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نموذج المباراة الوطنية المشتركة CNC 2018: الهندسة الكهربائية - شعبة TSI لولوج مدارس المهندسين

🏢 المباراة الوطنية المشتركة CNC (الأقسام التحضيرية) 👤 مباراة ولوج المدارس العليا للمهندسين 🎯 التكنولوجيا والعلوم الصناعية - الهندسة الكهربائية 📅 2018 👁️ 36 مشاهدة

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باختصار

هذا نموذج امتحان كتابي سابق لمباراة مباراة ولوج المدارس العليا للمهندسين لدى المباراة الوطنية المشتركة CNC (الأقسام التحضيرية) (2018)، منشور على وظيفة إنفو للاطلاع والتحميل المجاني بصيغة PDF مع تصحيح مقترح.

الجهة المنظمة
المباراة الوطنية المشتركة CNC (الأقسام التحضيرية)
الدرجة
مباراة ولوج المدارس العليا للمهندسين
التخصص
التكنولوجيا والعلوم الصناعية - الهندسة الكهربائية
الدورة
2018
عدد الصفحات
21
لغة الأسئلة
الفرنسية
التصحيح
تصحيح مقترح متوفر في هذه الصفحة
الموضوع الرسمي لاختبار التكنولوجيا والعلوم الصناعية - الهندسة الكهربائية في المباراة الوطنية المشتركة (CNC) دورة 2018 لولوج المدارس العليا للمهندسين والمؤسسات المماثلة، الخاص بطلبة الأقسام التحضيرية شعبة TSI. يتضمن هذا النموذج 21 صفحة من نص الاختبار الأصلي. تجد في الموقع مواضيع باقي المواد والسنوات لنفس المباراة.
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📝 نص أسئلة النموذج (مستخرج آلياً من الصفحات الممسوحة)

استُخرج هذا النص آلياً من صور الامتحان وقد يحتوي على أخطاء في القراءة — الصور أعلاه هي المرجع.

— صفحة 1 —
Concours National Commun Filière : TSI Génie électrique session 2018

CNC SESSION 2018 Filière : TSI

Épreuve de Génie Électrique

Temps conseillé : 3 Heures

Aucun document n’est autorisé
Calculatrice autorisée

L'épreuve de Génie Electrique se compose :

- d’un texte de l'épreuve (pages numérotées de 1 à 12)
-  d’annexes (pages numérotées de 13à 17)
- de documents réponse (pages numérotées de 18 à 21)

Le candidat devra composer et rendre obligatoirement même vides :

- Le cahier des réponses réservé à l’épreuve GE
- Les documents réponse figurant respectivement sur les pages 18, 19, 20 et 21

Si un candidat est amené à repérer ce qui peut lui sembler être une erreur d'énoncé, il le signalera sur
sa copie et devra poursuivre sa composition en expliquant les raisons des initiatives qu’il a été amené
à prendre.

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Concours National Commun Filière : TSI Génie électrique session 2018

Présentation générale :

Afin de pouvoir satisfaire les besoins humains élémentaires en eau potable, en soins de
santé, etc, un accès constant à l’énergie est primordial. Toutefois, plus d’un milliard de
personnes n’ont toujours pas accès à l’électricité, et bien plus encore ne disposent pas d’un
réseau électrique fiable. À l’heure actuelle, la technologie permet l’utilisation de micro-
réseaux hybrides, assurant la génération et le stockage distribué de l’électricité. Ces micro-
réseaux hybrides introduisent des énergies renouvelables, ce qui donne pour résultat une

énergie fiable, durable et rentable.

Réseau principal
= ‏ا‎ Gestion et contrôle

Réseau de transmission de données

‏الات ااه‎

‎Stockage Véhicules @

d'énergie électriques

Photovoltaïques Eoliennes Charges

Figure 1 : Structure d’un micro réseau

Un micro-réseau électrique (microgrid en anglais) est un petit réseau électrique
pouvant fonctionner indépendamment du réseau électrique principal. Il utilise des dispositifs
locaux de production, de stockage et de consommation d’électricité, ainsi qu’une
connexion éventuelle au réseau principal. La production peut se faire à partir de sources
fossiles (groupe électrogène ou micro-turbines à gaz), et/ou à partir de sources renouvelables
(panneaux photovoltaïques, éoliennes, petites centrales hydroélectriques). Le stockage peut
se faire via de nombreuses technologies, comme les batteries. Enfin, la consommation
d’électricité se fait par différents types de charges électriques. La connexion au réseau
principal peut être inexistante, temporaire ou permanente.

Un réseau électrique est dit intelligent (smart grid) si sa gestion intègre des

fonctionnalités issues des Nouvelles Technologies de l’Information et de la Communication

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(NTIC), de manière à optimiser et coordonner la production, la distribution et la

consommation et ce pour améliorer son efficacité énergétique et sa fiabilité.

Le micro-réseau, étudié dans ce sujet, alimente une zone d’habitation et d’activité
économique avec des charges de type tertiaires et des sources intermittentes de production
renouvelable, associés à un moyen de stockage d’énergie. Son schéma de principe est donné
sur la figure 5 en annexe 1(page 13), il est constitué d’un ensemble de charges, d’une
production intermittente à base d’énergie renouvelable (panneaux photovoltaïques et
éoliennes), d’un système de stockage d’énergie composé de batteries et d’une interconnexion

au réseau principal au moyen d’un transformateur 20Kv/ 400v -50Hz.

Le sujet comporte quatre parties indépendantes :
Partie A : Étude générale de la production d'énergie par panneaux photovoltaïques et du
système de stockage d'énergie.
Partie B : Étude du convertisseur d’énergie Continu/Continu (DC/DC)
Partie © : Étude de l’asservissement de positon des panneaux photovoltaïques
Partie D : Étude de la transmission de données du compteur communicant et de la gestion du

micro-réseau

Partie A : Étude générale de la production PV et du système stockage d’énergie

Dans cette partie on se limite à l’étude de la conception du système de production
électrique à partir des panneaux photovoltaïques du micro-réseau. Les charges alimentées par

le micro réseau sont généralement de faibles à moyennes puissances (type tertiaires).

On commence par établir le bilan de puissances et d’énergies demandées par les charges
de l’installation, on détermine le nombre nécessaire des panneaux photovoltaïques puis on

calcule la capacité des batteries de stockage.

A.1. Sur le document réponse 1 (pagel8), on se limite à une liste de récepteurs (types
tertiaires) et leurs durées de fonctionnement quotidiennes. On demande de compléter le
tableau 1 des bilans des puissances et d’énergies et de calculer la puissance totale Pr et

l’énergie quotidienne totale ET.

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NB : Quelque soit la valeur trouvée, on prendra dans la suite: Er=302,4KWh.

A.2. La puissance totale de crête Pc (exprimée en We) que doit produire l’ensemble des
panneaux à installer, est liée à l’énergie totale Er demandée par l’ensemble des charges
par la relation suivante :

E, =kxNexP,

Avec :

- 7 : est un coefficient qui tient compte de plusieurs facteurs : les pertes dans les
câbles, les cycles de charge-décharge des batteries, le rendement du système
Onduleur-Chargeur, etc. Généralement, sa valeur est comprise entre 0,55 et 0,75.

- Ne :est le nombre minimal d’heures d’ensoleillement par jour.

On donne Ne =5 heures (valeur prise en hiver) et k =0,72.

Calculer alors la puissance de crête Pe du parc solaire.

A.3. Selon l’annexe 2 (page 14), qui donne les principales caractéristiques des panneaux
utilisés « Polycristallin VICTRON 250W ».

Calculer le nombre total Nr nécessaire de panneaux.

A.4. Pour le Point de fonctionnement à Puissance Maximale (PPM), on demande de calculer
le nombre Ns de panneaux à mettre en série (un bloc de panneaux en série est nommé
String) pour avoir une tension continue à l’entrée du convertisseur DC/DC Vin=420v.

A.5. En déduire le nombre Np de blocs (ou de string) à mettre en parallèle.

Pour dimensionner la batterie de stockage, une relation simplifiée fait intervenir les
grandeurs suivantes:
- L'énergie totale consommée ET par jour par les différents récepteurs,

- Le nombre de jours Ny d’autonomie nécessaire,

La profondeur de décharge maximale D acceptable par le type de batterie utilisée,
- La capacité C (en Ah) de la batterie, son rendement m, et la tension Up (en volt) à
ses bornes.
E,xN, =n, xDxCxU,
A.6. La batterie utilisée est de type accumulateur au plomb de rendement n, =80% , la

tension continue à ses bornes est Up=48 V et elle supporte une profondeur de décharge
D=0,75. On prévoit une autonomie de ‏را‎ =4 jours en cas de mauvais temps.

Calculer, dans ce cas, la capacité C de la batterie.

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A.7. Quels sont les autres systèmes de stockage d’énergie qu’on peut utiliser ?

Justifier le choix de l’accumulateur au plomb.
Partie B : Étude du convertisseur d’énergie DC/DC.

Le convertisseur DC/DC associé aux panneaux photovoltaïques (voir la figure 6
annexe 3, page 15), permet de chercher le point de puissance maximale avec un système de
commande appelé Maximum Power Point Tracking (MPPT'), en réglant la tension de sortie.

Son schéma de principe est donné ci-dessous (figure 2) :

2
3:3
2
8

Figure 2 : Convertisseur DC/DC

L’interrupteur électronique utilisé est un transistor MOSFET (référence TK39A60W)

commandé en commutation à une fréquence ‏عل‎ hachage 11 ---- 2070775 . La tension à la

sortie du convertisseur V,u (celle du bus continu modélisé par le circuit RC parallèle) est
supposée constante et vaut Vu =510V . Le bloc de «String » en parallèle, peut être
modélisé par un générateur de courant I, de tension V,, . Le transistor MOSFET et la diode

D sont supposés parfaits. Le signal de commande du transistor (tensiony, ), est donné sur le

document réponse 2 page 19. Son rapport cyclique a = Lu 3 0 7 est réglable par le bloc de

commande MPPT.
En régime établi, le courant iz dans l’inductance est périodique et il varie entre deux

valeurs limites ‏نما‎ ‹0 et Inax (conduction continue),

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B.1. Pour0‹t‹aT, , le transistor T est fermé, établir l’équation d’évolution du courant iL
dans l’inductance. On note que ir(0)= Imin et que durant une période de hachageT, , la
tension du bloc de panneaux V,, peut être considérée constante.

B.2. PouraT, ‹t ‹T,, le transistor 1 est ouvert, établir à nouveau l’équation d’évolution du

courant ir dans l’inductance. On note que i1(@T7)= Imax-
B.3. Sur le document réponse 2 page 19, on demande de tracer les allures de :
a) La tension Vr(t) aux bornes du transistor T,
b) Le courant ir(t) dans le transistor T,
c) Le courant in(t) dans la diode D,
d) Le courant ir(t) dans l’inductance ‏مآ‎
‎B.4. Établir l’expression de la valeur moyenne ‹Vr(t)›de la tension aux bornes du transistor.
B.5. On rappelle que le courant iL(t) dans l’inductance est périodique, établir la relation
Vo =FWVn)-
De quel type de hacheur s’agit-il ?
B.6. Établir l’expression de l’ondulation du courant dans l’inductance Air en fonction de :
La fn You -
B.7. Pour quelle valeur du rapport cyclique @ cette ondulation est maximale ?
En déduire l’expression de l’ondulation maximale (AiL) ‏جم‎
‎B.8. Quelle est la valeur minimale que doit avoir l’inductance L, pour limiter l’ondulation
maximale du courant à (AiL) max=1A ?
B.9. En réalité, à l’état passant (T saturé) le transistor T est équivalent à une résistance
R,, 557162 . En négligeant l’ondulation du courant Ipv (Ipy = IL) devant sa valeur
moyenne, établir l’expression des pertes de conduction dans le transistor T.

Calculer sa valeur numérique pour : I,y=32A, a=0,45.

Partie C : Étude de l’asservissement de position des panneaux

Pour une utilisation optimale des panneaux photovoltaïques, la direction des rayons
lumineux doit être perpendiculaire à la surface des panneaux. Pour cela ‏ا‎ est recommandé de
réaliser une poursuite du soleil. On se propose dans cette partie d'étudier un dispositif
permettant d'asservir la position angulaire des panneaux à celle du soleil (figure 7 , annexe3

pagel5) . Pour améliorer l’exposition du panneau vis-à-vis du soleil, l’angle d’inclinaison w

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est constant et vaut environ 35° pour les latitudes méditerranéennes et la surface active du
panneau est orientée vers le sud.

Pour élaborer la consigne, on dispose, grâce à un dispositif préprogrammé, de la
trajectoire du soleil en fonction des heures de la journée. On choisit de programmer 12

positions journalières c’est à dire que l’entrée de référence varie durant une journée par
paliers avec un pas= = . Le dispositif considéré nous délivre une tension de consigne uc(t)
variant de 0 à +10V. Le capteur de position utilisé délivre une mesure de la position du
panneau umes(t) variant de 0 à +10V.

Le moteur d’entraînement est à Courant Continu (MCC). Il est commandé par

l'intermédiaire d'un hacheur modélisé par un gain pur Kn= 15. Le réducteur possède un

rapport de réduction r = ‏كك‎ _50. Le schéma fonctionnel de l'asservissement est donné ci-

dessous, figure 3.

Uc(p) ep) Correcteur U(p)

Unes ( 0 )

10] MCC + Charge
Capteur
Figure 3 : schéma fonctionnel de l’asservissement de position

Le moteur est à excitation par aimant permanent. L'effet de l'inductance de l'induit est négligé,

le comportement électromécanique de la MCC est modélisé par les équations suivantes :

avec k = 0,7 Vs} rad, et R=1,25 0 .
L'équation mécanique de l’arbre du moteur est : Jeq ‏د‎ = Cn(t) — C,(t) (4).

Jeq = 0,8 kg.m° : moment d’inertie équivalent de l’ensemble (Moteur+Charge) ramené à
l’arbre moteur.

C.1. Donner la relation reliant la position du panneau 6p(t) à la vitesse de rotation Qp(t) de

l’arbre de sortie du réducteur. En déduire l’expression de u(p).

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C.2. En supposant le couple résistant Cr(t)=0, et toutes les conditions initiales nulles,
appliquer les transformées de Laplace des équations (1), (2), (3) et (4).

de l’ensemble

C.3. Établir alors l’expression de la fonction de transfert M(p)=

(Moteur+Réducteur).

C.4. En déduire que l'expression de la Fonction de Transfert en Boucle Ouverte FTBO peut

prendre la forme suivante : H(p) = C(p)

C.5. Donner les expressions et calculer les valeurs des paramètres : G et T.
Quelque soient les valeurs trouvées, on prendra par la suite G=1.4, T=2 s
C.6. On donne en annexe 4 page 16, le diagramme de Bode de cette FTBO non corrigée,
c'est-à-dire pour C(p) = 1.
a) Que peut-on dire de la stabilité de l’asservissement ?
b) Calculer la valeur de l’erreur de position en régime permanent ? justifier votre
réponse.
c) Donner l’expression de la fonction de la fonction de transfert en boucle fermée F(p) et

1+ 2 + 2

la mettre sous la forme : F(p)=

d) En déduire les valeurs numériques du gain G, de la pulsation propre œ, et
l’amortissementz.
e) À partir des abaques de l’Annexe 4 page 16, déterminer la valeur du temps de réponse
trsæ du système bouclé et la valeur du premier dépassement D1%.
C.7. À partir du diagramme de Bode (figure 10 Annexe 4 page 16), relever la valeur de la
marge de phase Ag du système (C(p)=1).
C.8. Le cahier des charges de l’asservissement exige que la FTBO doit présenter une marge
de phase A@ › 45° et une bande passante › plus large. Peut-on satisfaire ces exigences

avec un correcteur proportionnel intégral (PI) ? justifier votre réponse.

1+atp
€ 1+tp

C.9. On choisit alors d’utiliser un correcteur à avance de phase : C(p) = K avec a › 1.

On donne ses relations caractéristiques dans l’annexe 4 page 16. Pour régler ce
correcteur, on choisit de fixer la pulsation ‏كدت‎ à la pulsation unitaire voulue
‏رمه‎ = 7.5rad/s. Et on doit déterminer les valeurs des paramètres du correcteur : a, 7 et Ke

conduisant aux performances souhaitées. Pour cela, on demande :

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a) Donner la valeur que doit prendre arg(CGœ, ‏,ه770‎ ))pour obtenir la marge de phase
désirée.

b) En déduire l'apport de phase Em nécessaire à la pulsation &1=7.5 rad/s.

c) Calculer la valeur du paramètre a permettant d'obtenir cette valeur de ‏يتدم‎

d) En déduire la valeur de la constante du temps › pour que cette phase soit bien atteinte
à la pulsation OM =&1 = 7.5 rad/s.

e) Calculer la valeur du gain Ke du correcteur pour que la FTBO corrigée ait bien un gain

unitaire à cette pulsation.

Partie D : Étude de la transmission de données et gestion du micro-réseau

Le compteur communicant constitue la première brique dans le micro-réseau
intelligent. 11 mesure et transmet en temps réel : la puissance, le courant, la tension et le
facteur de puissance, etc. Il peut être équipé de dispositifs de coupure commandés à distance
(délestage). Il offre également au client du réseau la possibilité d’être informé en temps réel
de ses consommations et de piloter automatiquement ses charges grâce à un bornier-client
prévu sur l’appareil, appelé « sortie de télé-information client ». Ce bomier transmet les
données sur une liaison filaire appelée « bus de télé-information client » sur lequel on peut
raccorder une passerelle et offrir d’autres possibilités de transmission (Ethernet, Modem

GSM/GPRS).

Compteur Communinicant Internet
Passerelle Serveur HTTP

Figure 4 : Liaison de données d’un compteur communicant

Dans cette partie, on étudie la transmmission des données entre le compteur
communicant et le service de gestion du réseau. La sortie utilisée est de type asynchrone

classique et les informations sont transmises cycliquement en série sur la ligne. Chaque

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donnée transmise est précédée d'une étiquette permettant de l'identifier. L’ensemble des
caractéristiques physiques des signaux échangés est conforme à la norme RS232. La vitesse
de transmission est configurable par le gestionnaire du réseau entre 1200 et 19200 bauds via
une variable du compteur. Les nivaux électriques des signaux utilisés dont définis selon la

norme V28.

L’accès au compteur est à réaliser à l’aide d’un câble de liaison RS232 à double prise
RJ45. Chaque caractère est émis dans un ensemble cohérent de 10 bits dont la constitution est
la suivante :
un bit de start correspondant à un "0" logique, Niveau logique ‘0?

V7 bits pour représenter le caractère en ASCII, _

V1 bit de parité, parité paire,

Norme électrique V28

V un bit de stop correspondant à un "1" logique. Niveni logique "1

Le bit de poids le plus faible LSB (Least Significant Bit) est transmis en premier, le bit de
poids le plus fort MSB (Most Significant Bit) en dernier.

Sens d’émission
Les informations sont émises sous la forme de trames constituées de groupes
d'information successifs. Une trame est constituée de trois parties (Annexe Spage 17,
figure 11) :

v Le début de la trame est identifié par le caractère ASCII «STX : Start of TeXt »

v Le corps de la trame composé d’un ou plusieurs groupes d'informations,

v La fin de la trame est indiquée par le caractère ASCII « ETX : End of TeXt »

Pour pouvoir les distinguer les unes des autres, toutes les données du compteur sont
délivrées par groupes d'informations comportant une étiquette et une valeur associée
(Annexe 5 page 17 ). Le caractère du champ de contrôle d’erreur « checksum » de chaque
groupe d’informations permet de vérifier l’intégrité des informations du groupe. Sa valeur est
définie conformément à la règle suivante :

Checksum = (S1 & 3Fh) + 20h.

Avec : & est le « ET logique »

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Il est calculé sur la zone comprenant l'ensemble des caractères compris entre le début du
champ « étiquette » et la fin du champ « donnée » en incluant tout caractère-séparateur placé

entre les champs « étiquette » et « donnée ».

D.1. Sur le document réponse 3 page 20, tracer les chronogrammes des signaux
transmettant : le caractère “E?, puis le caractère fonction ESC et préciser la valeur du bit
de parité br.

1.2. Sur le document réponse 3 compléter en hexadécimal le codage de la trame
transmettant la consommation en heure creuse : « HCHC 001065963 ».(Voir Annexe 1
page 13)

D.3. La somme (sur 16 bits) des caractères ASCII est S7=0304h. Calculer, alors, la valeur du
champ de contrôle d’erreur « Checksum » correspondant à cette trame.

D.4. Calculer la durée minimale nécessaire pour transmettre ce groupe d’informations

contenant le numéro du compteur si la vitesse de transmission est réglée à 19200 bauds.

Le système de gestion a pour tâche principale de prendre les décisions nécessaires : choisir
le mode d’opération et le programme de génération, imposer les consignes des générateurs ou
délester des charges, etc. Il se base sur les informations disponibles : état électrique du réseau
principal et du micro réseau, disponibilité des générateurs et des systèmes de stockage,
prévisions de consommation et de disponibilité d’énergie, prix de l’électricité dans le marché.
On distingue principalement, trois modes de fonctionnement :

v Mode de Surproduction : La production d'énergie renouvelable Pern est supérieure à la
consommation instantanée Pen. Et la quantité d'énergie soutirée au réseau électrique est
nulle. La gestion du surplus d'énergie s'appuie sur l'état du réseau. Si celui-ci est soumis à
une forte demande (Heures de pointe, Ip=1), le surplus d'énergie y sera injecté. Sinon, si
la batterie n'est pas déjà totalement chargée, le surplus d'énergie est en partie ou en
totalité stocké.

‎Mode d’Équilibre : Toute l'énergie produite est autoconsommée et aucune interaction‏ كه
‎avec le réseau électrique et la batterie n'est nécessaire.‏

‎y Mode de Sous-production : La consommation énergétique est supérieure à la production.
Dans ce cas, l'énergie produite localement est entièrement autoconsommée. Mais, pour
satisfaire les besoins du consommateur, le déstockage de l'énergie présente dans la
batterie est favorisé, à condition que celle-ci soit suffisamment chargée. Sinon, la quantité

‎d'énergie manquante est soutirée au réseau électrique.

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Les variables représentant les grandeurs du système sont : la puissance demandée par
les charges Pen, la puissance produite localement Pern , l’énergie stockée dans la batterie Ez,
un Indicateur horaire indique la période de pointe Inp=1.

Les interrupteurs commandés à distance, permettent : d’injecter de l’énergie produite
dans le réseau principal (Krnjec), d’alimenter des charges à partir du réseau principal (Karimr),

de charger de la batterie (Kcnars) OU d’alimenter les charges à partir de la batterie (Kpechb)-

D.5. Sur le document réponse 4 page 21, indiquer les grandeurs d’entées sorties du système
de gestion du micro-réseau.
D.6. Sur le document réponse 4 page 21, compléter également les transitions de son

diagramme d’état.

Fin du Sujet

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Annexe 1

Réseau principal
20Kv — 50Hz

Compteur
= d'énergie

7 0202
‎HA‏ نا نمطم

‎NH 557‏ ا

‎Écoliennes Panneaux Photovoltaïques (PV) Batteries Charges

‎Production intermittente Stockage Consommation

‎Figure 5: schéma de principe du micro réseau

‎x} .«‏ اا ]. ]8 اها }9 }8 7 كه اق 4 }3 }2 ال
‎STX so‏

‎Table du code ASCII des caractères en Hexadécimal

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Annexe 2

Panneau solaire Polycristallin VICTRON 250W / 76

Caractéristiques techniques

Dimensions Module 1650 x 992 x 40 mm

Surface du Verre (sans le cadre

Puissance nominale Pn
Tension à puissance max. Vmpp

Courant à puissance max. Impp

Tension en circuit ouvert Veo 36.01 V
Courant de court-circuit Ice 94A
Type de cellules Polycristallin
Nombre de cellules couplées en série 60
Tension maximale système 1000 V
Coefficient de température de Pmpp (9) -0,48/°C
Coefficient de température de Veo (%) -0,35/°C
Coefficient de température de Is (%) +0,037/°C
Température de fonctionnement -40°C à +85°C
Tolérance de puissance +/-3%
Cadre Aluminium

+— | mpp : Point de
a : Puissance Maximum. |

Les caractéristiques courant-tension I(V) et puissance-tension P(V).

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Annexe 3

Bus Continu

Convertisseur

Action sur œ

Commande
PPMT

Figure 6 : Commande du convertisseur DC/DC

Soleil au Zénith

Réducteur

Figure 7 : système d’asservissement de position.

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إنفو

2
9
2
1

16/21

= KcvVa

Gain à la pulsation om

1 + sin pm
1 — sin pm

a+1

‎arcsin‏ = يرم

‎Pulsation de pm

‎38

‎1+Tp

‎un correcteur à avance de phase : C(p)

‎tiques d’

‎éris

‎34

‎Caract

‎ême non corrigé

‎de Bode de La FTBO du sys

‎Tracé

‎Figure 10 :

‎Pulsation en rad/s

‏ل م1 21290

‎0 ‏من‎ o]nNpoiN

‎fig

‎épassemen

‎Figure 8 : D

‎ure 9: Temps de réponse du 2°" ordre

‎t du 2ème ordre

‎‘amortissement du second ordre

‎efficient d'

‎003005 0,10

‎2 : Facteur d'amortissement

‎40 60 100

‏بال
‎SEE‏ 0111

‎2 345710

‎Annexe 4

‎29 Dépassement

‎JHep1 queurssedaq

‎session 2018

‎énie électrique

‎Filière : TSI

‎Concours National Commun

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Annexe 5

1 I
Début ١ Fin
de la trame | Space (Espace) | de la trame
y pd pa ‏واد اسه ا‎ ١
LF Champ étiquette sP Champ donnée sP Champ contrôle CR
OAh (‹ 8 caractères) 20h (Taille variable) 20h (Checksum) ODh
| ' Étendu de la zone prise en compte dans le calcul du Chechsum ,
Somme 1
Début du groupe Fin du groupe Information
« Line Feed » « Carriage Return »
Figure 11: Composition d’un groupe d’information
Extrait de la liste des groupes d'information :
5 : ‏ل‎ Nombre 1
Désignation Etiquette de cérectèrés Unité
Adresse du compteur ADCO 12
Option tarifaire choisie OPTARIF 4 wh
Index option Base BASE
Index option Heures :
Heures Creuses HCHC
Heures Pleines HCHP
Index option EJP
Heures Normales EJPHN
Heures de Pointe Mobile EJPHP
Période Tarifaire en cours PTEC
Mot d'état du compteur MOTETAT
Exemple de données transmises :
ADCO 524563565245 / € N° d’identification du compteur : ADCO (12 caractères)
OPTARIF HC.. › € Option tarifaire (type d’abonnement) : OPTARIF (4 car.)
ISOUSC 20 8 € Intensité souscrite : ISOUSC ( 2 car. ampères)
HCHC 001065963 _ € Index heures creuse si option = heures creuses : HCHC ( 9 car. Wh)
HCHP 001521211 ' € Index heures pleines si option = heures creuses : HCHP ) 9 car. Wh)
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session 2018

Énergie
totale (Wh)

Génie électrique

Filière : TSI

Document Réponse 1

Concours National Commun

A.1) Bilan de puissances et d’énergies des récepteurs tertiaires

Durée moyenne
de Puissance
fonctionnement totale (W)
(heures/Jour)

/semaine)
Soit 0,4 h

(1 fois/semaine)
soit 0,25 h

Total :

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Puissance
unitaire

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nombre

Équipement

Ampoule

Ampoule
LED globe

Frigo A+

Lave-
vaisselle A+

Lave-linge

Ordinateur

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Usage

Écl airage

public

Éclairage

d’intérieur

Réfrigération

Lave-vaisselle

Lave-linge

Informatique

Audio-visuel

— صفحة 19 —
Concours National Commun Filière : TSI Génie électrique session 2018

Document Réponse 2

B.3) Chronogrammes :

Ves(t) +V9=30v

Imax

Imin

Imin

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Concours National Commun Filière : TSI Génie électrique session 2018

Document Réponse 3

Horloge

Transmission du caractère ‘“E’=45h=1000101

Transmission du caractère ESC=1Bh=0011011

% ‏بور اد‎ CH ‏ته نا 5 % 63 59 6 10 00“ عن‎

Codage de la trame transmettant la consommation
en heure creuse : » HCHC 001065963 »

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Concours National Commun

Filière : TSI

Génie électrique

session 2018
Document Réponse 4
Système de
ces gestion du ‏باك‎
‎micro-réseau
‎Les entrées/Sortie du système de gestion du micro-réseau

Mode d’Équilibre

Kimjec=0,
Katmr=0,
Kcn=0,

Kbechs=0 0

Exit /
Mode Surproduction

Entry Ent
Do: Do:
if En‹Ebmax Kcn=1l, Kimjec=0,
if Hp(t)=1 ‏ع‎ Es =Ebma Kcns=0,
Kinjec =l 0
Katimr=0, —occe”” vecu

if En›Epmin Kpech=1l ,
else Katimr=1
Exit /
Exit/

Mode Sous-production

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✅ التصحيح المقترح

هذا تصحيح مقترح من إعداد فريق wadifa-info لمساعدتك على فهم منهجية الإجابة — وليس تصحيحاً رسمياً صادراً عن الإدارة المنظِّمة. أسئلة هذا الامتحان محررة بالفرنسية، لذلك التصحيح محرر بالفرنسية أيضاً.

Ce sujet est l'épreuve de génie électrique du Concours National Commun (CNC) 2018, filière TSI des classes préparatoires, pour l'accès aux écoles d'ingénieurs. Temps conseillé : 3 heures, calculatrice autorisée. Le support est un micro-réseau hybride (panneaux photovoltaïques, éoliennes, batteries, raccordement 20 kV/400 V). C'est un problème en quatre parties indépendantes : A, bilan énergétique, dimensionnement du champ PV et de la batterie ; B, hacheur DC/DC avec commande MPPT ; C, asservissement de position d'un panneau suiveur et correcteur à avance de phase ; D, télé-information client (liaison RS232/V28, trame, checksum) et diagramme d'états de la gestion du micro-réseau. Voici une correction méthodologique proposée.

💡 Avant de commencer : les parties sont indépendantes et l'énoncé donne des valeurs de reprise (ET = 302,4 kWh, G = 1,4, T = 2 s) : utilisez-les même si votre calcul diffère. A et D sont des points rapides. B est le cours du hacheur parallèle. C est le morceau long : diagramme de Bode, abaques du second ordre et réglage de l'avance de phase avec les formules de l'annexe 4. Pour les documents-réponse, donnez les niveaux et les instants clés en toutes lettres sur la copie.

Partie A - Production PV et stockage

A.1) Bilan (document réponse 1)

UsageNombre × P unitairePuissance totale (W)Durée (h/j)Énergie (Wh/j)
Éclairage public24 × 409606,8756 600
Éclairage intérieur480 × 157 200536 000
Réfrigération120 × 15018 000472 000
Lave-vaisselle120 × 1200144 0000,457 600
Lave-linge120 × 2500300 0000,2575 000
Informatique120 × 607 200428 800
Audiovisuel120 × 809 600219 200
TotalPT = 486 960 W ≈ 487 kWET = 295 200 Wh ≈ 295,2 kWh

Le calcul donne 295,2 kWh. L'énoncé impose de poursuivre avec ET = 302,4 kWh, ce qu'on signale sur la copie.

  • A.2) Pc = ET/(k·Ne) = 302 400/(0,72 × 5) = 84 000 Wc = 84 kWc.
  • A.3) NT = 84 000/250 = 336 panneaux.
  • A.4) Ns = Vin/Vmpp = 420/30 = 14 panneaux en série par string.
  • A.5) Np = 336/14 = 24 strings en parallèle (courant total au point de puissance maximale ≈ 24 × 8,33 ≈ 200 A).
  • A.6) C = ET·NJ/(ηb·D·Ub) = 302 400 × 4/(0,8 × 0,75 × 48) = 42 000 Ah sous 48 V.
  • A.7) Autres moyens de stockage : accumulateurs lithium-ion, NiCd ou NiMH, batteries à flux, supercondensateurs, volants d'inertie, stockage hydraulique par pompage (STEP), hydrogène (électrolyseur et pile à combustible), air comprimé, stockage thermique. Choix du plomb : technologie mature, faible coût par kWh, robuste, disponible, recyclable à plus de 95 %, bien adaptée au stationnaire (le poids n'y est pas gênant). Ses limites : nombre de cycles et profondeur de décharge réduits, d'où D = 0,75.

Partie B - Convertisseur DC/DC (hacheur)

  • B.1) T fermé (0 ≤ t ≤ αTh) : vL = Vin, donc iL(t) = Imin + (Vin/L)·t, une rampe croissante.
  • B.2) T ouvert, D passante : vL = Vin − Vout < 0, donc iL(t) = Imax − [(Vout − Vin)/L]·(t − αTh), une rampe décroissante.
  • B.3) Chronogrammes (document réponse 2). T conduit quand vgs = +V0, sur [kTh, (k+α)Th].
    • a) vT vaut 0 pendant la conduction de T et Vout = 510 V pendant [αTh, Th] : c'est un créneau.
    • b) iT suit iL, rampe montante de Imin à Imax, sur [0, αTh], et vaut 0 ailleurs.
    • c) iD vaut 0 sur [0, αTh] puis suit la rampe descendante de Imax à Imin sur [αTh, Th].
    • d) iL est un signal triangulaire entre Imin et Imax : il monte pendant αTh et descend pendant (1 − α)Th, avec iL = iT + iD.
  • B.4) <vT> = (1 − α)·Vout.
  • B.5) iL est périodique, donc <vL> = 0 et Vin = <vT>, d'où Vout = Vin/(1 − α). C'est un hacheur parallèle (élévateur, boost). Pour Vin = 420 V et Vout = 510 V, α ≈ 0,18.
  • B.6) ΔIL = Vin·αTh/L = α(1 − α)·Vout/(L·fh).
  • B.7) Le produit α(1 − α) est maximal pour α = 0,5, d'où (ΔIL)max = Vout/(4L·fh).
  • B.8) L ≥ Vout/(4fh·ΔImax) = 510/(4 × 20 000 × 1) = 6,4 mH (6,375 mH).
  • B.9) T conduit Ipv pendant αTh, donc IT,eff2 = α·Ipv2 et Pcond = RDS·α·Ipv2 = 0,055 × 0,45 × 322 ≈ 25,3 W.

Partie C - Asservissement de position des panneaux

  • C.1) Ωp = dθp/dt, donc θp(p) = Ωp(p)/p et µ(p) = 1/p (un intégrateur).
  • C.2) U(p) = E(p) + R·I(p) ; E(p) = k·Ω(p) ; Cm(p) = k·I(p) ; Jeq·p·Ω(p) = Cm(p).
  • C.3) On élimine I : U = kΩ + (RJeq/k)·pΩ, d'où Ω/U = (1/k)/(1 + τmp) avec τm = RJeq/k2. Comme Ωp = Ω/r : M(p) = [1/(k·r)]/(1 + τmp).
  • C.4) H(p) = C(p)·KH·M(p)·(1/p)·(10/π) = C(p)·G/[p(1 + Tp)].
  • C.5) G = 10KH/(π·k·r) = 150/(π × 0,7 × 50) ≈ 1,36, et T = RJeq/k2 = 1,25 × 0,8/0,49 ≈ 2,04 s. Ces valeurs sont cohérentes avec G = 1,4 et T = 2 s imposés pour la suite.
  • C.6 a) La phase de la FTBO reste comprise entre −90° et −180° sans jamais atteindre −180° : la marge de gain est infinie. La FTBF est un second ordre à coefficients positifs. Le système bouclé est stable.
  • C.6 b) La FTBO contient un intégrateur (classe 1), donc l'erreur de position (réponse à un échelon) est nulle en régime permanent : ε = lim p·E(p) = lim 1/(1 + H(p)) = 0.
  • C.6 c) F(p) = H/(1 + H) = G/(Tp2 + p + G) = 1/(1 + p/G + Tp2/G).
  • C.6 d) GF = 1 ; ωn = √(G/T) = √0,7 ≈ 0,84 rad/s ; 2z/ωn = 1/G, donc z = ωn/(2G) = 1/(2√(GT)) ≈ 0,30.
  • C.6 e) Abaques : pour z = 0,3, D1 ≈ 37 % (exp(−πz/√(1 − z2)) = 0,37) et ωn·tr5% ≈ 10, d'où tr5% ≈ 10/0,84 ≈ 12 s. La lecture sur l'abaque est approximative.
  • C.7) Sur le Bode, le gain passe par 0 dB vers ω ≈ 0,77 rad/s. Par le calcul : 1,4 = ω√(1 + 4ω2), soit 4ω4 + ω2 − 1,96 = 0, ω2 ≈ 0,586 et ω ≈ 0,77 rad/s. La phase y vaut −90° − arctan(1,53) ≈ −147°, donc Δφ ≈ 33°.
  • C.8) Non. Un PI apporte un déphasage négatif (jusqu'à −90° aux basses fréquences) : il diminue encore la marge de phase au lieu de la porter à 45°, et il n'élargit pas la bande passante. Il améliorerait la précision (classe 2), ce qui n'est pas le besoin ici. Il faut un correcteur qui ajoute de la phase : l'avance de phase.
  • C.9 a) Pour Δφ = 45° à ω1 : arg[C(jω1)·H(jω1)] = −135°.
  • C.9 b) Sans correction, à 7,5 rad/s : −90° − arctan(2 × 7,5) = −90° − 86,2° = −176,2°. Il faut donc φM = −135° + 176,2° ≈ 41,2°.
  • C.9 c) a = (1 + sin φM)/(1 − sin φM) = 1,659/0,341 ≈ 4,86.
  • C.9 d) τ = 1/(ωM√a) = 1/(7,5 × 2,204) ≈ 0,060 s, et aτ ≈ 0,29 s.
  • C.9 e) |H(j7,5)| = 1,4/(7,5·√(1 + 152)) = 1,4/112,7 ≈ 0,0124. On impose Kc·√a·0,0124 = 1, d'où Kc ≈ 1/(0,0124 × 2,204) ≈ 36,5.

Partie D - Télé-information et gestion du micro-réseau

  • D.1) Chronogrammes (document réponse 3). En norme V28, le « 0 » logique correspond à +15 V et le « 1 » à −15 V ; la ligne au repos est à −15 V. Chaque caractère occupe 10 bits : start, 7 bits de données avec le LSB en premier, parité paire, stop.
    • 'E' = 45h = 100 0101. Bits émis de b0 à b6 : 1 0 1 0 0 0 1. Ils contiennent trois « 1 », donc bP = 1. Séquence : start 0 (+15 V), puis 1 (−15), 0 (+15), 1 (−15), 0 (+15), 0 (+15), 0 (+15), 1 (−15), parité 1 (−15), stop 1 (−15).
    • ESC = 1Bh = 001 1011. Bits émis de b0 à b6 : 1 1 0 1 1 0 0. Ils contiennent quatre « 1 », donc bP = 0. Séquence : start (+15), puis −15, −15, +15, −15, −15, +15, +15, parité 0 (+15), stop (−15).
  • D.2) Codage hexadécimal de « HCHC 001065963 ». Le document réponse écrit « STS » pour STX, c'est une coquille. Trame : 02h | 0Ah | 48h 43h 48h 43h | 20h | 30h 30h 31h 30h 36h 35h 39h 36h 33h | 20h | 24h (checksum) | 0Dh | 03h.
  • D.3) Vérification : 2 × (48h + 43h) + 20h = 136h, et la somme des chiffres vaut 1CEh, soit S1 = 304h (conforme). Checksum = (304h & 3Fh) + 20h = 04h + 20h = 24h, soit le caractère « $ ».
  • D.4) Groupe ADCO : LF + « ADCO » (4) + SP + numéro (12) + SP + checksum + CR = 21 caractères × 10 bits = 210 bits, d'où tmin = 210/19 200 ≈ 10,9 ms. Si l'on compte aussi STX et ETX (trame isolée), on a 23 caractères et ≈ 12 ms. L'énoncé ne précise pas s'il faut les inclure.
  • D.5) Entrées et sorties. Entrées : Pch (puissance demandée), Pern (production renouvelable), Eb (énergie stockée), IHP (indicateur d'heures de pointe). Sorties : KInjec, KAlimR, KCharb, KDechb.
  • D.6) Transitions du diagramme d'états.
    • Équilibre → Sous-production : Pern < Pch.
    • Sous-production → Équilibre : Pern ≥ Pch.
    • Équilibre → Surproduction : Pern > Pch.
    • Surproduction → Équilibre : Pern ≤ Pch.

💡 Résultats clés à retenir : PT ≈ 487 kW, ET calculée à 295,2 kWh (302,4 kWh imposé), Pc = 84 kWc, 336 panneaux (14 en série × 24 en parallèle), C = 42 000 Ah ; hacheur boost avec Vout = Vin/(1 − α), L ≥ 6,4 mH, Pcond ≈ 25,3 W ; G ≈ 1,36, T ≈ 2 s, z ≈ 0,3, ωn ≈ 0,84 rad/s, D1 ≈ 37 %, tr5% ≈ 12 s, Δφ ≈ 33° ; φM ≈ 41°, a ≈ 4,86, τ ≈ 0,06 s, Kc ≈ 36,5 ; parité 1 pour 'E' et 0 pour ESC, checksum 24h. Pour le GE TSI du CNC, révisez : le dimensionnement PV et batterie, les hacheurs série et parallèle (ondulation, pertes), la modélisation de la MCC, les systèmes du second ordre et leurs abaques, les marges sur le diagramme de Bode, les correcteurs PI et à avance de phase, la trame asynchrone (V28, parité), les codes ASCII et checksum, ainsi que les diagrammes d'états.

أسئلة شائعة حول هذا النموذج

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هذا النموذج من مباراة نظمتها المباراة الوطنية المشتركة CNC (الأقسام التحضيرية). ويخصّ درجة: مباراة ولوج المدارس العليا للمهندسين.
ما هي دورة هذا الامتحان ولغة أسئلته؟
الدورة: 2018. والأسئلة باللغة الفرنسية.
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جمعنا نماذج نفس العائلة في صفحة ولوج المدارس والمعاهد العليا: /نماذج-مباريات/المدارس-والمعاهد-العليا، مرتّبة حسب الدورة من الأحدث إلى الأقدم.

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