Sistemas eléctricos Tarea 00 20060745

Nodos de los diagramas

• Unidad 0 Conceptos generales 

• Capitulo 1 Introduccion al analisis basico de circuitos electricos

• Capitulo 5 Respuesta  a la frecuenciay resonancia en circuitos electricos 

• Capitul 2 circuitos resistivos

• Capitulo 4 Circuitos electricos de corriente alterna

• Capitulo 3

• Circuito o red eléctrica. - colección de elementos eléctricos interconectado. Generalmente estará sujeto a una entrada (excitación) y se produce una respuesta (salida).

• Carga eléctrica. – La materia está formada por átomos. Estos están formados por neutrones y protones en el núcleo y por electrones que orbitan alrededor.  Normalmente el átomo es neutro eléctricamente y a mayor presencia de protones (+) o electrones (-) tendrá un carácter eléctrico. La interacción entre átomos no neutros se manifiesta como fuerza eléctrica; cargas iguales se repelen y cargas de signo contrario se atraen.

• Corriente eléctrica. – El propósito de un circuito eléctrico es el de mover o transferir cargas a lo largo de trayectorias determinadas. La corriente viene dada por i=dqdt su unidad básica es el amperio (A), que es la corriente que fluye cuando 1C de carga pasa por un segundo en una sección (1A = 1C/s).

• Tipos de corriente: 1. Continua o directa (DC) usada en circuitos electrónicos. 2. Corriente alterna (CA) usada como corriente doméstica. 3. Corriente exponencial aparece en fenómenos transitorios (Interruptor) 4. Corriente en dientes de sierra útiles en aparatos de rayos catódicos para visualizar formas de ondas eléctricas.

• Fuerza electromotriz. – Las cargas de un conductor metálico (electrones  libres) pueden moverse de manera aleatoria. Al aplicar una fuerza electromotriz (ξ) se produce un movimiento ordenado de las cargas.

• Voltaje. – Es el trabajo realizado para mover una carga unitaria (1C) a través del elemento de una terminal a otra, este estará indicado con un signo + o -. La unidad del potencial eléctrico es el voltio (V).

• Energía. – Al transferir carga a través de un elemento, efectúa[EA1]  trabajo o se suministra energía. Si una corriente positiva entra por la terminal positiva una fuerza externa está impulsando la corriente, suministra entrega energía. Si la corriente positiva sale por la terminal positiva el elemento está entregando energía al circuito externo.  [EA1]

• Potencia. – La unidad fundamental es el vatio (W) y se define como la energía consumida o trabajo producido por unidad de tiempo (1W = 1J/s). la potencia será unca cantidad variable en el tiempo. La expresión se denomina potencia instantánea ya que expresa la potencia en el instante en que se miden v e i.

• Elementos eléctricos activos y pasivos. – Un elemento es pasivo en un circuito si no puede suministrar mas energía que la que tiene previamente, se le suministra por el resto del circuito. Los resistores (R), capacitores (C) e inductores (L) son elementos pasivos. Los activos son generadores, baterías y dispositivos electrónicos que requieren fuentes de alimentación.

• Fuente de voltaje independiente. – Es un elemento de dos terminales que mantienen un voltaje especifico entre sus terminales a pesar del resto circuito que está conectado a él.

• Fuente de corriente independiente. – Elemento de dos termnales a traves de la cual fluye una corriete especificada. Su valor esta data por la funcion fuente y la direccion de referencia de la funcion de fuente por la flecha dentro de la fuente.

• Ley de ohm. – postula que el voltaje a travesde una resistencia es directamente proporcional a la coriente que pasa por la resistencia. La constante de proporcionaidad es el valor de la resistencia en ohmios (1Ω = 1V/A). Todas las resistencas son lineales debido a diversos factores como temperatura, intensidad.

• Tipo de resistencias. – existen diversos tipos de resistecia según como esten fabricadas, potencia, precision, etc. Bobinadas: Aquellas que su valor resistivo se obtiene basandose en una cierta ongitud y seccion de ilo dedeterminado material. Carbon: Normalmente se usanen electronica. Su valor resistivo se obtiene por medio de polvo carbon mezclado con aglomerante. Pelicula: Resistencias de mayor precision y se suelen usar en circuitos electronicos de alta precision. Los materiales usados mas comunes son las peliculas de carbon, peliculas de oxidos metalicos y de pelicula metalica.

• Codificacion del valor. Normalmente se presenta por medio de un codigo de colores; excepto las que son bobinadas. Cada color representa un numero, de esta manera se representa e vlor nominal de la resistencia y su tolerancia.

• Fusibles. – son elementos conductores que constituyen la parte mas debil del circuito para que se destruya si llega a haber una sobrecarga.

• Potenciometros. – Son restistencias cuyo valor se puede variar por medio de un eje. Son aparatos usados para el ajuste de volumen en aparatos de sonido.

• Descripcion de partes del circuito electrico. - Nodo: un punto de conexión de dos o mas elementos. Rama: seccion que une a un elemento a dos nodos. Malla: conjunto de ramas que describen una trayectoria cerrada.

• Leyes de Kirchhoff. -La suaalgebraica de las corrientes qu entran por cuaquier nodo son cero. n=1Nin=0 Ley de voltajesde Kirchhoff. – la suma algebraica de los voltajes a lo largo de cualquier trayectoria es cero.

• Definiciones. - Potencia instantánea p = vi = Ri2 = v2R  Conductancia G = 1R  (Siemens o Ω −1 ) Corto circuito. – es una resistencia de cero ohmios, es un conductor perfecto capaz de llevar cualaquier cantidad de corriete sin sufrir una caida de voltaje por donde pasa. Circuito abierto. – Es una resisntencia de conductancia cero siemens, es perfecto aislante capaz de soportar cualquier voltaje sin permitir que fluya.

• Principio de Proporcionalidad. - Cualquier circuito lineal verifica el principio de proporcionalidad. Esto es, si x e y son variables de circuito asociadas con un elemento de dos terminales, entonces diremos que el elemento es lineal si multiplicar x por una variable K es igual a la multiplicación de y por la misma constante K. Este principio solo es aplicable en circuitos lineales.

• Subcircuitos equivalentes. - simplificación siempre que sea posible. Un subcircuito contiene un numero de elementos interconectados, pero solo dos terminales accesibles. El voltaje que pasa a través y la corriente que entra en esas terminales son llamados voltaje terminal y corriente terminal del subcircuito.

• Resistencias. - De forma generalizada, si tenemos N resistencias conectadas en serie la resistencia equivalente es la suma de todas.

• Fuentes de voltaje. - Una cadena de fuentes de voltaje son equivalentes a una simple fuente de voltaje donde la función fuente es la suma algebraica de las funciones fuentes en serie.

• Series equivalentes. - Dos elementos contiguos se dicen que están conectados en serie si en su parte de nodo común no tiene otras corrientes que entren en él.

• Fuentes de intensidad. - En este caso todas las fuentes de corriente deben ser de igual corriente.

• Equivalentes en paralelo. - Dos elementos están conectados en paralelo si forman una malla sin contener otros elementos.

• Resistencias. - Para un conjunto de N resistencias conectadas en paralelo, es equivalente a una resistencia simple en donde su conductancia es la suma de las conductancias paralelas.

• Fuentes de voltaje. - En este caso todas las fuentes de voltaje en paralelo deben ser todas ellas iguales y además deben conectarse con igual polaridad.

• Fuentes de intensidad. - Una serie de fuentes de corriente en paralelo son equivalentes a una fuente de corriente simple donde su función fuente es la suma de las funciones en paralelo.

• Teorema de Thevenin. - Una red lineal activa con resistencias que contenga una o más fuentes de voltaje o corriente puede reemplazarse por una única´ fuente de voltaje y una resistencia en serie.

• Teorema Norton. - Una red lineal activa con resistencias que contenga una o más fuentes de voltaje o corriente puede reemplazarse por una única fuente de corriente con una resistencia en paralelo.

• Teorema de la máxima transferencia de potencia. - Supongamos que tenemos un equivalente Thevenin representante de un circuito eléctrico (VT , RT ) y unimos a los bordes de este dispositivo una resistencia de carga R a los terminales correspondientes. Para obtener la expresión para que se transfiera la máxima potencia debemos derivar la expresión con respecto a R e igualar a cero.

• Principio de Superposición. - La respuesta general de un circuito lineal que contiene varias fuentes independientes es la suma de las respuestas a cada fuente individual, eliminando las otras fuentes. Valido para circuitos lineales

• Método de Mallas. - El análisis de malla consiste en escribir las ecuaciones LVK alrededor de cada malla en el circuito, utilizando como incógnita las corrientes de malla. Las n ecuaciones simultaneas de un circuito con n mallas pueden ser escritas en forma de matriz. La ecuación de matriz resultante puede resolverse por varias técnicas. Una de ellas es el método de determinantes o regla de Cramer.

• Resolución del método de mallas con fuentes dependientes. –  1. Escribiremos las ecuaciones de análisis como si la fuente fuese independiente. 2. Luego sustituimos la variable de control por las variables deseadas del método de análisis.

• Resolución del método de mallas con fuentes de corriente dependiente. - La presencia de fuentes de corriente reduce el número de incógnitas en el análisis de malla a razón de una por fuente de corriente.      

• 1. Se identifica las corrientes de mallas con aquellas de las funciones de corriente

• 2. Planteamos las ecuaciones LVK para coincidir con el numero reducido de ecuaciones

• 3. El circuito resultante será eliminando las fuentes de corriente por circuitos abiertos

• Método de Nodos. - Una elección conveniente para el voltaje es el conjunto de voltajes de nodo. Puesto que un voltaje se define como el existente entre dos nodos, es conveniente seleccionar el nodo en la red que sea nodo de referencia, y luego asociar un voltaje a cada uno de los demás nodos. Se elige como nodo de referencia al nodo al que se conecta la mayor cantidad de ramas.

• Circuitos eléctricos de corriente alterna. - Llamamos corriente alterna a aquella corriente cuya intensidad es una función sinusoidal del tiempo, es decir, una corriente que periódicamente cambia de dirección y sentido. La energía eléctrica que se obtiene de la red es alterna y de forma sinusoidal.

• Características básicas de las ondas sinusoidales. –  Ciclo: Recorrido completo que hace la onda y que se repite periódicamente. Se compone de dos semiciclos. Amplitud: Valor máximo que alcanza la onda, en el semiciclo positivo.  

• Periodo: Tiempo necesario en generarse un ciclo completo. Su unidad es el segundo. Frecuencia: Numero de ciclos que se efectuan en un segundo. Su unidad es el Hz. Velocidad angular: Angulo recorrido por unidad de. Su unidad es el rd/seg.

• Desfase de onda: Dos ondas de igual frecuencia se dicen que están en fase si sus valores instantáneos varían a la vez, de forma sincronizada. Tensión instantánea: podemos conocer en cada instante el valor del voltaje. Tensión de pico: Es la tensión máxima instantánea que se alcanza en el ciclo.

• Tensión de pico a pico: Tensión entre los dos valores. Tensión media: valor medio de la tensión. Si la onda es simétrica respecto al eje de tiempos, la magnitud del semiciclo positivo es igual a la del negativo, entonces el valor medio resultante del ciclo completo es cero.

• Tensión eficaz: Este concepto está relacionado con la capacidad energética que puede desarrollar una corriente alterna en comparación con una corriente continua.

• Condensador. - Dispositivo que sirve para almacenar carga y energía. Está constituido por dos conductores aislados uno de otro, que poseen cargas iguales y opuestas. La característica principal de estos dispositivos es su capacidad de almacenar carga bajo determinadas condiciones de diferencia de potencial.

• Bobina. - Se denomina bobina a un sistema formado por N espiras o vueltas, donde las dimensiones de la espira son generalmente despreciables frente a su longitud. Existe una relación entre el flujo que atraviesa dicho sistema debido al paso de corriente por el mismo y la propia corriente

• Notación fasorial. - Un fasor es un vector que gira en dirección contraria a las manecillas del reloj, cuyo modulo es la amplitud de la curva cosenoidal; el ángulo del fasor es la diferencia de fase y este se mueve con velocidad angular constante (rd/seg).

• Impedancia. - La razón entre V e I se define como impedancia Z. Las unidades de la impedancia en el S.I. son el ohmio (Ω).

• Admitancia La admitancia se define como la recíproca de la impedancia, o sea Y = Z −1, con unidades de siemens (S). En forma similar es un numero complejo, Y = G + jB, cuya parte real se le denomina la conductancia G y la parte imaginaria la susceptancia B.

• Método de mallas. - Simplificamos el circuito en lo posible. El numero de ecuaciones a plantear será igual al número de mallas existentes en el circuito de forma no redundante. Consideraciones: 1. Las posiciones ii son la suma algebraica de las impedancias pertenecientes a la malla i. 2. Las posiciones ij son la suma algebraica de las impedancias comunes a la malla i y a la malla j. 3. A estos últimos términos se les asignara un signo negativo si las intensidades que recorren las correspondientes mallas al pasar por el elemento común, van en sentido contrario, y signo positivo en caso contrario.

• Método de nodos. - Simplificamos el circuito en lo posible. El número de ecuaciones será igual al número de mallas independientes menos 1. Tomaremos además un nodo como referencia. Las incógnitas que vamos a hallar son los voltajes en los nodos. Construir la matriz de admitancias del sistema (para un sistema de 2 nodos tendremos un sistema 2x2).

• Voltaje Thevenin. - Es la que aparece entre los terminales de carga (salida), con la carga ZL desconectada, en el vacío. Este valor se puede obtener teóricamente por cálculo, o midiendo con un voltímetro, si se trata de un circuito práctico.

• Impedancia Thevenin. - Es el valor de impedancia que aparece en los terminales de salida considerando al generador con tensión igual a cero. Se puede calcular teóricamente o en la práctica mediante el uso de un óhmetro. En el caso del teorema de Norton el conjunto de componentes entre dos puntos de un circuito, pueden encontrarse diversos generadores e impedancias.

• Principio de superposición. - El principio de superposición establece que la respuesta de cualquier elemento de una red lineal que contenga más de una fuente es la suma de las respuestas producidas por las fuentes, actuando cada una sola.

• Potencia y factor de potencia. - Una potencia positiva corresponde a una transferencia de energía de la fuente a la red, mientras que, una potencia negativa representa un retorno de energía de la red a la fuente. La potencia promedio para una red pasiva será siempre cero o positiva, será cero tan solo cuando la red contenga elementos reactivos.

• Redes de 2 puertas. - Una red de dos puertas es aquella que presenta dos pares de terminales, una considerada de entrada y la otra como terminal de salida

• Respuesta a la frecuencia. - Por respuesta a la frecuencia de una red o circuito se entiende su comportamiento sobre un intervalo de frecuencias.

• Filtros: Redes de pasa altas, de pasa bajas y pasa banda. - Si |HV| disminuye conforme aumenta la frecuencia, el comportamiento se llama caída de impedancia a alta frecuencia y el circuito es una red de tipo paso bajo. Por el contrario, si |HV| disminuye cuando disminuye la frecuencia estamos en el caso de una red pasa baja, es decir, tenemos una caída de impedancia a baja frecuencia. Existe además sistemas que presentan un comportamiento mixto de las dos anteriores, es decir, solo en un rango de frecuencias |HV| toma valores considerables. A este tipo de sistemas se les conoce con el nombre de redes pasa banda.

• Frecuencia de potencia media. - cualquier función de red no constante H(w) alcanzar su valor absoluto más grande en alguna frecuencia única wx. En muchos casos, existirán dos frecuencias de potencia media que verifiquen la expresión anterior: una posterior y otra anterior a la frecuencia de pico. A la separación de ambas frecuencias se le denomina ancho de banda (β) y sirve como medida de lo agudo del pico.

• Circuitos resonantes. - El fenómeno de resonancia en una red eléctrica, está originado por la presencia de elementos reactivos en la misma, de bobinas y de condensadores. La reactancia inductiva aumenta si la frecuencia aumenta, mientras que la reactancia capacitiva disminuye si la frecuencia aumenta.

• . Este comportamiento de los elementos inductivos y capacitivos permite neutralizar a una frecuencia determinada las reactancias inductivas y capacitivas conectadas en serie.

• Frecuencia de resonancia. - Es la frecuencia a la que se obtiene un máximo en la respuesta. Otra definición análoga podría ser: Los valores máximos de las energías almacenadas en las bobinas y en los condensadores son máximos.   La impedancia o admitancia de entrada de la red es real.

• Edgar Alejandro Armendariz Rascon 20060745