Circuitos Eléctricos – Jesús Fraile Mora
Este libro de Circuitos Eléctricos está adaptado a los nuevos Planes de Estudio que se están implantando en España en los últimos años, como consecuencia de la armonización de las enseñanzas universitarias españolas con el Espacio Europeo de Enseñanza Superior. Esta obra es el fruto de más de cuarenta años de experiencia docente en esta materia en diversas Escuelas Técnicas Españolas de Ingeniería Técnica e Ingeniería Superior. Aunque el texto está orientado en principio para que sirva de guía de estudio a los nuevos estudiantes de los diversos grados en Ingeniería Civil,
el contenido se orienta a los objetivos docentes de la primera parte de la asignatura Electrotecnia de la E.T.S. de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de la Universidad Politécnica de Madrid, aunque se han ampliado algunos temas, para que sea útil a un sector universitario más amplio de otras ramas de la ingeniería.
el contenido se orienta a los objetivos docentes de la primera parte de la asignatura Electrotecnia de la E.T.S. de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de la Universidad Politécnica de Madrid, aunque se han ampliado algunos temas, para que sea útil a un sector universitario más amplio de otras ramas de la ingeniería.
A lo largo del texto se presentan gran cantidad de ejemplos de aplicación totalmente resueltos además de numerosos ejercicios propuestos por capítulo. Estos problemas tendrán los resultados en un apéndice al final del libro. Se hacen comentarios prácticos que suponen puntos sugerentes de reflexión, que incentivan la lectura del libro y amplían el autoaprendizaje activo.
Contenido:
Acerca del autor IX
Prólogo. XI
Al estudiante. XV
Capítulo 1. Introducción a la teoría de los circuitos eléctricos.
1.1. Introducción 2
1.2. Variables que intervienen en el estudio de los circuitos eléctricos. Convenio de signos
1.2.1. Corriente eléctrica.4
1.2.2. Potencial eléctrico. Tensión. Diferencia de potencia
1.2.3. Potencia eléctrica 7
1.3. Elementos activos ideales. Fuentes o generadores 9
1.4. Tipos de excitación y formas de onda. 12
1.4.1. Clasificación de ondas . 12
1.4.2. Ondas periódicas: valores asociados 13
1.5. Elementos pasivos 15
1.5.1. Resistencia 16
1.5.2. Bobina. Inductancia. . 21
1.5.3. Condensador. 23
1.6. Impedancia y admitancia operacional 28
1.7. Topología de redes: conceptos fundamentales. . 30
1.7.1. Definiciones. 30
1.7.2. Propiedades 32
1.8. Lemas de Kirchhoff. . 32
1.8.1. Primer lema de Kirchhoff. . 33
1.8.2. Segundo lema de Kirchhoff 34
1.8.3. Elección de las ecuaciones independientes para la aplicación de los lemas de Kirchhoff 36
1.9. Elementos activos reales 41
1.10. Asociación y transformación de fuentes. 43
1.11. Asociación de elementos pasivos. . 48
1.11.1. Conexión en serie. 49
1.11.2. Conexión en paralelo . 50
1.11.3. Equivalencia estrella-triángulo. Teorema de Kennelly 52
1.12. Análisis de circuitos por el método de las mallas . 60
1.12.1. Método de las mallas. Formulación general. . 60
1.12.2. Método de las mallas con generadores de corriente. 66
1.13. Análisis de circuitos por el método de los nudos 71
1.13.1. Formulación genera l71
1.13.2. Método de los nudos con generadores de tensión. 76
1.14. Principio de superposición. . 82
1.15. Teoremas de Thévenin y Norton. . 86
1.16. Otros teoremas de circuitos. 94
1.16.1. Teorema de sustitución 94
1.16.2. Teorema de reciprocidad. . 96
1.16.3. Teorema de Millman 97
1.16.4. Teorema de Tellegen 99
1.17. Cuadripolos 102
1.18. El amplificador operacional. 110
1.19. Bobinas con acoplamiento magnético 116
1.19.1. Análisis de los flujos magnéticos en bobinas acopladas. 117
1.19.2. Energía magnética almacenada con bobinas acopladas. 122
Problemas 124
Biografías 135
Referencias . 138
Capítulo 2. Circuitos de corriente alterna sinusoidal .
2.1. Introducción 142
2.2. Onda sinusoidal: generación y valores asociados . 144
2.3. Representación compleja de una magnitud sinusoidal 149
2.4. Derivada e integral de una magnitud sinusoidal 155
2.5. El dominio del tiempo y el dominio de la frecuencia. 156
2.6. Respuesta sinusoidal de los elementos pasivos. 161
2.7. Impedancia y admitancia complejas . 165
2.8. Análisis de circuitos en régimen permanente sinusoidal 168
2.8.1. Generalidades. . 168
2.8.2. Asociación de elementos pasivos. 175
2.8.3. Método de las corrientes de malla 177
2.8.4. Método de las tensiones de nudo. 179
2.8.5. Principio de superposición. . 183
2.8.6. Teoremas de Thévenin y Norton. . 187
2.9. Potencia en un circuito eléctrico en régimen de corriente alterna sinusoidal. 193
2.10. Potencia compleja 202
2.11. Factor de potencia: su importancia práctica 209
2.12. Corrección del factor de potencia. 213
2.13. Medida de la potencia en c.a. . 223
2.14. Transferencia máxima de potencia 228
2.15. Resonancia en c.a. 231
2.16. Los filtros eléctricos. . 237
2.17. Circuitos eléctricos con señales no sinusoidales 241
2.17.1. Introducción. . 241
2.17.2. Revisión matemática. Series de Fourier 242
2.17.3. Aplicaciones de las series de Fourier a los circuitos eléctricos. . 247
2.17.4. Circuitos eléctricos con tensión sinusoidal y corriente no sinusoidal. . 251
Problemas 256
Biografías 275
Referencias . 277
Capítulo 3. Circuitos trifásicos.
3.1. Introducción 280
3.2. Generación de tensiones trifásicas. 281
3.3. Conexión en estrella equilibrada. . 285
3.4. Conexión en triángulo equilibrado. 296
3.5. Cargas desequilibradas 305
3.5.1. Cargas desequilibradas conectadas en estrella. 305
3.5.2. Cargas desequilibradas conectadas en triángulo . 315
3.6. Potencia en sistemas trifásicos 321
3.6.1. Generalidades. . 321
3.6.2. Potencias en sistemas trifásicos equilibrados. . 322
3.7. Corrección del factor de potencia en trifásica. . 329
3.8. Medida de la potencia en sistemas trifásicos. 333
3.8.1. Generalidades. . 333
3.8.2. Medida de la potencia en circuitos equilibrados . 335
3.9. Transporte de energía eléctrica: ventaja de los sistemas trifásicos frente a los monofásicos. 345
3.10. Componentes simétricas 346
3.10.1. Generalidades 346
3.10.2. El operador trifásico «a». . 347
3.10.3. Componentes simétricas de fasores desequilibrados 348
3.10.4. Impedancias debidas a las corrientes de diferente secuencia 355
3.10.5. Redes de secuencia. 356
3.10.6. Cálculo de faltas en sistemas de potencia 357
Problemas 362
Biografías 387
Referencias . 389
Capítulo 4. Régimen transitorio de los circuitos eléctricos .
4.1. Introducción 392
4.2. La respuesta completa de una red lineal. 393
4.3. Condiciones iniciales de los elementos. . 395
4.3.1. Resistencia 395
4.3.2. Inductancia 395
4.3.3. Capacidad . 396
4.4. Análisis clásico de transitorios en sistemas de primer orden400
4.4.1. Respuesta transitoria de un circuito R-L. 400
4.4.2. Respuesta transitoria de un circuito R-C 406
4.5. Solución sistemática de redes de primer orden. 409
4.6. Análisis clásico de transitorios en sistemas de segundo orden . 423
4.6.1. Respuesta transitoria de un circuito R-L-C 423
4.7. Transformada de Laplace. 438
4.8. Función de transferencia. Diagrama de polos y ceros. 440
4.9. Aplicaciones de la transformada de Laplace en el estudio de transitorios de circuitos eléctricos.
4.9.1. Respuesta de los elementos pasivos simples en el plano «s» . 444
4.10. Análisis de circuitos eléctricos por variables de estado . 460
4.10.1. El concepto de estado . 460
4.10.2. Planteamiento sistemático de las ecuaciones de estado. 463
4.10.3. Solución de las ecuaciones de estado por la transformada de Laplace. 466
Problemas 472
Biografías 483
Referencias . 486
Apéndice 1. Circuitos eléctricos: Aspectos históricos .
A.1.1. Ley de Ohm y lemas de Kirchhoff 490
A.1.2. Algunos teoremas de los circuitos eléctricos. 491
A.1.3. Circuitos de corriente alterna. El cálculo simbólico 492
A.1.4. La potencia en corriente alterna. 494
A.1.5. Los sistemas polifásicos y el método de las componentes simétricas. 494
A.1.6. El cálculo operacional de Heaviside. 496
A.1.7. Los filtros eléctricos. La síntesis de los circuitos eléctricos . 497
A.1.8. La realimentación y otras contribuciones en circuitos 498
A.1.9. Las innovaciones electrónicas y los circuitos activos. 500
A.1.10. De la teoría de circuitos a la teoría de sistemas 501
A.1.11. El estudio de los circuitos eléctricos con ayuda de ordenador. 503
Referencias . 504
Apéndice 2. Transformada de Laplace
A.2.1. Introducción histórica 510
A.2.2. Definición de transformada de Laplace 510
A.2.3. Teoremas sobre la transformada de Laplace. 511
A.2.4. Desarrollo de pares de transformadas. 519
A.2.5. Síntesis de ondas utilizando el operador retardo del tiempo 523
A.2.6. Función impulso. Delta de Dirac 526
A.2.7. Síntesis de ondas utilizando la función impulso 530
A.2.8. Transformada inversa de Laplace. Tablas de transformadas 532
A.2.9. La integral de convolución. 538
A.2.10. Interpretación gráfica de la convolución. 541
A.2.11. Propiedades de la integral de convolución. 544
Índices 549
Índice analítico. 551
Índice biográfico. 557
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