unamad: circuitos y maquinas electricas: 4 i@402 clase23may13

UNIVERSIDAD NACIONAL AMAZÓNICA DE MADRE DE DIOS

FACULTAD DE INGENIERIA Escuela Académica Profesional de Ingeniería Agroindustrial

CIRCUITOS Y MáQUINAS ELÉCTRICAS

Ing° Saúl Montalván Apolaya

C.I.P. 72943

[email protected]

mailto:[email protected]

1–6 Diagramas de circuitos Por ejemplo, en la figura 1–7(a) se han

usado algunos de éstos símbolos para crear un esquema del circuito de la figura 1–6. Cada componente ha sido remplazado por su correspondiente símbolo de circuito.

Cuando se seleccionan los símbolos, se escogen los que son apropiados para la ocasión. Considere la lámpara de la figura 1–7(a). Como se mostrará después, la lámpara posee una propiedad llamada resistencia. Cuando se desea enfatizar esta propiedad, se usa el símbolo de resistencia en lugar del de la lámpara, como en la figura 1–7(b).

Cuando se dibujan los diagramas esquemáticos, por lo general se representan con líneas horizontales y verticales unidas en ángulo rectos, como en la figura 1–7. Esta es una práctica estándar.

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1–7 Análisis de circuitos mediante computadoras y calculadoras

Las computadoras y calculadoras son ampliamente usadas para el análisis y diseño de circuitos. El software que se suele emplear para este propósito incluye el de simulación (tal como Multisim y PSpice) y el de análisis numérico como Mathcad y Matlab.

Software de simulación de circuitos

El software de simulación resuelve problemas al emular el comportamiento de los circuitos eléctricos y electrónicos en vez de resolver conjuntos de ecuaciones. Para analizar un circuito, se “construye” en la pantalla mediante la selección de componentes (resistores, capacitores, transistores, etc.) de una biblioteca de partes, los cuales se colocan e interconectan para formarlo. Se puede cambiar el valor de los componentes, las conexiones y las opciones de análisis de forma instantánea con un clic del ratón. 23/05/2013 Circuitos y Maquinas Eléctricas 3


Las figuras 1–8 y 1–9 muestran dos ejemplos. Estos productos de software permiten configurar y probar los circuitos en la pantalla de la computadora sin necesidad de construir un prototipo físico.



La mayoría de los paquetes de simulación usan una máquina de software llamada SPICE; el acrónimo en inglés de Programa de Simulación con Énfasis en Circuitos Integrados. Dos de los productos mas populares son PSpice y Multisim. Cada una tiene sus ventajas, Multisim modela acercándose más a una mesa de trabajo real (completa con medidores reales)que PSpice.



Paquetes de software de matemáticas

Otra útil categoría de software incluye paquetes de matemáticas, como Mathcad y Mathlab.

Estos programas (que usan técnicas de análisis numérico para resolver ecuaciones, gráficas de datos, etc.) no requieren de programación, simplemente se introducen los datos y se deja que la computadora haga el trabajo.

Por lo general usan notación matemática estándar (o muy cercana a ella) y son de gran ayuda para resolver ecuaciones simultaneas, como las que se encuentran en el análisis de mallas y nodos.



Calculadoras para el análisis de circuitos

Aunque los programas de softwares anteriores son útiles, una calculadora será su primera herramienta para aprender análisis de circuitos. Se necesitará una que sea capaz de trabajar con número complejos en forma rectangular y polar. Estas calculadoras ahorran tiempo y esfuerzo y reducen de manera dramática los errores. La figura 1–10 muestra la TI–86, una calculadora muy poderosa que produce gráficas.


TERMINOS CLAVE Aislante Ampere Ampere – hora Átomo Batería Capacidad Capas Carga eléctrica Celda Conductor Corriente Coulomb Débilmente ligados Diferencia de potencial Electrón Electrones libres Estrechamente ligados Fusible Interruptor Interruptor automático Ion Ley de Coulomb Neutrón Polaridad Protón Semiconductor Valencia Voltaje

PLAN GENERAL Revisión de la teoría atómica La unidad de carga eléctrica: el coulomb Voltaje Corriente Fuentes de voltaje de cd prácticas Medición de voltaje y corriente Interruptores, fusibles e interruptores automáticos


OBJETIVOS Después de estudiar este capitulo será capaz de: • Describir la composición de un átomo. • Explicar las relaciones entre capas de

valencia, electrones libres y conducción.

• Describir la fuerza fundamental (coulomb) dentro de un átomo y la energía que se requiere para crear electrones libres.

• Describir los iones y como se crean. • Describir las características de los

conductores, aislantes y semiconductores.

• Describir el coulomb como una medida de la carga.

• Definir voltaje. • Describir como una batería “crea”

voltaje. • Explicar la corriente como un

movimiento de la carga y cómo el voltaje causa la corriente en un conductor.

• Describir los tipos de baterías y sus características.

• Describir como medir el voltaje y la corriente.

Voltaje y Corriente En la figura 2–1 se muestra un circuito eléctrico básico compuesto por una fuente de energía, un interruptor, una carga y cables de conexión. Cuando se cierra el interruptor, la corriente en el circuito causa que la luz se encienda. Este circuito es representativo de muchos circuitos comunes que se encuentran en la práctica, incluidos los de las linternas y el sistema de faros de un automóvil. Éstos se utilizarán para ayudar en el desarrollo de la comprensión del voltaje y la corriente.

RESUMEN DEL CAPITULO


Voltaje y Corriente


La teoría atómica elemental demuestra que la corriente en la figura 2–1 es, de hecho un flujo de cargas. La causa de sus movimientos es el “voltaje” de la fuente. Mientras que en la figura 2–1 esa fuente es una batería, en la práctica puede ser cualquier otra, entre las que se incluyen generadores, un suministro eléctrico, celdas solares, etcétera.


Voltaje y Corriente En este capitulo se explicarán las ideas básicas sobre el voltaje y la corriente, comenzando con una discusión sobre la teoría atómica que conducirá a los electrones libres y la idea de corriente como un movimiento de la carga. A continuación se desarrollan las definiciones fundamentales de voltaje y corriente. Siguiendo lo anterior se mostrarán diversas fuentes de voltaje comunes. El capitulo concluye con una discusión sobre voltímetros y amperímetros, así como con la medición de voltaje y corriente en la práctica.



Voltaje y Corriente Las ecuaciones de la teoría de circuitos En este capitulo encontraremos la primera de las ecuaciones y las fórmulas que se usarán para describir las relaciones de la teoría de circuitos. Es más fácil recordar las fórmulas si se comprenden con claridad los principios y conceptos en los cuales se basan. Como recordarán de los cursos de física, las fórmulas pueden surgir en una de las tres formas: a través de experimentos, por definición o por manipulación matemática. Fórmulas experimentales La teoría de circuitos descansa sobre unos pocos resultados experimentales básicos. Éstos no pueden probarse de ninguna otra forma; son válidos sólo porque los experimentos han demostrado que son verdaderos. Los resultados fundamentales son llamados “leyes”. Cuatro ejemplos son la ley de Ohm, la ley de corrientes de Kirchhoff, la ley de voltajes de Kirchhoff y la ley de Faraday. Cuando se ve una fórmula referida como una ley o un resultado experimental, hay que recordar que se basa en un experimento y no se puede obtener de ninguna otra manera.

PERSPECTIVA HISTÓRICA


Voltaje y Corriente Formulas definidas Algunas fórmulas son creadas por definición, es decir, las componemos. Por ejemplo, hay 60 segundos en un minuto porque definimos el segundo como 1/60 de un minuto. A partir de esto se obtiene la fórmula tseg = 60 x tmin

Fórmulas derivadas Este tipo de fórmula o ecuación se crea matemáticamente al combinar o manipular otras fórmulas. En contraste con los otros dos tipos de fórmulas, la única manera en la que se puede obtener una relación derivada es mediante matemáticas. Es importante tener conciencia de donde provienen las formulas de la teoría de circuitos, pues no solo le ayudara a entender y recordar las formulas, sino también a entender los cimientos de la teoría: la base experimental en las cual se soporta, las definiciones importantes que se han hecho y los métodos mediante los cuales estas ideas fundamentales se han conjuntado. Lo anterior puede ayudarle enormemente a entender y recordar los conceptos.

PERSPECTIVA HISTÓRICA


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