3 zones électriquement neutre
Cela correspond seulement à un majorant
Lrame > 2 x Lrail + 3 Zen
Lrame > 2 x Lrail + Zen
La situation précédente correspond au cas
le plus restrictif
A3
3 pts
Partie A
Comment assurer la
protection électrique
des personnes aux
abords d’une voie
alimentée par le sol ?
A-4
Définir, en fonction de la
longueur de sécurité piétons
et donc de L1 et L2, la durée
disponible Tmax pour
couper l'alimentation d'un
segment de rail après le
passage du tramway
La vitesse maximale du
tramway en exploitation
Vmax est de 60 km/h
D’après le document technique n°1, la longueur
de sécurité piétons est représentée par la
différence entre les longueurs L2 et L1
La vitesse du Tramway étant constante, on peut écrire :
Mouvement Rectiligne Uniforme
Partie A
Comment assurer la
protection électrique
des personnes aux
abords d’une voie
alimentée par le sol ?
A-4
Définir, en fonction de la
longueur de sécurité piétons
et donc de L1 et L2, la durée
disponible Tmax pour
couper l'alimentation d'un
segment de rail après le
passage du tramway
La vitesse maximale du
tramway en exploitation
Vmax est de 60 km/h
Mouvement Rectiligne Uniforme
Application numérique :
L2 = 10 000 mm soit 10 m L1 = 14 635 mm soit 14,635 m
Ainsi
La durée disponible pour couper l’alimentation est au plus de 0,278 s A4
2,5 pts
Partie A
Comment assurer la
protection électrique
des personnes aux
abords d’une voie
alimentée par le sol ?
A-4
Sachant que la durée
effective de mise en sécurité
varie de 245 à 275 ms,
conclure sur l'aspect
sécurité du Cahier des
Charges fonctionnel
La durée disponible pour couper l’alimentation
est au plus de 0,278 s soit 278 ms
La durée de mise en sécurité est, dans le pire
cas, de 275 ms
275 ms étant une valeur inférieure à 278
ms, le Cahier des Charges Fonctionnel
est respecté
A4 0,5 pt
B - VALIDATION DES PROCEDURES DE CHANGEMENT DE MODE D'ALIMENTATION
B-1) Compléter, sur le document réponse DR2, les solutions constructives du FAST
partiel de la fonction de service FP: ALIMENTER LE TRAMWAY.
Contacteurs LAC
ou Pantographe
Batteries
d’accumulateurs
Chargeur
B1 3 pts
B-2) Définir les réceptivités manquantes associées aux transitions t10, t60 et t67 (voir
DT2) correspondant à la synchronisation entre le grafcet maître et le grafcet préparation
mode LAC.
X67
X10
X11
B2 3 pts
B-3) Etablir la structure
linéaire du grafcet
préparation mode APS.
REMARQUE: On fera
particulièrement attention
à ce que la rame ne soit
pas alimentée
simultanément par les 2
modes d'alimentation et à
minimiser le temps
pendant lequel la
rame n'est pas alimentée.
70
71
72
73
74
75
76
77
Frotteurs bas
X20
Relais LAC non alimenté
Antennes sous tension
Relais APS alimenté
Pantographe bas
Relais chargeur alimenté
X21
Descendre frotteurs
Ouvrir relais LAC
Alimenter antennes
Fermer relais APS
Descendre pantographe
Fermer relais chargeur batterie
B3 5 pts
D - VERIFICATION DES CAPACITES DE L'ENERGIE EMBARQUEE
D-1) Le « coffre secours» est composé de bacs associant des batteries
d'accumulateurs pour délivrer chacun une tension de 36 Vdc. Déterminer le
nombre de bacs nécessaire dans une rame ainsi que leur association.
36V 750V
N = 750 / 36 = 20,83 soient 21 éléments (bacs) en série
D1 2 pts + 1 pt
D-2) En fonction des données précédemment décrites, calculer la puissance
moyenne totale fournie par le « coffre secours» à une rame.
Pmoy = U . Imoy = 750 x 250 = 187,5 . 103 W
Pmoy = 187,5 kW
Paux = Uaux . Iaux = 30 x 24 = 720 W négligeable
La capacité nominale de chaque batterie d'accumulateur est de 15 Ah
C = 15 x 0,8 = 12 Ah
La capacité réelle du « coffre secours» étant de 80% de la capacité nominale,
calculer l'autonomie exprimée en durée permettant l'alimentation du circuit
principal.
Que peut-on dire de la puissance mise en jeu dans les circuits auxiliaires?
C = I x t
t = C / I = 12 / 250 = 0,048 h = 172,8 s t = 172,8 s
D2-3 2 pts
D2-1 1 pt
D2-2 1 pt
D-3) La vitesse moyenne de déplacement d'une rame de tramway étant de 8 km/h,
calculer la durée d'un cycle de déplacement de 19 m et conclure sur l'efficacité du
«coffre secours» embarqué par rapport à sa fonction.
v = d / t t = d / v = 19 / 2,22 = 8,55 s
v = 8 km.h-1 v = 8 x 1000 / 3600 = 2,22 m.s-1
t = 8,55 s < 172 s . Donc capacité suffisante
D3 3 pts + 1 pt
E - VALIDATION DU CHOIX DES LIAISONS SERIE DE SUPERVISION ET
DE MAINTENANCE
E-2) Définir la vitesse maximale de transmission en bits/s.
T0 = 208,3 µs = 208,3 . 10-6 s
1 / T0 = 1 / (208,3 . 10-6) = 4800 bits / s
Vitesse de transmission = 4800 bauds
E-1) Mot transmis :
0 1 1 0 1 1 1 0 soit $ 6 E E1 3 pts
E2 3 pts
E-3) On utilise le bit de parité pour contrôler l'exactitude du message transmis.
En parité paire, le mot complet (8 bits de données + 1 de parité) doit contenir
un nombre pair de 1.
Pour le mot précédemment transmis, définir le bit de parité pour une parité
paire. En déduire le protocole complet de cette liaison sous la forme (vitesse ...
, nombre de bits de données... , nombre de bits start... 1 nombre de bits stop ...
, parité.... ).
En déduire l'efficacité (rapport entre nombre de bits utiles et nombre de bits
transmis) de la transmission pour cette liaison série.
Vitesse : 4800 bauds
Nbre de bits de données : 8
Nbre de bits Start : 1
Nbre de bits Stop : 2
Parité : 1
Efficacité = 8/ 12 = 0,66 => 3200 bauds
5 bits à 1 donc bit de parité = 1
E3
1 pt +
2 pts +
1 pt
E-4) A partir du tableau comparatif des caractéristiques des liaisons RS232C et
RS485 ci dessous, justifier le choix de la liaison RS485 pour la supervision
embarquée.
E4 4 pts