Miguel Alfonso Altuve Paredes - Análisis y simulación de circuitos eléctricos en corriente continua

621.31

A469

Altuve Paredes, Miguel Alfonso, autor

Análisis y simulación de circuitos eléctricos en corriente continua / Miguel

Alfonso Altuve Paredes -- Medellín: UPB, Seccional Bucaramanga, 2019.

307 p.; 21.5 x 28 cm.

ISBN: 978-958-764-628-3 (versión Epub)

1. Circuitos eléctricos – 2. Voltaje – 3. Corriente continua – 4. Bobinas – 5. Condensadores -- I. Título

CO-MdUPB / spa / rda

SCDD 21 / Cutter-Sanborn

© Miguel Alfonso Altuve Paredes

© Editorial Universidad Pontificia Bolivariana

Vigilada Mineducación

Análisis y simulación de circuitos eléctricos en corriente continua

ISBN: 978-958-764-628-3 (versión Epub)

DOI: http://doi.org/10.18566/978-958-764-628-3

Primera edición, 2019

Escuela de Ingenierías

Facultad de Ingeniería Electrónica y Eléctrica

Dirección de Investigaciones y Transferencia - DIT

Seccional Bucaramanga

Arzobispo de Medellín y Gran Canciller UPB:Mons. Ricardo Tobón Restrepo

Rector General:Pbro. Julio Jairo Ceballos Sepúlveda

Rector Seccional Bucaramanga:Presbítero Gustavo Méndez Paredes

Vicerrectora Académica Seccional Bucaramanga:Ana Fernanda Uribe Rodríguez

Decano de la Escuela de Ingenierías:Edwin Dugarte Peña

Director de la Facultad de Ingeniería Electrónica y Eléctrica:Ómar Pinzón Ardila

Gestora Editorial Seccional Bucaramanga:Ginette Rocío Moreno Cañas

Editor:Juan Carlos Rodas Montoya

Coordinación de Producción:Ana Milena Gómez Correa

Diagramación:Miguel Alfonso Altuve Paredes

Corrección de Estilo:Ingrid Vanessa Molano Osorio

Dirección Editorial:

Editorial Universidad Pontificia Bolivariana, 2019

Correo electrónico: editorial@upb.edu.co

www.upb.edu.co

Telefax: (57)(4) 354 4565

A.A. 56006 - Medellín - Colombia

Radicado:1628-22-08-17

Prohibida la reproducción total o parcial, en cualquier medio o para cualquier propósito sin la autorización escrita de la Editorial Universidad Pontificia Bolivariana.

Diseño epub: Hipertexto – Netizen Digital Solutions

Prefacio

Acerca del autor

1. Conceptos básicos

1.1. Sistema de unidades

1.2. Circuito eléctrico

1.3. Carga eléctrica

1.4. Corriente eléctrica

1.5. Voltaje

1.6. Potencia y energía

1.7. Elementos de circuitos

1.7.1. Resistor

1.7.2. Fuentes

1.8. Instrumentos de medida

1.8.1. Amperímetro

1.8.2. Voltímetro

1.8.3. Óhmetro

1.8.4. Multímetro

1.8.5. Osciloscopio

1.9. Problemas

2. Leyes de voltaje y corriente

2.1. Definiciones básicas

2.2. Leyes de Kirchhoff

2.2.1. Ley de voltaje

2.2.2. Ley de corriente

2.3. Divisor de voltaje

2.4. Divisor de corriente

2.5. Problemas

3. Análisis de nodos y de lazos

3.1. Análisis de voltaje de nodos

3.1.1. Análisis de voltaje de nodos con fuentes de corriente

3.1.2. Análisis de voltaje de nodos con fuentes de corriente y voltaje

3.2. Análisis de corrientes de lazo

3.2.1. Análisis de corrientes de lazo con fuentes de voltaje

3.2.2. Análisis de corrientes de lazo con fuentes de corriente

3.3. Problemas

4. Teoremas de circuitos

4.1. Principio de superposición

4.2. Transformación de fuentes

4.3. Teoremas de Thévenin y Norton

4.3.1. Teorema de Thévenin

4.3.2. Teorema de Norton

4.4. Teorema de máxima transferencia de potencia

4.5. Problemas

5. Condensadores y bobinas

5.1. Condensadores

5.2. Bobinas

5.3. Problemas

6. Circuitos RL y RC

6.1. Circuitos RC y RL sin fuente

6.1.1. Circuito RC sin fuente

6.1.2. Circuito RL sin fuente

6.2. Circuitos RC y RL con fuente de cc

6.2.1. Circuito RC con fuente de cc

6.2.2. Circuito RL con fuente de cc

6.3. Problemas

7. Circuitos RLC

7.1. Circuitos RLC sin fuente

7.1.1. Circuito RLC en serie sin fuente

7.1.2. Circuito RLC en paralelo sin fuente

7.2. Circuitos RLC con fuente de cc

7.2.1. Circuito RLC en serie con fuente de cc

7.2.2. Circuito RLC en paralelo con fuente de cc

7.3. Problemas

A. MATLAB®

A.1. Escritorio de MATLAB ®

A.2. Operaciones básicas

A.3. Operaciones matemáticas

A.3.1. Operaciones aritméticas

A.3.2. Funciones trigonométricas

A.3.3. Funciones exponenciales y logaritmos

A.3.4. Números complejos

A.4. Gráfica de datos

A.5. Secuencias de comandos (archivos .m)

B. PSpice®

B.1. Instalación de PSpice ®

B.2. Descripción de PSpice ® Schematics

B.3. Simulación de un circuito usando PSpice ®

B.4. Símbolos de PSpice ®para representar prefijos del SI

C. Valores comerciales de resistores

D. Valores comerciales de condensadores

E. Valores comerciales de bobinas

Bibliografía

Notas al pie

Este libro es el resultado de más de diez años de experiencia del autor impartiendo el curso Circuitos Eléctricos I en la Universidad Pontificia Bolivariana, seccional Bucaramanga y en la Universidad Simón Bolívar, Caracas, Venezuela. La obra se propone como texto guía para ser trabajada a lo largo de un semestre académico de 16 semanas de duración en el curso denominado Circuitos Eléctricos I, incluido en el currículo de diversas ingenierías, como la eléctrica, la electrónica, la mecanotrónica o de telecomunicaciones.

El libro está compuesto por siete capítulos y cinco apéndices, y está estructurado de manera que cada capítulo depende del anterior; por lo tanto es recomendable no obviar ningún capítulo. Los saberes previos que debe tener el estudiante para comprender el contenido de este libro son: física eléctrica, derivadas e integrales, ecuaciones diferenciales de primer y segundo orden, y álgebra lineal.

En el capítulo I, se presenta el sistema de unidades y se definen conceptos fundamentales como carga, corriente, voltaje y potencia. También se describen la resistencia eléctrica, la ley de Ohm, el código de colores de resistencias, y las fuentes de voltaje y corriente, tanto dependientes como independientes. Al final del capítulo se describe el uso de instrumentos de medida, como amperímetro, voltímetro, osciloscopio, etc., para medir y observar las variables en un circuito eléctrico.

El capítulo IIdefine las conexiones entre los elementos (rama, nodo, lazo, serie y paralelo) y se enfoca en las leyes básicas para el análisis de circuitos eléctricos: la ley de corriente de Kirchhoff y la ley de voltaje de Kirchhoff. También se presentan los principios del divisor de corriente y del divisor de voltaje.

Dos técnicas fundamentales para analizar circuitos eléctricos se presentan en el capítulo III. Estas son: el análisis de voltaje de nodos y el análisis de corrientes de lazo. Para facilitar la solución del sistema de ecuaciones resultantes se usa un análisis matricial. Se propicia el uso del software MATLAB ®( MATrix LABoratory ) para resolver el sistema de ecuaciones resultantes y hallar los valores de las variables incógnitas. Por otro lado, el software PSpice ®9.1 Student Version también se introduce, en este capítulo, para simular los circuitos eléctricos y comparar el resultado simulado con el resultado analítico.