sistemas electrónicos industriales i - 01

Introduccion y Conceptos Basicos

Introduccion y Conceptos BasicosEC2111: Sistemas Electronicos Industriales I

Novel Certad H.

Universidad Simon Bolıvar

12 de enero de 2016


Indice

IntroduccionPersonalTemarioCronogramaBibliografıa

Conceptos BasicosCarga y Corriente ElectricaVoltajeFuentes IdealesResistencia y Ley de OhmConvencion de signosDispositivos en SerieDispositivos en ParaleloPotenciaTierra


Introduccion

Personal

Personal

I Grupo de Investigacion y Desarrollo en Mecatronica(www.labc.usb.ve/mecatronica)

I Oficina: ELE-301, ELE-302

I Tlf: 0212-9064005 ext. 413

I [email protected]

Al escribirme un correo, siempre colocar “EC2111:” en el tıtulo delcorreo. Ej:

I “EC2111: Consulta”

I “EC2111: ¿Por que tengo cero en el parcial?”

Identificarse con nombre, apellido y numero de carnet.


Introduccion

Temario

Temario

Tema 1Conceptos basicos de redes electricas y circuitos magneticos. Leyde mallas y ley de nodos. El teorema de Thevenin. Circuitoselectricos simples. Circuitos magneticos. La induccionelectromagnetica. El transformador ideal. Fasores. Circuitostrifasicos balanceados. Configuraciones Delta y Estrella.

Tema 2El Amplificador Operacional ideal. Ley del corto virtual. Circuitosumador, el integrador. El operador de Laplace. Solucion deecuaciones diferenciales usando amplificadores operacionales.Conversor de voltaje-corriente. El Amplificador de instrumentacion.


Introduccion

Temario

Temario

Tema 3Limitaciones practicas mas importantes del AmplificadorOperacional. Voltaje de offset. Corrientes de polarizacion.Saturacion de la salida debido a las fuentes de alimentacion.Circuitos basicos de procesamiento analogico de senales usandoAmplificadores Operacionales. Estudiar los principales circuitoselectronicos para el acondicionamiento de senales.

Tema 4Estudiar conceptos de filtrado de senales. Algunas configuracionesde filtrado activo usando Amplificadores Operacionales.


Introduccion

Temario

Temario

Tema 5Dispositivos electronicos de conmutacion. El diodo. Conocer losconceptos fundamentales de electronica de potencia. Conocer elfuncionamiento basico de dispositivos de control de potencia: elMOSFET. Conocer circuiterıa basica de control de motores(funcionamiento del puente H).


Introduccion

Cronograma

Evaluacion

I 25 % Parcial I

I 25 % Parcial II

I 30 % Parcial III

I 20 % Laboratorio


Introduccion

Bibliografıa

Bibliografıa RecomendadaGiorgio Rizzoni. Principios y Aplicaciones de IngenierıaElectrica

Robert L. Boylestad. Introduccion al Analisis de Circuitos

Robert L. Boylestad. Dispositivos Electronicos y Teorıa deCircuitos

En General, cualquier libro de analisis de circuitos electricos yelectronicos.


Conceptos Basicos

Carga y Corriente Electrica

Carga

I Es la cantidad electricafundamental

I Se mide en Coulombs [C]

I q = 1,602x1019C


Conceptos Basicos


Corriente Electrica

Corriente ElectricaTasa de cambio en el tiempo de la carga que pasa a traves de unarea determinada. Se mide en Amperios [CS ] = [A]

I =dQ(t)

dt


Conceptos Basicos


Corriente Electrica

I Circuito Cerrado

I Electrones

I Portadores Positivos


Conceptos Basicos


Corriente Electrica

LKC: Ley de Kirchoff de corriente

La sumatoria de las corrientes en un nodo es igual a cero

N∑n=1

in = 0

Se debe tener en cuenta el sentido de circulacion de las corrientes,ej:

I corrientes entrando al nodo (signo -)

I corrientes saliendo del nodo (signo +)


Conceptos Basicos


Corriente Electrica

nodo 1:

3∑n=0

in = − i0 + i1 + i2 + i3 = 0

i1 + i2 + i3 = i0

nodo 2:

3∑n=0

in = i0 − i1 − i2 − i3 = 0

i0 = i1 + i2 + i3


Conceptos Basicos


Corriente ElectricaHay otras formas validas de asignar los signos, lo importante esusar una sola de ellas.

I corrientes entrando al nodo (signo -)

I corrientes saliendo del nodo (signo +)

I corrientes entrando al nodo (signo +)

I corrientes saliendo del nodo (signo -)

I Sumatoria de corrientes entrando (Todas con signo +) igual a

I Sumatoria de corrientes saliendo (Todas con signo +)


Conceptos Basicos

Voltaje

Voltaje

Voltaje

Es el trabajo por unidad de carga asociado al movimiento de estaentre los puntos ’x’ e ’y’. Tambien se le conoce como diferencia depotencial entre ’x’ e ’y’.

V =J

C


Conceptos Basicos

Voltaje

Voltaje

LKV:Ley de Kirchoff de Voltaje

La sumatoria de los voltajes en cualquier recorrido cerrado (Lazo)es igual a cero

N∑n=1

vn = 0


Conceptos Basicos

Fuentes Ideales

Fuentes Ideales de Voltaje

Fuente de voltajevariante en eltiempo:

Fuente de voltajecontınuo (DC):

Fuente de voltajealterno sinusoidal(AC):

¿EJEMPLOS?


Conceptos Basicos

Fuentes Ideales

Fuentes de Voltaje

I Pilas Alcalinas, Pilasrecargables.

I Baterias de Vehıculos

I Lınea AC 110Vresidencial

I Celda Solar

I Fuentes DC deLaboratorio

I Transformadores

I Plantas de gasolina

I Alternador (vehıculo)


Conceptos Basicos

Fuentes Ideales

Fuentes Ideales de Corriente

Fuente Ideal de Corriente:

¿EJEMPLOS?


Conceptos Basicos

Fuentes Ideales

Curva Caracterıstica I vs V

Definicion:La curva caracterıstica i-v de un dispositivo electrico es larepresentacion grafica de la relacion que existe entre la corriente yel voltaje aplicado a dicho dispositivo.


Conceptos Basicos

Fuentes Ideales

Curvas Caraterısticas de Fuentes Ideales

Curva caracterıstica deuna Fuente de CorrienteDC ideal

3A

Curva caracterıstica deuna Fuente de voltaje DCideal

6V


Conceptos Basicos

Fuentes Ideales

Fuentes Dependientes o ControladasI voltaje controlada por voltaje:

vs = Kvx [K ] = ...

I voltaje controlada por corriente:

vs = Kix [K ] = Ω

I corriente controlada por voltaje:

is = Kvx [K ] = Ω−1

I corriente controlada por corriente:

is = Kix [K ] = ...


Conceptos Basicos

Resistencia y Ley de Ohm

Resistencia

Definicion:Todo flujo de carga a traves de un material encuentra una fuerzade oposicion. Esta oposicion al movimiento de los electrones sedenomina resistencia (R) y es una cantidad que depende delmaterial y sus dimensiones. La resistencia (R) se mide en ohm(Ω).

R = ρl

A

I ρ: resistividad.

I l : largo.

I A: area.


Conceptos Basicos


Ley de Ohm

Ley de Ohm

V = RI


Conceptos Basicos


Resistencia del cable de cobre

AWG Diametro (mm) Ω/km

12 2.05 5.21

14 1.63 8.28

16 1.29 13.2

18 1.02 20.9

20 0.81 33.3

24 0.52 84.2

Aproximacion

Asumimos que R ≈ 0Ω para los cables que usamos en los circuitos


Conceptos Basicos


Resistencia de Carbon


Conceptos Basicos


Resistencia de CarbonCodigo de Colores


Conceptos Basicos


Resistencias no lineales (no-Ohmicas)

Son aquellos dispositivos resistivos cuyascurvas caracterısticas i-v no son una lınearecta.


Conceptos Basicos


Circuito Abierto

Circuito AbiertoCualquier par de terminales de una red electrica a las cuales no seconecta nada, se dejan ’abiertos’.

I = 0A


Conceptos Basicos


Cortocircuito

CortocircuitoCualquier par de terminales de una red electrica entre los cuales seconecta un conductor de resistencia nula.

V = 0V


Conceptos Basicos

Convencion de signos

Corriente (Convencion)


Conceptos Basicos




Conceptos Basicos

Dispositivos en Serie


ResistenciasLas resistencias en serie pueden sustituirsepor una resistencia equivalente (REQ)igual a la suma de las resistencias.

REQ = R1 + R2 + R3 + ...+ RN


Conceptos Basicos



Fuentes de Voltaje

Las fuentes de voltaje en serie se suman algebraicamente en unasola fuente equivalente. Se debe prestar atencion a las polaridades.


Conceptos Basicos



Fuentes de CorrienteLas fuentes de corriente no pueden conectarse en serie a menosque tengan el mismo valor, en cuyo caso es equivalente colocar unasola fuente de corriente.


Conceptos Basicos


Divisor de Voltaje

V1 = ER1

R1 + R2

V2 = ER2

R1 + R2


Conceptos Basicos


Reduccion de Circuitos en Serie

La ubicacion de los dispositivos dentro de la rama, no modifica elcircuito.


Conceptos Basicos

Dispositivos en Paralelo


ResistenciasLas resistencias en paralelo pueden sustituirse por una resistenciaequivalente (REQ) cuyo inverso es igual a la suma de los inversosde las resistencias.

1

REQ=

1

R1+

1

R2+

1

R3+ ...+

1

RN


Conceptos Basicos


Resistencias en Paralelo (CasosComunes)

REQ de dos resistencias enParalelo:

REQ =R1R2

R1 + R2

REQ de dos resistencias igualesen Paralelo:

REQ =R

2


Conceptos Basicos



Fuentes de Voltaje

Las fuentes de voltaje no pueden conectarse en paralelo a menosque tengan el mismo valor de voltaje, en cuyo caso es equivalentecolocar una sola fuente del mismo valor.


Conceptos Basicos



Reduccion de circuitosLas fuentes de corriente en paralelo pueden sustituirse por una solafuente de corriente equivalente cuyo valor es la suma algebraica delvalor de las fuentes a sustituir.


Conceptos Basicos



=⇒


Conceptos Basicos


Divisor de Corriente

I1 = IR2

R1 + R2

I2 = IR1

R1 + R2


Conceptos Basicos

Potencia

Potencia Electrica

potencia =trabajo

tiempo=

trabajo

carga

carga

tiempo

potencia = voltaje.corriente

P = VI

[Watt] = [Vatio]


Conceptos Basicos

Potencia

Potencia Electrica

ResistenciaLas resistencias sondispositivos pasivos por lotanto siempre absorben odisipan potencia.

P = VI = RI 2 =V 2

R

Fuentes DCSi la corriente de la fuente salepor el terminal positivo se diceque la fuente esta generandopotencia (activa). Si la corrientede la fuente entra por el terminalpositivo se dice que la fuenteesta absorbiendo potencia(pasiva).


Conceptos Basicos

Tierra

Tierra

Es una referencia de potencial igual a cero. Por lo regular es unareferencia arbitraria y se coloca a conveniencia.


Conceptos Basicos

Tierra

Notaciones (voltaje)

Notacion de doble subındice

Notacion de un subındice

Relacion

Vab = Va − Vb

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Documents