MATERIA: CIRCUITOS ELÉCTRICOS I

 

TERCER AÑO

 

Ciclo Escolar 2003/2004

Hrs. Semana: 4

 

Objetivos: Que el alumno adquiera los conceptos de los dispositivos Eléctricos básicos como son las fuentes de voltaje independientes y dependientes de CA y CD, resistencias, inductores y capacitores, así como los diferentes métodos que existen para analizar un circuito eléctrico e incorpore la utilización de las herramientas computacionales para el análisis de los mismos.   

 

Bibliografía:

 

LIBROS DE TEXTO:

 

1.- Análisis Básico de Circuitos Eléctricos

     J. David Irwin

    Prentice Hall

    Quinta Edición

 

2.- Análisis de Circuitos en Ingeniería

    William H. Hayt & Jack E. Kemmerly

     McGraw-Hill

    Quinta Edición

 

LIBROS DE CONSULTA:

 

3.- Análisis Básico de  Circuitos Eléctricos

    David E. Johnson

     McGraw-Hill

    Quinta Edición

 

4.- Análisis de Circuitos Eléctricos

    L. S. Bobrow.

    Ed. McGraw-Hill

 

5.- Linear Circuit Analysis

      DeCarlo A. Raymond & Pen-Min Lin

      Prentice Hall 1995

 

6.- Basic Circuit Theory with Digital Computations

    Lawrence P. Huelsman

     Prentice Hall 1972

 

7.- Basic Circuit Theory

     Charles A. Desoer

     McGraw-Hill

 

8.- Circuitos

  A. Bruce Carlsson

  Thomson Learning 2001

 

9.- Circuitos Eléctricos

  Richard C. Dorf

  James A. Svoboda

  3ra Edición

  Alfaomega 2000

 

10.- Pspice for Linear Circuits

    James A. Svoboda

    Wiley

 

Software Usado:

 

1.- The Student Edition of Matlab Ver. 5.0

      The Math Works

      Prentice Hall

 

2.- Pspice Orcad Lite Edition 9.2

 

Programa Sintético. 

                                                                                                                                                      

1.- Repaso de Conceptos Básicos…………………………………….……..  7 Hrs.

2.- Análisis de Circuitos de CD en estado estable……………………….… 25 Hrs.

3.- Análisis de Circuitos de CD en estado Transitorio.…………................. 20 Hrs.

4.- Análisis de Circuitos de CA en estado estable. ...……………………... 14 Hrs.

5.- Potencia Compleja. .…………………………………………………… 10 Hrs.

6.- Frecuencia Compleja.……………………………………….................. 10 Hrs.

7.- Aplicación de la Transformada de Laplace al Análisis de circuitos…… 8 Hrs.

8.- Aplicación de las Series de Fourier al Análisis de Circuitos con excitación periódicas……………………………………………………………… 6 Hrs.

      Exámenes de Academia …………………………………………...… 12 Hrs.

                                                                                                      TOTAL  112 Hrs.

 

Programa Desarrollado:

 

1.- Repaso de Conceptos Básicos (1) y (2)

Objetivo: Definir los términos elementales y refrescar los conocimientos adquiridos en el segundo año de la carrera.

1.1.   Cantidades Básicas

1.1.1.        Carga

1.1.2.        Corriente

1.1.3.        Voltaje

1.1.4.        Potencia

1.2.   Elementos de Circuitos

1.2.1.        Fuentes Independientes de Voltaje y Corriente

1.2.2.        Fuentes Dependientes

1.2.2.1.  Fuentes Dependientes de Voltaje Controladas por Corriente

1.2.2.2.  Fuentes Dependientes de Voltaje controladas por Voltaje

1.2.2.3.  Fuentes Dependientes de Corriente Controladas por Corriente

1.2.2.4.  Fuentes Dependientes de Corriente Controladas por Voltaje

1.3.   Conversión de Signos, Elementos que Consumen y Generan

1.4.    Ley de Ohm

1.5.   Leyes de Kirchhoff

1.6.   Divisores de Tensión y de Corriente

1.7.   Combinación de Resistencia en Serie y Paralelo

1.8.   Solución de Circuitos usando Combinación de Elementos con Fuentes Independientes y Dependientes.

1.9.   Circuitos con Amp. Operacionales.

 

2 Análisis de Circuitos de CD en estado estable (1), (2), (5), (6) y (7)

Objetivo: Que el alumno sea capaz de determinar los voltajes y las corrientes en cualquier parte de una red resistiva con excitación constante.

2.1 Análisis Nodal

2.1.1 Solución de Circuitos con Fuentes Independientes de Corriente

2.1.2 Formación Matricial y Solución por Eliminación Gaussiana

2.1.3. Solución de Circuitos con Fuentes Independientes de Voltaje

2.1.4 Solución de Circuitos con Fuentes Dependientes

2.2. Análisis de Mallas.

2.2.1 Solución de Circuitos con Fuentes Independientes de Voltaje

2.2.2. Representación Matricial

2.2.3. Solución de Circuitos con Fuentes Independientes de Corriente

2.2.4 Solución de Circuitos con Fuentes Dependientes.

2.3. Transformación Delta-Estrella Estrella-Delta

2.4. Arboles y Análisis Generalizado de Nodos

2.5. Eslabones, Análisis de Lazos y Conjuntos Cortados.

PRIMER EXAMEN DE ACADEMIA

2.6. Teorema de Redes.

2.6.1. Linealidad y Superposición

2.6.2. Transformación de Fuentes.

2.6.3. Teorema de Thévenin y Norton

2.6.4. Transferencia de Máxima Potencia

2.6.5. Teorema de Tellegen

2.7. Algoritmo para Resolver Circuitos Resistivos con Fuentes de Corriente Independiente Mediante Análisis Nodal.

Análisis de Circuitos de CD por Computadora Usando spice.

SEGUNDO EXAMEN DE ACADEMIA

 

3.- Análisis de Circuitos de CD en Estado Transitorio. (2), (3),  (4) y (5)

Objetivo: Que el alumno sea capaz de determinar la manera en que las corrientes y los voltajes presentes en un circuito RL, RC o RLC varían durante un transitorio.

3.1. El Inductor.

3.2. Relaciones Integrales para el Inductor.

3.3. El Capacitor.

3.4. Relaciones Integrales para el Capacitor

3.5. Circuitos RL y RC sin Fuentes.

3.6. Respuesta a Fuentes de CD de Circuitos de Primer Orden.

3.7 Funciones Singulares: Escalón, Rampa e Impulso.

3.8. Respuesta de un Circuito de Primer Orden a Funciones de Excitación Constante.

3.9. Solución de Circuitos de RL o RC con Fuentes Independientes y Dependientes.

TERCER EXAMEN DE ACADEMIA

3.10. Circuitos RLC

3.10.1.Tipos de Respuesta Natural

3.10.2 Ejemplos de Respuesta de Circuitos RLC para el caso: Sobreamortiguado, Subamortiguado y Críticamente Amortiguado.

3.10.3. Respuesta Forzada.

3.10.4. Solución de Circutios RLC con Excitación Sinusoidal

3.10.5 Determinación del coeficiente de amortiguamiento y de la frecuencia de resonancia en circuitos de segundo orden que no son RLC serie ni paralelo

3.11. Respuesta Transitoria de un Circuito RL, RC y RLC usando Matlab.

CUARTO EXAMEN DE ACADEMIA

 

4.- Análisis de Circuitos de CA en Estado Estable (1), (2), (6) y (9)

Objetivo: Generalizar las técnicas de análisis de Circuitos de CD así como los teoremas de redes vistos para su aplicación a las redes con excitación senoidal mediante el concepto de fasor.

4.1. Características de las Senoidales.

4.2. Funciones Forzantes Senoidales y Complejas.

4.3. Fasores.

4.4. Relaciones Fasoriales para Elementos de Circuitos.

4.5. Impedancia y Admitancia

4.6. Diagrama Fasoriales

4.7. Ejemplos de análisis de circuitos de CA utilizando Teoremas de Redes y formulación nodal de mallas y lazos

4.8. Respuesta en Función de W.

4.9. Algoritmo para la Solución de Redes de CA en Estado Estable.

4.10. Uso de SPICE para análizar redes de CA.

 

5.- Potencia Compleja (1) , (2) y (9)

Objetivo: Que el alumno sea capaz de determinar y corregir el factor de potencia de una carga o de una fuente mediante capacitores.

5.1. Potencia Instantánea.

5.2. Potencia Promedio.

5.3. Transferencia de Potencia Promedio Máxima

5.4. Valores eficaces (rms) de Voltaje de Potencia.

5.5. Potencia Aparente y Factor de Potencia.

5.6. Potencia Compleja.

5.7. Corrección del Factor de Potencia Mediante Capacitores.

QUINTO EXAMEN DE ACADEMIA

 

6.- Frecuencia Compleja   (2)

Objetivo: Generalizar las técnicas de análisis de Circuitos para su aplicación al análisis de redes con excitaciones de la forma  de la cual la corriente directa y la corriente alterna son solo dos casos particulares de esta Teoría superior.  Así como presentar una técnica para sintetizar la razón de voltaje H(s) = Vsal/Vent.  También definir conceptos útiles en la caracterización de las redes como la frecuencia de resonancia y el factor de calidad.

6.1. Generalización del Análisis de CD y CA  a Circuitos con Excitación de la Forma

6.2. Análisis Cualitativo y Cuantitativo de la Magnitud y el Angulo de Fase de la Respuesta a la Frecuencia Compleja.

6.3. Técnica para Sintetizar la Razón de Voltaje H (s) = Vsal/Vent.

6.4. Resonancia Serie y Paralelo.

 

7.- Aplicación de la Transformada de Laplace al Análisis de Circuitos (1), (2),  (7) y (8)

Objetivo: Englobar todo lo visto hasta este inciso en una teoría unificadora que a la vez sirva de refuerzo a lo que se debe ver en Matemáticas.

7.1. Solución de Circuitos RC, RL y RLC

7.2. Modelos de Elementos de Circuitos

7.3. Técnicos de Análisis: Análisis Nodal y de Mallas en el dominio de s.

SEXTO EXAMEN DE ACADEMIA

 

8.- Aplicación de las Series de Fourier al Análisis de Circuitos con excitaciones periódicas (1) y (2)

Objetivo: Demostrar que mediante superposición y Técnicas de análisis de CA se puede analizar Redes donde la excitación sea un tren de pulsos o dientes de sierra etc.

8.1. Series de Fourier.

8.2. Análisis de Circuitos para Ondas Periódicas no Senoidales.

8.3. Transformada de Fourier y sus Aplicaciones al Análisis de Circuitos.