Download Programa de Circuitos Eléctricos - CubaEduca

MINISTERIO DE EDUCACION
DIRECCIÓN DE EDUCACIÓN TÉCNICA Y PROFESIONAL
PROGRAMA
ASIGNATURA: CIRCUITOS ELÉCTRICOS.
FAMILIA DE ESPECIALIDADES: INFORMÁTICA Y LAS TELECOMUNICACIONES.
ESPECIALIDAD: ELECTRÓNICA Y LAS TELECOMUNICACIONES.
TECNICO MEDIO
ESCOLARIDAD DE INGRESO: 9no. y 12mo. GRADOS
AUTORES: M.Sc. Manuel Delgado Benítez
Profesor Auxiliar del ISPETP
Profesor Principal de la Disciplina
Lic. Dolores Baute Belén
IPI Osvaldo Herrera
Ciudad de La Habana
2009
Año del 50 Aniversario del Triunfo de la Revolución
.
ORIENTACIONES GENERALES
La asignatura Circuitos Eléctricos caracteriza y analiza el comportamiento de los
componentes ideales del circuito eléctrico mediante el estudio de la relación tensióncorriente en cada componente y en el circuito aplicando las leyes, teoremas,
propiedades y métodos generales. Es preciso y oportuno aclarar que los "métodos
generales" de "análisis de circuitos" son los procedimientos derivados de las Leyes de
Kirchhoff que se utilizan en la solución del problema fundamental de análisis de
circuitos, el cual puede establecerse en los términos siguientes: = Dados los valores de
todos los elementos pasivos de una red y las ondas de todas las fuentes de la misma,
hallar las ondas de las corrientes y las tensiones en los elementos, estudiando
simultáneamente el proceso de transferencia de energía e interpretándolo físicamente.
Entonces, "analizar el circuito eléctrico" consiste en determinar las tensiones y las
corrientes (respuestas) dados la configuración del circuito eléctrico, los valores de
todos sus elementos y las tensiones y/o corrientes de las fuentes (estímulos) que
actúan en el circuito. O sea hallar las respuestas del circuito a los estímulos aplicados.
I. OBJETIVOS GENERALES DE LA ASIGNATURA
? Analizar el comportamiento de los Circuitos Eléctricos lineales en estado estable,
determinando la corriente y tensión por sus ramas a través de la formación del
algoritmo apropiado mediante diferentes métodos en dependencia del tipo de
circuito, según sea resistivo puro o contenga almacenadores de energía; teniendo
en cuenta el carácter rector de las leyes de Kirchhoff en dicho comportamiento, para
lo cual es necesario considerar el carácter general de los métodos de las corrientes
de malla y de las tensiones de nodo, y en particular de las transformaciones y
reducciones de los Circuitos Eléctricos vinculado con el circuito equivalente, y el de
los teoremas tales como el de Thevenin, Norton y Superposición. En el concepto de
método para el análisis de los circuitos debe entenderse también su aspecto
matemático las operaciones algebraicas para los circuitos resistivos puros y las
operaciones en números complejos para los circuitos en estado estable en régimen
sinusoidal. Las relaciones corriente - tensión en cada uno de los cuatro elementos
ideales del circuito forman parte de la metodología del análisis, en la cual la Ley de
Ohm en sus tres variantes algebraicas, y en forma compleja resulta de gran
importancia.
.
? Contribuir al desarrollo del carácter partidista de los estudiantes a través de una
sólida formación profesional que los capacite para asimilar los métodos y técnicas
modernas de la revolución científico – técnica, asimilando además la superioridad
del sistema socialista en todos los ordenes y valorando justamente el desarrollo
tecnológico y social alcanzado.
? Contribuir a desarrollar las formas del pensamiento lógico, la capacidad de
razonamiento de los alumnos, a través de habilidades para la aplicación de los
conceptos, métodos, algoritmo en el análisis de los Circuitos Eléctricos y la
evaluación crítica de los resultados de la Práctica de Laboratorio.
1
? Contribuir a desarrollar gusto estético, cualidades pedagógicas y normas morales
propias de la profesión, que los convierta en un educador ejemplar.
III PLAN TEMATICO
Primer Año 2 Semestre.
Frecuencia Semanal: 4 Horas.
Total de Hora en el semestre: 80 Horas
Total de Horas en el curso: 320 Horas
Ingreso 9no Grado.
Especialidades Electrónica, Telecomunicaciones.
Unidad
1
2
3
Temática
Introducción a la asignatura
Fundamentos Básicos de los Circuitos Eléctricos
Métodos de Resolución de Circuitos Lineales.
Complejos
1Controles Parciales y 2 Trabajos Práctico
Total
Total
2
34
30
14
80
HORAS
Teoría Práctica
2
20
14
20
14
14
52
0
28
Segundo Año. Primer Semestre
Frecuencia Semanal: 6 Horas
Total de Horas: 120 Horas
Unidad
Temática
Total
4
5
6
7
8
Magnetismo e introducción Electromagnética
Análisis de los circuitos de corriente Alterna
Monofásicos
Corriente Alterna Trifásica
Ondas Sinusoidales
Análisis del Régimen Transitorio de los Circuitos con
Capacitores e Inductores
2do Control Parcial y 2 Trabajo Práctico
Total
HORAS
Teoría Práctica
20
40
12
20
20
20
20
6
16
10
4
10
10
2
6
18
120
12
68
4
62
2
Segundo Año. Segundo Semestre
Frecuencia Semanal: 6 Horas
Total de Horas: 120 Horas
Unidad
Temática
Total
9
10
11
12
Cuadripolos
Atenuadores
Filtros Eléctricos
Ecualizadores
2do Control Parcial y 2 Trabajo Práctico
Total
TOTAL DEL CURSO
44
12
40
6
18
120
240
HORAS
Teoría Práctica
24
4
20
6
12
66
134
20
8
20
0
4
52
114
3
PROGRAMA ANALÍTICO
UNIDAD 1. Introducción a la asignatura.
Objetivos.
? Argumentar la importancia de la asignatura para el especialista de la rama de
la Electricidad y la Electrónica, a partir de ejemplos de sus múltiples
aplicaciones y precisando su trascendencia para el desarrollo del país y la
evolución histórica de la electricidad..
? Aplicar las normas que establece el Sistema Internacional de Unidades para el
trabajo en la asignatura, sentando las bases para su posterior empleo durante toda
la carrera y el ejercicio de la profesión.
Sistema de conocimientos:
? Historia de la electricidad y su relación con la historia de Cuba
? Introducción general sobre el desarrollo de la industria eléctrica y electrónica en
el país.
? Nomenclatura y simbología más utilizadas en la asignatura
? Nomenclatura de las tensiones, corrientes, potencias y otros parámetros
utilizados en el desarrollo de la asignatura. Simbología de los diferentes
componentes constituyentes de los circuitos eléctricos y electrónicos.
? Unidades básicas. Múltiplos y submúltiplos más utilizados en la asignatura.
Ejercicios.
Sistema de habilidades.
? Argumentar la importancia de la asignatura Circuitos Eléctricos para el
especialista de las ramas de la Electricidad y la Electrónica.
? Describir la historicidad de los adelantos en las ramas de la Electricidad y la
Electrónica.
? Aplicar adecuadamente el Sistema Internacional de Unidades en la asignatura.
UNIDAD 2 Fundamentos Básicos de los Circuitos Eléctricos.
Objetivos:
? Aplicar los conceptos y leyes fundamentales en circuitos eléctricos elementales.
4
? Comprobar el comportamiento de circuitos eléctricos elementales mediante la
actividad práctica en el laboratorio o mediante el uso del programa simulador:
Electronics Work Bench.
Sistema de conocimientos:
? El circuito eléctrico y sus componentes. Nociones básicas sobre corriente,
tensión, potencia y energía. Caracterización
de los elementos ideales.
Caracterización de los elementos reales.
? Resistores reales: Dependencia de la resistencia eléctrica de factores como:
longitud, sección, tipo de material y temperatura. Aplicaciones prácticas. Tipos
de resistores. De carbón, potenciómetros, reóstatos, cajas decádicas y para
aplicaciones especiales. Parámetros de los resistores: Valor nominal y de
trabajo, tolerancia y potencia. Averías en los resistores, abiertos, ruidosos,
quemados, alteración de su valor. Utilización del ohmétro como detector de
averías en los resistores.
? Bobinas: Bobinas con núcleo de aire, de ferrita de hierro y de núcleo variable.
Parámetros de las bobinas: Valor nominal, potencia de trabajo, inductancia de la
bobina y resistencia de la bobina.
? Averías más comunes en las bobinas: abiertas, espiras cortocircuitadas.
Detección de las averías. Aplicaciones prácticas.
? Capacitores reales (Condensadores): Tipos de capacitores: Fijos y variables,
electrolíticos, de mica de papel de cerámica de aceite y tantálicos (tantalio).
Parámetros de los capacitores. Capacitancia, capacidad nominal, tolerancia y
tensión nominal. Avería en los capacitores; abierto, en cortocircuito, con fugas,
detección de las averías. Aplicaciones prácticas.
? Transformadores: Breve explicación de su funcionamiento. Inducción mutua.
Relación de transformación. Transformadores de tensión y de corriente.
Rendimiento. Clasificación según tipo de funcionamiento. Tipos de
transformadores.
Autotransformadores.
Aplicaciones.
Transformadores
trifásicos. Parámetros del transformador: tensión, corriente y potencia nominales.
Averías en los transformadores: Devanados abiertos, devanados en cortocircuito
(primario, secundario y entre ambos) detección de las averías. Aplicaciones
prácticas.
? Dispositivos semiconductores. Diodos, tipos de diodos de acuerdo a su
construcción: De germanio, de silicio y metálico. Parámetros. Uso de manuales,
ejemplos prácticos. Transistores: Tipos de transistores: PNP, NPN y de efecto
de campo. Parámetros. Uso de manuales. Ejemplos prácticos. Averías en los
dispositivos semiconductores: en el montaje, uniones abiertas y uniones en
cortocircuito. Detección de las averías. Aplicaciones prácticas.
? Otros elementos del circuito eléctrico. De conexión y desconexión: Interruptores,
5
relevadores, conectores, etcétera. Breve explicación de cada uno de ellos. De
protección: Relevadores, fusibles, etc. Importancia de su uso en la especialidad.
Breve explicación de cada uno de ellos. Uso de tablas para la selección de
fusibles.
? Conductores: Breve explicación de su importancia. Tipos de conductores más
utilizados en la especialidad. Aplicaciones prácticas.
? Ley de Ohm, Leyes de Kirchhoff. Principio de Dualidad.
Sistema de habilidades:
? Identificar el circuito eléctrico así como los elementos que lo componen.
Interpretar físicamente los conceptos de corriente, tensión, potencia y energía,
asociándolos a su carácter de magnitudes que caracterizan a los circuitos eléctricos.
? Analizar el comportamiento de los elementos pasivos ideales ante diferentes
tipos de estímulos a partir de la relación que se establece entre la corriente y la
tensión en cada uno de ellos.
? Caracterizar las fuentes de corriente y tensión.
? Caracterizar los elementos reales de los circuitos eléctricos.
? Analizar circuitos eléctricos mediante las leyes de Ohm, de Kirchhoff.
Actividades prácticas:
? En este tema se realizarán las primeras prácticas de laboratorio, cuyos
propósitos son comprobar la familiarización del estudiante con el trabajo
práctico; las reglas de seguridad y la conexión y lectura del amperímetro y del
voltímetro. Se explicarán las cualidades que deben poseerse para el trabajo
experimental, así como el trabajo preparatorio a desarrollar.
? Una parte importante de las horas prácticas será dedicada a la ejercitación en la
solución de problemas manualmente y a la demostración y comprobación
mediante el uso del programa simulador Electronic Work Bench en esta y las
demás unidades.
UNIDAD 3: Métodos de Resolución de Circuitos Eléctricos
Objetivos:
? Calcular diferentes magnitudes y/o parámetros, según sea necesario, conocidos los
valores y características de los elementos que componen el circuito y la forma en
que están conectados, así como los valores de las fuentes (estímulos aplicados);
para lo cual será necesario aplicar los diferentes métodos estudiados, basándose
en las leyes, teoremas, propiedades y métodos generales, interpretando físicamente
los resultados obtenidos.
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? Comprobar mediante la actividad práctica en el laboratorio el comportamiento de los
circuitos estudiados o simularlo mediante el uso del programa simulador: Electronics
Work Bench.
Sistema de conocimientos:
? Ecuaciones de las redes resistivas puras. Forma de conexión de elementos
pasivos y sus transformaciones. Transformación de fuentes reales. Regímenes
de trabajo de los circuitos eléctricos, nominal, baja carga, sobrecarga, de vacío
y de cortocircuito. Potencia generada, potencia disipada internamente en la
fuente, Potencia en la carga. Eficiencia. Máxima transferencia de potencia.
? Principales métodos y teoremas de análisis de redes lineales resistivas puras:
Principio de Superposición, Método de las Tensiones de Nodo, Método de las
corrientes de malla, Teorema de Thevenin, Teorema de Norton, Teorema de
Superposición.
? Circuitos con elementos no lineales. Características de, tensión - corriente de los
elementos más utilizados en la especialidad. Línea de carga, punto de
operación, resistencia estática y resistencia dinámica. Tratamiento teórico de los
elementos no lineales en el circuito eléctrico.
Sistema de habilidades:
? Obtener circuitos equivalentes reducidos a partir de la transformación de
elementos activos y pasivos.
? Seleccionar el método general más conveniente para analizar una red teniendo
en cuenta su configuración y las características de los elementos que la
componen.
? Aplicar cualquiera de los métodos estudiados en el cálculo de la intensidad de la
corriente, tensión y potencia en el elemento, rama o red resistiva y lineal.
? Interpretar físicamente los resultados obtenidos en cálculos teóricos y en
mediciones efectuadas en la práctica.
Actividades prácticas:
? La universalidad de los métodos y teoremas estudiados en este tema lo califica
como uno de los más importantes de la asignatura y básico para los restantes
temas. De acuerdo a lo anterior los estudiantes comprobarán experimentalmente
la validez de los mismos en dos prácticas de laboratorio vinculadas a trabajos
prácticos. Se continuará desarrollando en estas prácticas las habilidades de
montar circuitos, leer instrumentos, simular prácticas en EWB y preparación de
las prácticas antes de su realización
UNIDAD 4: Magnetismo e inducción electromagnética
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Objetivo:
? Analizar el fenómeno de la inducción electromagnética a partir de las leyes de Lenz
y de Faraday, empleando los conceptos relacionados con dicho fenómeno, así
como interpretando físicamente el mismo.
Sistema de conocimientos:
? Magnetismo, causa del magnetismo. Definición de campo magnético. Líneas de
inducción, flujo magnético. Representación del campo magnético. Inducción
magnética. Permeabilidad magnética (absoluta y relativa). Intensidad del campo
magnético. Fuerza magnetizante. Curvas de magnetización. Lazo de histéresis,
materiales magnéticamente blandos y magnéticamente duros.
? Campo magnético creado por una espira con corriente. Campo creado por una
bobina. Concatenación magnética. Inductancia propia. Fem de autoinducción.
Ley de Faraday. Ley de Lenz. Ejercicios.
? Inductancia mutua, fem de inducción mutua. Marcas de polaridad. Conexión de
las inductancias. Ejercicios.
Sistema de habilidades:
? Determinar, teórica y experimentalmente, la ubicación de las marcas de
polaridad en bobinas magnéticamente acopladas, así como interpretar
físicamente su significado.
? Analizar el comportamiento del circuito con inductancias mutuas conectadas en
serie, paralelo y combinadas, atendiendo al valor del coeficiente de
acoplamiento y las posibilidades de ubicación de las marcas de polaridad,
realizando reducciones del circuito, aplicando las leyes de Ohm y Kirchhoff
interpretando físicamente los resultados obtenidos.
? Analizar la influencia que provoca en el circuito el cambio de conexión de
bobinas acopladas electromagnéticamente, tanto en el plano teórico como
práctico.
Actividades prácticas:
? Es importante en esta unidad representar y simular la composición de campos
magnéticos simples. Determinar los sentidos lógicos del campo magnético, su
valor tanto mediante cálculos como por medición de laboratorio. Deben
establecerse convenientemente los conceptos de homogeneidad y
heterogeneidad del campo y la relación de tales conceptos con la cualidad de
Reluctancia, permeabilidad, intensidad y densidad de campo, flujo, fuerza
magnetizante y condiciones del medio en estudio. Aplicación y generalización de
las Leyes de Ohm y Kirchhoff. Utilización práctica de las curvas de
magnetización.
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? Se continuará desarrollando en estas prácticas las habilidades de montar
circuitos, leer instrumentos, simular prácticas en EWB y preparación de las
prácticas antes de su realización.
UNIDAD 5: Análisis de los Circuitos de Corriente Alterna Monofásicos.
Objetivos:
? Calcular diferentes magnitudes y/o parámetros, según sea necesario, conocidos los
valores y características de los elementos que componen el circuito y la forma en
que están conectados, así como los valores de las fuentes (estímulos aplicados);
para lo cual será necesario aplicar los diferentes métodos estudiados, basándose
en las leyes, teoremas, propiedades y métodos generales, interpretando físicamente
los resultados obtenidos.
? Comprobar mediante la actividad práctica en el laboratorio el comportamiento de los
circuitos estudiados o simularlo mediante el uso del programa simulador: Electronics
Work Bench.
Sistema de conocimientos:
? Corriente alterna sinusoidal. Importancia y conceptos básicos. Relación
biunívoca entre las funciones sinusoidales y los vectores de giros. Magnitudes
complejas. Leyes de Kirchhoff en forma fasorial. Relación entre la tensión y la
corriente y análisis de la potencia para cada elemento ideal del circuito. Ley de
Ohm para un dipolo pasivo arbitrario. Equivalente entre sus esquemas serie y
paralelo y mixto con estímulo de corriente alterna sinusoidal en régimen estable.
? Diagramas fasoriales. Potencia instantánea en un dipolo. Potencia activa,
reactiva, aparente y aparente compleja. Factor de potencia. Compensación de
potencia reactiva. Triángulo de potencia. Métodos generales para el análisis de
circuitos mediante amplitudes complejas.
Sistema de habilidades:
? Establecer la relación biunívoca entre vector de giro y función sinusoidal.
Obtener circuitos equivalentes más sencillos a partir del cálculo de impedancia
compleja, la admitancia compleja y de la transformación de fuentes reales.
? Aplicar la ley de Ohm, las leyes de Kirchhoff, el divisor de tensión y el
divisor de corriente, los métodos generales y el teorema de Thevenin en
forma fasorial.
? Resolver operaciones con números complejos.
? Calcular la lectura de amperímetros y voltímetros.
? Construir diagramas fasoriales
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? Análisis de los circuitos a parámetros concentrados: Parámetros de los
receptores de corriente alterna.
? El circuito resistivo puro. Tensión y corriente instantáneas, representación
gráfica, diagrama fasorial, potencia instantánea, potencia activa.
? El circuito capacitivo puro; tensión y corriente instantáneas,
representación gráfica, diagrama fasorial, potencia instantánea, potencia
reactiva. Ejercicios.
? El circuito inductivo puro: tensión y corriente instantáneas, representación
gráfica, diagrama fasorial, potencia instantánea, potencia reactiva.
? El circuito RLC-serie: Tensiones y corrientes instantáneas, representación
gráfica, diagrama fasorial, potencias instantánea, activa, reactiva y
aparente, triángulos de tensión, impedancia y de potencia, factor de
potencia. Casos particulares del circuito RLC serie (RL-RC-LC y
resonancia).
? Análisis de la resonancia por variación de L, C y f, curvas características.
El circuito RLC serie como selector, factor de selectividad, ancho de
banda.
? Impedancias en serie. Concepto de impedancia equivalente. Ejercicios.
? El circuito RLC-paralelo: Conceptos de admitancia, conductancia y
susceptancia. Admitancia equivalente, ejercicios. Resonancia de
corriente. Obtención de la resonancia por variación de L, C, f o R. Curvas
características. El circuito RLC-paralelo como selector. Factor de
selectividad. Ejercicios.
? Determinar carácter predominante de una rama o red analizando el
desfasaje existente entre la corriente y la tensión.
? Calcular las potencias activas, reactivas, aparentes y aparente compleja
así como el factor de potencia en un elemento, rama o red; con estímulo
de la corriente alterna sinusoidal, analizando las relaciones que entre ella
se establece a partir del triángulo de potencia.
? Mejorar el factor de potencia de una red.
? Montar circuitos sencillos en los que medirán intensidades de corrientes,
caídas de tensión y potencia.
Actividades prácticas:
? En las prácticas de laboratorio previstas el estudiante deberá proponer los
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esquemas de montaje y el instrumental de medición necesarios para medir
tensiones y corrientes, desfasajes y potencias, utilizando para ello el programa
de computación EWB
UNIDAD 6: Corriente Alterna Trifásica
Objetivos:
? Calcular diferentes magnitudes y/o parámetros, según sea necesario, conocidos los
valores y características de los elementos que componen el circuito y la forma en
que están conectados, así como los valores de las fuentes (estímulos aplicados);
para lo cual será necesario aplicar los diferentes métodos estudiados, basándose
en las leyes, teoremas, propiedades y métodos generales, interpretando físicamente
los resultados obtenidos.
? Comprobar mediante la actividad práctica en el laboratorio el comportamiento de los
circuitos estudiados o simularlo mediante el uso del
programa simulador:
Electronics Work Bench.
Sistema de conocimientos:
? Principio de generación de las tensiones trifásicas. Valores instantáneos,
magnitudes complejas, diagramas fasoriales. Definición de conexión trifásica en
estrella y en delta, tensiones y corrientes de fase, línea y neutro. Circuitos
trifásicos conectados en estrella y en delta balanceados y no balanceados.
Potencia en circuitos trifásicos conectados en estrella y en delta.
Sistema de habilidades:
?
Interpretar físicamente el proceso de generación de tensiones trifásicas y la
representación de éstas en magnitudes instantáneas y complejas, así como sus
valores de fase y línea.
?
Analizar circuitos trifásicos balanceados, calculando sus parámetros y
variables energéticas más importantes, mediante el uso de las leyes de Kirchhoff
y métodos generales.
?
Analizar circuitos trifásicos desbalanceados, calculando sus parámetros y
variables energéticas más importantes.
?
Resolver circuitos trifásicos conectados en delta, estrella y las combinaciones
posibles entre la fuente y la carga, estudiando el efecto de la conexión y
desconexión del conductor entre neutros de estrellas.
?
Emplear la representación fasorial para el análisis de circuitos trifásicos.
?
Montar circuitos trifásicos sencillos en sus distintos tipos de conexión.
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?
Medir tensiones y corrientes de fase y de línea y apreciar críticamente la
influencia de la interconexión de neutros en la conexión estrella.
Actividades prácticas:
? En las prácticas de laboratorio previstas el estudiante deberá proponer los
esquemas de montaje y el instrumental de medición necesarios para comprobar
la relación entre tensiones y corrientes de fase y línea, desfasajes, potencias de
fase y totales, tensiones y corrientes de neutro, en circuitos balanceados y
desbalanceados, conectados en delta y en estrella, utilizando para ello el
programa de computación EWB
UNIDAD 7: Ondas no Sinusoidales
Objetivo.
? Interpretar una onda no sinusoidal a partir de su representación mediante la
Serie de Fourier.
Sistema de conocimientos:
? Tensiones y corrientes no sinusoidales.
Serie de Fourier para señales
periódicas. Análisis de los regímenes no sinusoidales periódicos monofásicos:
Valores eficaces, potencia, factor de forma, de pico y de distorsión. Análisis de
circuitos con fuentes no sinusoidales. Análisis de los regímenes no sinusoidales
en los circuitos trifásicos. Espectro de las señales no sinusoidales periódicas.
Sistema de Habilidades:
? Calcular tensiones y corrientes eficaces, factor de forma, de pico y de distorsión
y potencia activa en circuitos monofásicos alimentados con ondas no
sinusoidales periódicas, teniendo en cuenta la representación de la señal a
través de los coeficientes de la serie de Fourier.
? Analizar circuitos trifásicos alimentados por ondas no sinusoidales, teniendo en
cuenta la conexión del circuito y sus propiedades con respecto a los distintos
armónicos de la serie de Fourier.
UNIDAD 8: Análisis del régimen transitorio de los circuitos con capacitores e
inductores.
Objetivo.
? Analizar los fenómenos transitorios que ocurren en circuitos eléctricos sencillos que
contienen un elemento almacenador de energía, a partir de las leyes de la
conmutación y de los procesos energéticos que ocurren en los inductores y
capacitores al producirse algún cambio en el circuito provocado por la apertura o
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cierre de interruptores o por la ocurrencia de fallas o cortocircuitos en la red,
interpretando físicamente dichos fenómenos.
Sistema de conocimientos:
? Concepto de régimen transitorio, causas de su aparición. Leyes de la
conmutación. Proceso de carga y de descarga de un capacitor. Constante de
tiempo. Cálculo de la constante de tiempo. Aplicaciones. Ejercicios. Procesos de
energización y desenergización de un circuito con inductores. Constante de
tiempo. Cálculo de la constante de tiempo. Aplicaciones. Ejercicios.
? Condiciones de continuidad (Leyes de la Conmutación). Análisis de la respuesta
libre y forzada de la red RL con estímulos de corriente directa. Análisis de la
respuesta libre y forzada con estímulos de corriente alterna de la red RL.
Análisis de la respuesta libre y forzada de la red RC con estímulos de corriente
directa y corriente alterna.
? Análisis de las redes ramificadas de primer orden con estímulos de corriente
directa y/o corriente alterna.
Sistema de habilidades:
? Analizar redes dinámicas de primer orden en el dominio del tiempo estimuladas
con fuentes de corriente directa y corriente alterna sinusoidal, determinando las
respuestas libre y forzada a partir del planteamiento de las condiciones de
continuidad de los circuitos e interpretando físicamente los procesos transitorios
que ocurren en dichas redes al ser efectuadas las conmutaciones.
Actividades prácticas:
? Las prácticas de laboratorio tendrán como objetivo fundamental realizar el
análisis de los circuitos RL y RC a partir de los parámetros del circuito (valores
de R, L y C), apreciando las condiciones de continuidad de las variables de
estado y determinando experimentalmente el tiempo de duración del transiente,
a la vez que se señalará su relación con la constante de tiempo y el coeficiente
de amortiguamiento. Se prestará atención a la representación de los gráficos
mediante el estudio en osciloscopio en el programa de simulación EWB.
UNIDAD 9: Cuadripolos.
Objetivo.
? Analizar el comportamiento de un cuadripolo o de una asociación de Cuadripolos, a
partir de las ecuaciones de sus parámetros, llegando a trabajar con Cuadripolos
equivalentes e interpretando físicamente los resultados obtenidos.
Sistema de habilidades.
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? Definir el concepto de cuadripolo.
? Identificar las ecuaciones de los Cuadripolos.
? Calcular los principales parámetros de los Cuadripolos.
? Relacionar los principales parámetros de los Cuadripolos.
? Definir impedancias imagen.
? Definir impedancias iterativas.
? Definir cuadripolo equivalente.
? Obtener cuadripolo equivalente en T.
? Obtener cuadripolo equivalente en PI.
? Asociar Cuadripolos en paralelo-serie, en serie-paralelo y en cascada.
? Interpretar las pérdidas introducidas por los Cuadripolos.
? Interpretar físicamente los resultados.
Sistema de conocimientos.
? Generalidades. Definición de cuadripolo. Ecuaciones del cuadripolo. Ecuación
de los parámetros Z. Ecuación de los parámetros Y. Ecuación de los parámetros
H. Relación entre los distintos coeficientes. Ejercicios. El cuadripolo como
transformador de impedancia. Impedancia de entrada y de salida. Impedancias
de cortocircuito y de circuito abierto. Relación entre las impedancias de
cortocircuito y de circuito abierto, Ejercicios. Impedancias imagen. Ejercicios.
Impedancias iterativas.
Ejemplos. Impedancias imágenes conjugadas.
Ejemplos. Cuadripolo equivalente. Cuadripolo equivalente en T. Cuadripolo
equivalente en PI. Conexión en paralelo-serie, en serie-paralelo y en cascada.
Ejercicios. Pérdidas introducidas por los cuadripolos. Conceptos pérdidas de
transmisión y pérdidas de inserción.
? Uso del simulador Electronics Work Bench como alternativa para realizar el
estudio del comportamiento de los circuitos eléctricos.
UNIDAD 10: “Atenuadores”.
Objetivos:
? Interpretar el atenuador como un cuadripolo que funciona independientemente
de la frecuencia
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? Comprobar que los atenuadores tienen la función de introducir pérdidas sin
distorsionar la señal.
Sistema de conocimientos:
? Condiciones de operación nominales y no nominales. Clasificación de los
atenuadores en asimétricos y simétricos. El atenuador de pérdida mínima. Dar la
metodología de trabajo para su diseño. Uso de los tablas. El atenuador variable
o por pasos. La consola mezcladora.
Sistema de habilidades:
? Diseñar los atenuadores asimétricos y simétricos de perdida mínima capaces de
cumplir las siguientes funciones:
? Introducir pérdidas
? Evitar que las variaciones de la carga se reflejen en el suministro.
? Controlar niveles de potencia
? Adaptar impedancias.
UNIDAD 11: “Filtros eléctricos”
Objetivos:
? Interpretar los filtros como los cuadripolos capaces de transmitir un contenido de
frecuencia rechazando el resto.
? Definir las características de los filtros reactivos.
? Diseñar los cuatro tipos de filtro reactivo analizando las propiedades de la
función reactancia.
Sistema de conocimientos:
? Interpretar las propiedades de la función reactancia. Analizar el capacitor y el
inductor como los parámetros fundamentales en la fabricación de filtros
reactivos.
? Definir banda de paso, banda de atenuación y banda de corte.
? Diagrama en bloque de un filtro en escalera formada por secciones T o (pi).
? Definir los filtros K constante: pasa bajo, pasa alto, pasa banda, supresor banda.
Hemisecciones de los filtros (m derivada).
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? Lograr el diseño del filtro compuesto.
? Analizar la tabla de filtro como herramienta de trabajo para su diseño.
Sistema de habilidades:
? Definir el concepto de filtro eléctrico.
? Identificar las cuatro formas de función reactancia.
? Clasificar los cuatro tipos de filtros básicos.
? Definir filtro de escalera a través de su diagrama en bloque.
? Diseñar los filtros K constante: pasa bajo, pasa alto, pasa banda, supresor
banda.
? Diseñar las Hemisecciones de los filtros: pasa bajo, pasa alto, pasa banda,
supresor banda.
? Diseñar el filtro compuesto y destacar las ventajas del mismo sobre el filtro k
constante.
? Ejercicios de generalización sobre filtro reactivos.
? Definir los filtros activos con el uso de amplificadores. Características de
frecuencias.
? Ventajas de los filtros con amplificadores operacionales.
Filtros a cristal. Características eléctricas del cristal de cuarzo. Circuito equivalente.
Funcionamiento del filtro a cristal. Ventajas y aplicaciones.
UNIDAD 12: “Ecualizadores”
Objetivos:
? Interpretar los ecualizadores a través de su diagrama en bloque y sus funciones.
Sistema de conocimientos:
? Concepto de ecualizador. Definir ecualizador de amplitud. Ejemplos prácticos.
? Definir el ecualizador de fase. Definición. Ejemplos prácticos.
Sistema de habilidades:
? Interpretar la importancia del ecualizador en los sistemas de audio.
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V. INDICACIONES METODOLÓGICAS:
En la unidad 2 Fundamentos básicos de los Circuitos Eléctricos, se estudian los
conceptos fundamentales de la teoría de los Circuitos Eléctricos, las propiedades de los
elementos ideales y las Leyes de Kirchhoff; se introducen los conceptos de Dualidad,
de estados estables y transitorios y de variable de estado. El estudio de los elementos
del circuito debe realizarse a partir de sus relaciones energéticas y de su
comportamiento. Al abordar las Leyes de Kirchhoff se deberá tener en cuenta su
aplicación a mallas virtuales, es decir en mallas en las que falta una rama por cerrar.
La orientación del contenido debe realizarse en forma general, sin destacar la forma de
la onda y cuando se haga será en circuitos resistivos puros energizados con corriente
directa; este criterio debe mantenerse en la selección de los problemas, en los que se
abordarán de manera prioritaria la aplicación de las leyes de Kirchhoff. Una parte
importante de las horas prácticas será dedicada a la ejercitación en la solución de
problemas manualmente y a la demostración y comprobación mediante el uso del
programa simulador Electronic Work Bench en esta y las demás unidades.
En la unidad 3 Métodos de resolución de circuitos lineales se exponen las propiedades,
teoremas y métodos de análisis de los Circuitos Eléctricos, cuyo modelo matemático se
corresponde con sistemas de ecuaciones algebraicas.
Un aspecto al que se le debe dedicar especial atención es al desarrollo de la habilidad
de seleccionar el método más adecuado para el análisis del circuito en dependencia de
la configuración, datos e incógnitas de circuito. Entre los errores más frecuentes está la
incorrecta identificación de la conexión entre los elementos del circuito, por lo tanto se
debe prestar atención a los problemas que se resuelvan mediante transformaciones
sucesivas.
Es importante lograr, que los estudiantes dibujen los circuitos equivalentes de acuerdo
con las transformaciones que se van realizando, lo que dará una solución más clara y
comprensible. La universalidad de los métodos y teoremas estudiados en este tema lo
califica como uno de los más importantes de la asignatura y básico para los restantes
temas.
En la unidad 4: Magnetismo e inducción electromagnética
Es importante la vinculación del contenido con la práctica cotidiana industrial y por ello
se insiste en la necesidad de determinar, teórica y experimentalmente, la ubicación de
las marcas de polaridad en bobinas magnéticamente acopladas, así como interpretar
físicamente su significado.
Analizar el comportamiento del circuito con inductancias mutuas conectadas en serie,
paralelo y combinadas, atendiendo al valor del coeficiente de acoplamiento y las
posibilidades de ubicación de las marcas de polaridad, realizando reducciones del
circuito, aplicando las leyes de Ohm y Kirchhoff interpretando físicamente los
resultados obtenidos.
Analizar la influencia que provoca en el circuito el cambio de conexión de bobinas
acopladas electromagnéticamente, tanto en el plano teórico como práctico.
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En la unidad 5 Análisis de circuitos de C.A. monofásicos, se realiza el estudio de los
circuitos con almacenadores de energía alimentados con C.A. sinusoidal en régimen
estable a parámetros concentrados. A partir de la relación reciproca entre las funciones
sinusoidales y su representación fasorial se realiza el trabajo operacional con números
complejos. La ejercitación se balanceará con problemas combinados como por
ejemplo:
? Funciones sinusoidales y su representación fasorial.
? Aplicación de los diversos métodos estudiados al trabajo con amplitudes
complejas.
? Textos empleando diversas expresiones de las fórmulas de potencia.
? Mejoramiento del factor de potencia.
? Otros problemas semejantes.
Entre los errores más comunes en este tema tenemos la confusión que se produce al
determinar la impedancia del circuito por no distinguir adecuadamente entre R, C, L, X,
Z, B, G y Y, lo que se resolverá en la orientación de la clase. También se debe aclarar
el desfasaje introducido entre corriente y tensión por capacitores e inductores
aprovechando para ello el trazado adecuado de los diagramas fasoriales. Se debe
aclarar cuidadosamente que la impedancia como magnitud compleja es un operador y
no un fasor a diferencia de lo que ocurre con la tensión y la corriente, se precisará
también la dependencia o independencia de Z, R, XL y XC, con la frecuencia.
Se introducen convenientemente los conceptos de reactancia y caída de tensión por
inducción mutua apreciándolos físicamente como expresión de la transferencia de
energía entre partes del circuito que no tienen que estar necesariamente acopladas
eléctricamente. Para ello es preciso una adecuada explicación del concepto de bornes
homónimos y su localización mediante las marcas de polaridad, lo cual se puede
ilustrar mostrando medios reales como transformadores de instrumentos marcados y
otros.
La vinculación de las marcas de polaridad con la tensión de inducción presenta un alto
grado de complejidad en los estudiantes regularmente y por ello se recomienda hacer
demostraciones prácticas en el aula y la utilización de los métodos teóricos y prácticos
de determinación de las marcas más utilizadas.
En la unidad 6 Circuitos Trifásicos, se recomienda iniciar haciendo referencia a la obra
de la Revolución en el campo de la Electroenergética y en particular a la genialidad de
Fidel en la “Revolución Energética” justificando la superioridad y más amplio uso de la
corriente alterna trifásica sinusoidal sobre otras formas de producción, transmisión y
utilización de la energía eléctrica.
La producción de la energía trifásica, el circuito trifásico y su análisis deben inferirse a
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partir de la combinación de tres circuitos monofásicos y utilizar en ellos los métodos
generales de solución. Luego se debe lograr habilidad en la solución de los circuitos
trifásicos empleando sus propiedades, lo que simplifica el trabajo tanto en los sistemas
balanceados como en los desbalanceados.
Los diagramas fasoriales de tensión y corriente por fase y trifásicos deben ser
utilizados en la explicación de los circuitos trifásicos y la solución de los ejercicios.
Se estudiarán las propiedades de los circuitos conectados en delta y en estrella con y
sin neutros interconectados y la combinación de estos esquemas entre la generación y
el consumidor.
Se ampliarán los conceptos de potencia y factor de potencia aplicados en circuitos
trifásicos balanceados y desbalanceados.
Al resolver los ejercicios de circuitos trifásicos se aplicarán las leyes de Ohm y Kirchhoff
así como los métodos generales conocidos, particularizando en el método de las
tensiones de nodo propiciando que el estudiante aprenda a seleccionar el procedimiento idóneo para cada tipo de circuito.
En la unidad 7 Ondas no sinusoidales, se abordará el estudio de redes monofásicas y
trifásicas alimentadas por ondas periódicas no sinusoidales. Se introducirá el tema con
la importancia que el mismo representa para el desarrollo de otras disciplinas.
El cálculo de tensiones, intensidades de corriente y potencia activa constituirán el
núcleo fundamental de los objetivos de las clases de ejercitación, analizando el
comportamiento de circuitos monofásicos y trifásicos, teniendo en cuenta en estos
últimos el comportamiento de la red para los diferentes armónicos en que se
descompone la señal no sinusoidal. Se insistirá además en la determinación de los
factores de forma, pico y distorsión, señalando las características para las ondas más
comúnmente empleadas en distintas ramas de aplicación.
En la unidad 8 Análisis del régimen transitorio de los circuitos con capacitores e
inductores se realizará el análisis de los procesos transitorios que tienen lugar en redes
con elementos almacenadores alimentados con señales de corriente directa u ondas
periódicas sinusoidales.
El análisis de redes R L y R C ante los estímulos anteriormente señalados representa
el núcleo fundamental de los contenidos de la actividad práctica del tema dado por el
cálculo de las respuestas libre y forzada de las redes estudiadas ante los estímulos de
CD y CA, teniendo en cuenta las condiciones de continuidad de cada red, su
configuración y realizando la interpretación física de los procesos que tienen lugar en
los elementos almacenadores a partir de los gráficos representativos de los sucesos
que se señalan. El método a abordar para el análisis de los procesos transitorios que
tienen lugar en las redes al ser efectuadas las distintas conmutaciones, será el método
clásico.
En la unidad 9 Se recomienda iniciar la unidad haciendo referencia al análisis de los
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sistemas trifásicos y el concepto de dipolo para inferir en la definición de cuadripolo.
Analizar las redes de cuatro terminales para lograr la máxima eficiencia en las
transmisiones haciendo elución al programa energético de la revolución. Al analizar los
parámetros de los cuadripolos hacer hincapiés en la aplicación de las leyes de ohm y
de Kirchhoff para encontrar los parámetros.
Profundizar en el calculo de las Zca y Zcc por su importancia en el análisis de las redes
que trabajan sobre base imagen y Iterativa cuyo objetivo es lograr la máxima
trasferencia de energía.
El cuadripolo equivalente cuyo objetivo es simplificar las redes eléctricas.
Analizar las asociaciones de cuadripolo para acentuar las bases para el problema de la
realimentación en la asignatura de electrónica.
En la unidad 10 Se recomienda utilizar el cuadripolo como el dispositivo capaz de
introducir pérdidas necesarias en la transmisión de la señal para la protección de la
etapa que continua.
Las pérdidas pueden ser fijas o variables pero conocidas.
Analizar el atenuador como un adaptador de impedancia fundamentalmente.
Poner ejemplos prácticos.
Diseñar atenuadores simétricos y asimétricos mediante el uso de la tabla.
Dar la metodología de trabajo para comprobar si puede o no ser diseñado.
En la unidad 11 : Se recomienda definir los filtros como los cuadripolos que trabajan en
función de la frecuencia .
Interpretar las propiedades de la función reactancia (Estudio del inductor y capacitor
como dispositivo reactivo)
Analizar los diferentes tipos de filtros de acuerdo a: Funciones, simbología. Banda de
trasmisión y banda de atenuación.
Diseñar los cuatros tipos de filtros K constante en las dos configuraciones T y II ( pi)
Diseñar las Hemisecciones de todos los K constante
Definir el filtro compuesto
Dar a conocer las limitaciones del K constante y las ventajas de la M derivadas y sus
Hemisecciones que elimina las limitaciones del K constante.
Definir el filtro activo y compararlo con el filtro reactivo. Ventajas y desventajas.
El filtro activo como amplificador operacional.
Analizar el filtro a cristal. El cristal de cuarzo ventajas y desventajas.
En la unidad 12: Destacar la importancia de los ecualizadores como las redes de cruce
en la trasmisión del audio
VI. SISTEMA DE. EVALUACION
Se aplicará lo establecido en la Resolución Ministerial vigente sobre evaluación y en las
indicaciones metodológicas de la Educación Técnica y Profesional. Esta asignatura se
evalúa por el grupo No. 2.
VII. SISTEMA DE MEDIOS
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Se precisa contar con laboratorios de Circuitos Eléctricos equipados en
correspondencia con las unidades de este programa y la matricula de la especialidad.
Es importante asimismo disponer de aulas de computación con los Programas
simuladores Electronic Work Bench (Versión 5.2) y Multisim (Versión 10) de la National
Instruments instalados convenientemente en las PC.
Deberá disponerse también de proyectores de vistas fijas, retroproyectores, videos y
televisores
VIII. BIBLIOGRAFÍA
TEXTO
? Fundamentos Teóricos de la Electrotecnia Evdokimov F.E. Editorial Mir Moscú.
Literatura auxiliar
?
Fundamentos de Electrotecnia. Kuznetsov M.
Otras bibliografía:
?
Folletos de atenuadores y filtros eléctricos
?
Audio Redes Tomo I y II Autor Roberto Gómez Santos
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