نموذج المباراة الوطنية المشتركة CNC 2018: الهندسة الكهربائية - شعبة TSI لولوج مدارس المهندسين
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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
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— 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. 1/21 نماذج المباريات من موقع وظيفة إنفو wadifa-info.com — صفحة 2 — 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 2/21 نماذج المباريات من موقع وظيفة إنفو wadifa-info.com — صفحة 3 — Concours National Commun Filière : TSI Génie électrique session 2018 (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. 3/21 نماذج المباريات من موقع وظيفة إنفو wadifa-info.com — صفحة 4 — Concours National Commun Filière : TSI Génie électrique session 2018 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. 4/21 نماذج المباريات من موقع وظيفة إنفو wadifa-info.com — صفحة 5 — Concours National Commun Filière : TSI Génie électrique session 2018 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), 5/21 نماذج المباريات من موقع وظيفة إنفو wadifa-info.com — صفحة 6 — Concours National Commun Filière : TSI Génie électrique session 2018 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 6/21 نماذج المباريات من موقع وظيفة إنفو wadifa-info.com — صفحة 7 — Concours National Commun Filière : TSI Génie électrique session 2018 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). 7/21 نماذج المباريات من موقع وظيفة إنفو wadifa-info.com — صفحة 8 — Concours National Commun Filière : TSI Génie électrique session 2018 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 : 8/21 نماذج المباريات من موقع وظيفة إنفو wadifa-info.com — صفحة 9 — Concours National Commun Filière : TSI Génie électrique session 2018 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 9/21 نماذج المباريات من موقع وظيفة إنفو wadifa-info.com — صفحة 10 — Concours National Commun Filière : TSI Génie électrique session 2018 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 » 10/21 نماذج المباريات من موقع وظيفة إنفو wadifa-info.com — صفحة 11 — Concours National Commun Filière : TSI Génie électrique session 2018 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. 11/21 نماذج المباريات من موقع وظيفة إنفو wadifa-info.com — صفحة 12 — Concours National Commun Filière : TSI Génie électrique session 2018 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 12/21 نماذج المباريات من موقع وظيفة إنفو wadifa-info.com — صفحة 13 — Concours National Commun Filière : TSI Génie électrique session 2018 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 13/21 نماذج المباريات من موقع وظيفة إنفو wadifa-info.com — صفحة 14 — Concours National Commun Filière : TSI Génie électrique session 2018 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). 14/21 نماذج المباريات من موقع وظيفة إنفو wadifa-info.com — صفحة 15 — Concours National Commun Filière : TSI Génie électrique session 2018 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. 15/21 نماذج المباريات من موقع وظيفة إنفو wadifa-info.com — صفحة 16 — نماذج المباريات من موقع وظيفة 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 — صفحة 17 — Concours National Commun Filière : TSI Génie électrique session 2018 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) 17/21 نماذج المباريات من موقع وظيفة إنفو wadifa-info.com — صفحة 18 — 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 : نماذج المباريات من موقع وظيفة إنفو Puissance unitaire 18/21 nombre Équipement Ampoule Ampoule LED globe Frigo A+ Lave- vaisselle A+ Lave-linge Ordinateur wadifa-info.com 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 19/21 نماذج المباريات من موقع وظيفة إنفو wadifa-info.com — صفحة 20 — 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 » 20/21 نماذج المباريات من موقع وظيفة إنفو wadifa-info.com — صفحة 21 — 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 21/21 wadifa-info.com نماذج المباريات من موقع وظيفة إنفو
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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)
| Usage | Nombre × P unitaire | Puissance totale (W) | Durée (h/j) | Énergie (Wh/j) |
|---|---|---|---|---|
| Éclairage public | 24 × 40 | 960 | 6,875 | 6 600 |
| Éclairage intérieur | 480 × 15 | 7 200 | 5 | 36 000 |
| Réfrigération | 120 × 150 | 18 000 | 4 | 72 000 |
| Lave-vaisselle | 120 × 1200 | 144 000 | 0,4 | 57 600 |
| Lave-linge | 120 × 2500 | 300 000 | 0,25 | 75 000 |
| Informatique | 120 × 60 | 7 200 | 4 | 28 800 |
| Audiovisuel | 120 × 80 | 9 600 | 2 | 19 200 |
| Total | PT = 486 960 W ≈ 487 kW | ET = 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.
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المصدر: مباريات ولوج المدارس والمعاهد العليا
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