TEMA I. PRINCIPIOS BÁSICOS DE LOS CIRCUITOS ELÉCTRICOS. Lección 1. Elementos constitutivos de los circuitos eléctricos (I).

Transcripción

1 ASIGNATURA: TEORIA DE CIRCUITOS. Curso 2009/10 Código: Titulación: INGENIERO INDUSTRIAL Curso: 2º Profesor(es) responsable(s): - ANTONIO GABALDÓN MARÍN - LUIS CARLOS PEÑA MORÁN Departamento: INGENIERÍA ELÉCTRICA Tipo (T/Ob/Op):T Créditos (T+P): 4T+2P Descriptores de la asignatura según el Plan de Estudios: Análisis y síntesis de redes Objetivos de la asignatura: El alumno conocerá los diferentes modelos ideales y reales- de los elementos que constituyen un circuito, formulando ecuaciones que permitan analizar un circuito tanto en régimen estacionario como transitorio. Aplicará diferentes herramientas matemáticas para obtener las tensiones, intensidades y potencias de un circuito, y en particular la respuesta del mismo en Régimen Estacionario Senoidal. Materias relacionadas con esta asignatura: - Bachillerato LOGSE: Electrotecnia y Tecnología Industrial II. - Primer curso de Ing. Industrial: Cálculo, Ampliación de Cálculo, Fundamentos Físicos, Álgebra y Ecuaciones Diferenciales. - Segundo curso de Ing. Industrial: Transformadas Integrales y Ecuaciones en Derivadas Parciales (se recomienda que el alumno la curse a la vez que Teoría de Circuitos o la haya cursado previamente) Programa de la asignatura A. Programa de Teoría: TEMA I. PRINCIPIOS BÁSICOS DE LOS CIRCUITOS ELÉCTRICOS. Lección 1. Elementos constitutivos de los circuitos eléctricos (I). - Criterios de signos: referencias de polaridad. - Leyes de Kirchof. - Elementos ideales lineales. - Elementos reales: caracterización mediante elementos ideales. - Transformadores ideales y giradores.

2 Lección 2. Elementos constitutivos de los circuitos eléctricos (II). - Comportamiento energético de los elementos de un circuito. - Elementos activos y pasivos. - Asociaciones en serie y paralelo de elementos. - Divisores de tensión e intensidad. - Caracterización de formas de onda - Valores asociados a una onda periódica. - Elementos no lineales: ejemplos. TEMA II. MÉTODOS Y HERRAMIENTAS DE ANÁLISIS DE CIRCUITOS. Lección 3. Formulación y selección de ecuaciones en un circuito eléctrico. - Introducción. - Concepto de impedancia y admitancia operacional. - Topología de los circuitos. - Número y selección de las ecuaciones linealmente independientes en un circuito. - Métodos nodales y circulares. - Tratamiento de las fuentes dependientes. Lección 4. Métodos de análisis circulares. - Conversión de fuentes de tensión e intensidad. - Técnicas de análisis circulares: reducción del orden del problema. - Métodos de mallas y de lazos básicos. - Análisis por mallas de un circuito plano. - Definición de matrices asociadas. - Escritura directa de las ecuaciones de mallas. Lección 5. Métodos de análisis nodal. - Técnicas de análisis nodales: reducción del orden del problema. - Método de grupos de corte y de nudos. - Análisis por nudos de un circuito: tensión de nudo. - Definición de matrices asociadas. - Escritura directa de las ecuaciones nodales. - Relación entre las matrices de conexión circulares y nodales. Lección 6. Teoremas fundamentales (I). - Impedancias y admitancias generalizadas. - Teorema de reciprocidad. - Hipótesis de linealidad de los circuitos eléctricos. - Teorema de superposición. - Regla de sustitución.

3 Lección 7. Teoremas fundamentales (II). - Ecuación terminal de un dipolo. - Equivalente eléctrico de un circuito: teoremas de Thevenin y Norton. - Teorema de compensación. - Teorema de Tellegen. TEMA III. CIRCUITOS EN RÉGIMEN ESTACIONARIO SENOIDAL. Lección 8. Respuesta sinusoidal. - Respuesta de un circuito en régimen estacionario senoidal. - Concepto de fasor temporal. - Análisis de circuitos por el método simbólico o fasorial. - Respuesta senoidal de los elementos pasivos básicos. - Impedancia y admitancia complejas: immitancia. Lección 9. Potencia y energía en régimen senoidal. - Potencia y energía en un circuito en régimen estacionario senoidal. - Definición de potencias activa y reactiva. - Fórmulas para el cálculo de potencias. Triángulo de potencias. - Teorema de Boucherot. - Teorema de la máxima transferencia de potencia. Lección 10. Sistemas trifásicos: generalidades. - Generación de un sistema trifásico de tensiones equilibradas. - Noción de fase y secuencia de fases. - Conexión de fuentes en estrella y triángulo. - Tensiones e intensidades de fase y de línea. - Generalización de los teoremas de Thevenin y Norton: aplicación a la conversión de fuentes trifásicas e impedancias. Lección 11. Sistemas trifásicos equilibrados. - Definición de sistema trifásico equilibrado. - Reducción del sistema a un circuito monofásico. - Potencia en los sistemas trifásicos equilibrados. - Significado físico de la potencia aparente y reactiva. - Factor de potencia: importancia en los sistemas eléctricos. - Corrección del factor de potencia. TEMA IV. ANÁLISIS TEMPORAL. Lección 12. Circuitos lineales de primer orden. - Definición de circuito de primer orden. - Circuitos de primer orden sin fuentes de excitación.

4 - Circuitos de primer orden sin carga inicial. - Circuitos de primer orden con cargas iniciales y fuentes de excitación. - Circuitos de primer orden con varios elementos almacenadores. Lección 13. Circuitos lineales de segundo orden. - Introducción. - Respuesta a excitación nula de un circuito RLC paralelo. - Respuesta a excitación nula del circuito RLC serie: dualidad con el caso paralelo. - Influencia de las frecuencias naturales en el tipo de respuesta a entrada cero en un circuito de segundo orden. - Respuesta completa de un circuito de segundo orden. Lección 14. Aplicación de la transformada de Laplace (I). - Definiciones y propiedades básicas de la transformada. - Teoremas de traslación en el tiempo y frecuencia. - Teoremas del valor inicial y final: importancia práctica. - Aplicación de la transformada a la resolución de circuitos eléctricos. - Equivalentes de un circuito en el dominio de la frecuencia compleja. Lección 15. Aplicación de la transformada de Laplace (II). - Transformada inversa de Laplace. - Descomposición en fracciones simples. - Funciones raciones propias e impropias - Polos, ceros y residuos. - Polos múltiples. - Obtención de la respuesta impulsional utilizando la transformada de Laplace. - Obtención de la respuesta senoidal utilizando la transformada de Laplace. - Funciones de red. Teorema de convolución. TEMA V. INTRODUCCIÓN A LA SÍNTESIS DE CIRCUITOS Lección 16. Resonancia serie y paralelo. - Introducción: ejemplos de resonancia en diferentes sistemas físicos. - Coeficiente de calidad de una bobina real. - Concepto de resonancia serie. - Anchura de banda y selectividad del circuito resonante serie. - Tensiones en un circuito resonante serie. - Energía en un circuito resonante serie. - Resonancia paralelo. Circuito antirresonante. - Anchura de banda y selectividad del circuito antirresonante. - Aplicaciones e inconvenientes del fenómeno de resonancia. - Síntesis de un circuito resonante

5 Lección 17. Filtros eléctricos - Introducción: utilidad de un filtro - Clasificación de los filtros. - Circuito tipo de un filtro paso-bajo. - Circuito tipo de un filtro paso-alto. - Filtrado de una banda y absorción de una banda. B. Programa de Prácticas (resumido): Denominación de la práctica Duración (h) Tipo de práctica (Aula, laboratorio, informática) Ubicación física (sede Dpto., aula informática,...) Aparatos de laboratorio: identificación de modelos 4h Laboratorio Dpto. de Ing. Eléctrica Teoremas fundamentales 2h Laboratorio Dpto. de Ing. Eléctrica Circuitos en Régimen Senoidal (RES) 2h Laboratorio Dpto. de Ing. Eléctrica Simulación por ordenador de la respuesta temporal de un circuito de segundo orden 2h Aula Informática Aula Informática (ETSII, Hospital de Marina) Respuesta en frecuencia de circuitos: resonancia 2h Laboratorio Dpto. de Ing. Eléctrica Simulación por ordenador de un circuito trifásico 2h Aula Informática Aula Informática (ETSII, Hospital de Marina) C. Bibliografía básica: [1].- CHUA, L.O.; DESOER Ch.A.; KUH E.S. "Linear and non Linear Circuits". Mc Graw-Hill, [2].- DESOER, Ch.A.; KUH E.S."Basic Circuit Theory". Mc Graw Hill, ISE 1969 [3].- EDMINISTER, NAHVI. "Circuitos Eléctricos". Ed: Mc Graw Hill, 1997 [4].- GABALDON, A. Problemas de circuitos eléctricos, Ed. Diego Marín, 2000 [5].- GÓMEZ EXPÓSITO, A.; MARTÍNEZ RAMOS, J.L. Fundamentos de Teoría de Circuitos. Thomson, [6].- KARNI, S. "Applied Circuit Analysis". John Wiley & Sons [7].- PARRA, V.M.; PÉREZ, A.; PASTOR, A.; ORTEGA, J. "Teoría de Circuitos" (2 tomos). U.N.E.D., 1981 [8].- PASTOR, A.; ORTEGA J; PARRA, V. Circuitos Eléctricos (2 tomos), Unidad Didáctica UNED, [9].- THOMAS, R.E.; ROSA, A.J. "Circuitos y señales: introducción a los circuitos lineales y de acoplamiento". Reverté, S.A D. Evaluación del alumno: Habrá un sólo examen de la asignatura por cuatrimestre, en el período dispuesto para ello por la ETSII de Cartagena (convocatorias de Febrero, Junio y Septiembre). Será condición imprescindible para aprobar la asignatura realizar las prácticas y entregar las memorias

6 correspondientes antes del examen correspondiente. Los exámenes constarán de tres partes: Teoría: dos preguntas de teoría (15%) Cuestiones: tres preguntas cortas de razonamiento y pequeños problemas relacionados con la teoría (30-35% de la nota). Problemas: ejercicios prácticos de desarrollo y cálculo de un circuito en un régimen determinado (1 ó 2 problemas, con un peso del 50-60% de la nota). La duración del examen será de un mínimo de 4 horas, siendo necesario para aprobar una puntuación no inferior a 5, y una nota mínima de 3,5 sobre 10 en cada una de las tres partes. Asimismo no se permitirán libros o apuntes en el examen. En la calificación del examen se tendrá en cuenta la claridad en la exposición, el uso de un lenguaje técnico apropiado, y la corrección ortográfica del mismo. La convocatoria del examen en la que se indique la modalidad del mismo (duración, hora de comienzo, etc) será fijada, según los Estatutos de la Universidad Politécnica de Cartagena por el Área de Ingeniería Eléctrica en el tablón de anuncios de la 1ª planta del edificio del Antiguo Hospital de Marina, siendo esta convocatoria escrita la única con validez oficial. E. Observaciones: - Recomendaciones al alumno (calculadoras, tablas,...): Se recomienda disponer de una calculadora programable en el examen. - Incompatibilidades del Plan de Estudios: Cálculo, Ampliación de Cálculo y Fundamentos Físicos de la Ingeniería - Página Web: (videos didácticos sobre la asignatura) - Se puede utilizar el correo electrónico antonio.gabaldon@upct.es para realizar consultas al profesor. F. Tutorías (1) Asignatura Horario habitual (2) Teoría de Circuitos (2º Ing. Industrial) Lunes de 12 a 14h Martes de 16 a 18h Proyectos Fin de Carrera (3) Viernes de 12 a 14h Notas: (1).- Despacho de Vicerrectorado de Ord. Académica o en su caso del Dpto de Ing. Eléctrica (1ª Planta) (2).-Cuando debido a reuniones (Juntas de Escuela, Comisiones de Centro, Consejo de Gobierno,...) no sea posible hacer las tutorías en alguno de estos horarios, se fijará al final de esta hoja un horario alternativo. (3).-Sólo PFC dirigidos por el Departamento de Ingeniería Eléctrica. El resto de PFC de otras Áreas de Conocimiento serán atendidos los viernes de la primera semana del mes correspondiente.