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Fundamentos de circuitos eléctricos II

Fundamentos de circuitos eléctricos II

Descripción›

En el desarrollo de las diferentes áreas dentro de la formación en ingeniería eléctrica y electrónica, el estudiante utilizará como herramienta fundamental, tanto en la parte experimental como en la teoría, el análisis de circuitos alimentados con señales periódicas, principalmente señales sinusoidales. No obstante, es necesario considerar el adecuado tratamiento de las ondas no periódicas para el desarrollo de la electrónica de potencia. El libro Fundamentos de circuitos eléctricos II cubre la mayoría de los casos encontrados durante el análisis de los sistemas monofásicos o trifásicos alimentados con señales sinusoidales y recopila la experiencia docente e investigativa que los autores han venido desarrollando durante su permanencia en la Universidad del Valle. Es un texto que puede ser utilizado como texto guía en los cursos de educación superior sobre el análisis de circuitos en corriente alterna. El lector encontrará una revisión adecuada para estudios de nivel superior sobre los temas de análisis de potencia en corriente alterna tanto en sistemas equilibrados como desequilibrados; la medición y corrección del factor de potencia; los circuitos acoplados magnéticamente en estado estable y una introducción a los transformadores ideales; una ampliación de los sistemas trifásicos desequilibrados con la fundamentación de la herramienta de componentes simétricas; un estudio de cuatro principales configuraciones para redes de dos puertos, haciendo énfasis en aplicaciones para ingeniería eléctrica y electrónica; la aplicación del estudio de respuesta en frecuencia compleja; el análisis de la respuesta en frecuencia real a partir de la función de transferencia, usando como herramientas los diagramas de Bode; el análisis de sistemas en estado de resonancia, y el estudio general de los filtros pasivos y filtros que incluyen fuentes controladas usando técnicas básicas.

Tipo de Contenido›
Contenido

Capítulo 1
ANÁLISIS DE POTENCIA EN CORRIENTE ALTERNA
Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
Potencia instantánea . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
Potencia promedio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
Aplicación del principio de superposición en el cálculo de potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
Valor eficaz o rms de voltajes y corrientes periódicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
Valor eficaz de ondas periódicas no sinusoidales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
Potencia aparente y factor de potencia (FP) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Potencia compleja y potencia reactiva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
Triángulo de potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Potencia reactiva consumida por varias cargas conectadas en paralelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
Mejoramiento del factor de potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
Máxima transferencia de potencia activa en corriente alterna . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
Medición de potencia activa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
Medición del factor de potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
    Problemas propuestos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
    Potencia Instantánea . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
    Potencia Promedio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
    Valor Eficaz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
    Factor de Potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
    Mejoramiento del Factor de Potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
    Máxima Transferencia de Potencia  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71

Capítulo 2
CIRCUITOS ACOPLADOS MAGNÉTICAMENTE
Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
Inductancia mutua “M” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
Polaridad de los voltajes inducidos debidos al flujo mutuo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
Marcas de polaridad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
Demostración que “M12” es igual a “M21”  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
Coeficiente de acoplamiento “K” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
Transformador con núcleo de aire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
Transformador ideal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
Simplificación de los circuitos con transformadores ideales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111
Circuito equivalente del transformador ideal con núcleo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
Problemas propuestos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
    Inductancia Mutua  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
    Transformador Ideal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128

Capítulo 3
SISTEMAS TRIFÁSICOS BALANCEADOS
Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
Sistemas monofásicos de tres conductores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
Sistemas bifásicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
Sistemas trifásicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
Sistema trifásico de 4 hilos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
Cargas trifásicas balanceadas conectadas en estrella y alimentadas por un sistema trifásico de 4 hilos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
Cargas trifásicas balanceadas conectadas en delta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
Cálculo de la potencia en sistemas trifásicos equilibrados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153
Cargas trifásicas conectadas en paralelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
Mejoramiento del factor de potencia de sistemas trifásicos equilibrados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 164
El cobro de la energía eléctrica en Colombia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
    A. Tipos de clientes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 166
    B. Facturación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
Problemas propuestos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
    Sistema Monofásico de Tres Conductores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
    Sistema Trifásico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
    Cargas trifásicas balanceadas conectadas en estrella  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
    Cargas trifásicas balanceadas conectadas en delta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 170
    Cargas trifásicas conectadas en paralelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 171
    Cálculo de potencia en sistemas trifásicos equilibrados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
    Mejoramiento del factor de potencia de sistemas trifásicos equilibrados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 172
    Sistemas trifásicos con cargas balanceadas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176

Capítulo 4
SISTEMAS TRIFÁSICOS DESBALANCEADOS
Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
Cargas no balanceadas conectadas en delta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
Cargas no balanceadas conectadas en estrella . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
Cálculo de la potencia consumida en un sistema trifásico desequilibrado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
Medición de potencia trifásica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
Medición de potencia reactiva en sistemas desequilibrados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
Mejoramiento del factor de potencia en sistemas trifásicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205
Componentes simétricas para sistemas trifásicos desequilibrados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
    Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
Componentes simétricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206
Matriz de impedancia Trifásica y redes de secuencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
Redes de secuencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211
Ventajas al usar componentes simétricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
Potencia trifásica calculada desde las componentes simétricas en la carga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
Problemas propuestos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
    Cálculo de la potencia consumida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
    en un sistema trifásico desequilibrado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
    Medición de Potencia Trifásica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221
    Medición de potencia reactiva en sistemas desequilibrados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
    Mejoramiento del factor de potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
    Tensión de desplazamiento del neutro del generador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224
    Componentes simétricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227
Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233

Capítulo 5
REDES GENERALES DE DOS PUERTOS
Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
Definición de puerto (o puerta) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 235
Redes de un puerto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236
Redes de dos puertos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240
Parámetros de impedancia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 241
Redes Recíprocas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 243
Parámetros de admitancia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
    Conversión de parámetros Z en parámetros Y. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 254
Parámetros híbridos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
Conversión de parámetros “z” en parámetros “h” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271
Parámetros de transmisión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276
Interconexión de Redes de dos Puertos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281
    Red de dos puertos en serie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 281
    Redes de dos puertos en paralelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284
    Redes con los puertos de entrada conectados en serie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290
    y los de salida en paralelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290
    Redes conectadas en cascada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293
Problemas propuestos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300
    Redes de un Puerto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 300
    Redes de dos Puertos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 301
    Parámetros de Impedancia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302
    Parámetros de Admitancia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 304
    Parámetros Híbridos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306
    Conversión de Parámetros ”Z” en Parámetros ”H” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309
    Parámetros de Transmisión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309
Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311

Capítulo 6
RESPUESTA EN FRECUENCIA
Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313
Variación de las características de una red con la frecuencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314
    Variación de la impedancia con la frecuencia compleja “s” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315
    Variación de la admitancia con la frecuencia compleja “s” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318
    Variación de la ganancia con la frecuencia compleja “s” . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318
Función de transferencia h(s) de una red . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322
    Polos y Ceros. Significado en el plano complejo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 325
    Trazado de curvas de los factores básicos para un análisis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328
    en la frecuencia compleja ( s = σ + j w)  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 328
Función de Transferencia sinusoidal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 330
    Trazado de las curvas para un análisis de respuesta en AC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 333
Resonancia RLC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357
    Resonancia RLC Serie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 358
    Factor de Calidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362
    Ancho de Banda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 364
    Resonancia Paralelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 371
    Resonancia en otras configuraciones RLC diferentes a serie o paralelo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 381
Ejercicios propuestos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 386
    Trazado de las curvas para un análisis de respuesta en AC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 386
    Factor de Calidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390
    Resonancia RLC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390
Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 395

Capítulo 7
FILTROS PASIVOS
Introducción  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  397
Definición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 397
Filtros ideales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 398
    Filtro Pasa bajo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 398
    Filtro Pasa alto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 398
    Filtro Pasa banda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 398
    Rechaza banda o Supresor de Banda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399
Filtros reales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399
    Filtro pasa bajo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 399
    Filtro pasa alto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 409
    Filtro pasa banda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 412
    Filtro supresor de banda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 423
Problemas propuestos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428
    Filtros Reales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 428

Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 435

Clasificación temática›
Palabras clave›
  • Circuitos eléctricos
  • Instalaciones eléctricas
  • Electricidad
  • Corriente alterna

Especificaciones por formato:

Libro electrónico

  • ISBN-13: 9789587658606

  • DOI: 10.25100/peu.7658590

  • Idioma del texto: Español

  • Número de edición: 2

  • País de publicación: Colombia

  • Año de publicación: 2018

  • Número absoluto de páginas: 438 páginas

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