Chapitre 4 • Physique-Chimie • 2nde Bac Pro • ⏱ 35 min
Un électricien de maintenance intervient dans un atelier de menuiserie pour vérifier l’alimentation électrique des machines. Il branche un oscilloscope sur une prise du réseau électrique de l’atelier et obtient l’oscillogramme suivant.
Réglages de l’oscilloscope :
Comment caractériser un signal électrique alternatif à partir de son oscillogramme ?
Observer l’oscillogramme. Décrire la forme du signal affiché à l’écran. Le signal est-il constant au cours du temps ?
Le signal n’est pas constant : il oscille régulièrement de part et d’autre de l’axe horizontal (axe du zéro). La courbe a une forme arrondie et régulière : c’est un signal sinusoïdal.
La tension prend alternativement des valeurs positives (au-dessus de l’axe) et négatives (en dessous de l’axe).
Sur l’oscillogramme, repérer la valeur maximale (le sommet le plus haut) du signal. Combien de divisions verticales séparent l’axe horizontal (zéro) du sommet du signal ?
Le sommet du signal se situe à 3,25 divisions au-dessus de l’axe horizontal (axe du zéro).
L’échelle verticale est réglée à 100 V/div. Calculer la tension maximale Umax du signal.
On applique la formule :
\[ U_{\max} = 3{,}25 \times 100 = \mathbf{325\ V} \]La tension maximale (amplitude) du signal est Umax = 325 V.
On appelle période T la durée d’un cycle complet du signal (un motif qui se répète). Sur l’oscillogramme, repérer deux sommets consécutifs du signal et compter le nombre de divisions horizontales qui les séparent.
Deux sommets consécutifs du signal sont séparés par 4 divisions horizontales.
On peut aussi repérer un cycle complet entre deux passages par zéro consécutifs dans le même sens (montant → montant) : on retrouve également 4 divisions.
La base de temps est réglée à 5 ms/div. Calculer la période T du signal en millisecondes, puis la convertir en secondes.
On applique la formule :
\[ T = 4 \times 5 = 20\ \text{ms} \]Conversion en secondes : T = 20 ms = 0,020 s.
La fréquence f est le nombre de cycles effectués par le signal en une seconde. Elle se calcule à partir de la période. Calculer la fréquence f du signal en hertz (Hz).
On applique la formule avec T = 0,020 s :
\[ f = \frac{1}{0{,}020} = \mathbf{50\ Hz} \]La fréquence du signal est f = 50 Hz, ce qui signifie que le signal effectue 50 cycles complets par seconde.
L’électricien dispose également d’une pile de 9 V. S’il branche l’oscilloscope sur cette pile, il observe une ligne horizontale à 9 V au-dessus de l’axe zéro.
En France, le réseau électrique domestique fonctionne à une fréquence de 50 Hz et délivre une tension efficace de 230 V.
L’électricien explique que les machines de l’atelier (scie circulaire, toupie, ponceuse à bande) fonctionnent grâce à des moteurs à courant alternatif.
Expliquer pourquoi il est important de connaître la fréquence du réseau électrique pour le bon fonctionnement des moteurs de l’atelier.
La vitesse de rotation des moteurs à courant alternatif dépend directement de la fréquence du signal électrique qui les alimente. Si la fréquence change, la vitesse du moteur change également.
Connaître la fréquence du réseau (50 Hz en France) permet de s’assurer que les moteurs tournent à la vitesse prévue par le constructeur. C’est essentiel pour la qualité de l’usinage et la sécurité des opérateurs.
Rédiger un court compte-rendu (3 à 5 phrases) destiné au chef d’atelier, résumant les résultats de la vérification de l’électricien. Préciser :
Exemple de compte-rendu :
« La vérification de l’alimentation électrique de l’atelier montre que le signal est un courant alternatif sinusoïdal. La période mesurée est T = 20 ms, soit une fréquence f = 50 Hz. L’amplitude maximale est Umax = 325 V. Ces valeurs correspondent aux caractéristiques normales du réseau électrique français (50 Hz, 230 V efficaces). L’alimentation de l’atelier est conforme. »