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UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR FACULTAD DE INGENIERIA Y ARQUITECTURA ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA PROGRAMA DE ASIGNATURA I - GENERALIDADES:
NOMBRE DE LA ASIGNATURA: PRE-RREQUSITOS: CARRERA:
ANALISIS ELECTRICO II .
CICLO: UNIDADES VALORATIVAS: CODIGO: NIVEL: PLAN DE ESTUDIOS:
II, AÑO ACADEMICO: 2017. 4 (Asignatura Obligatoria). AEL-215. año). VI CICLO (3er año). 1998.
JEFE DEPTO. de ENERGIA y POTENCIA: Catedrático e Instructor: Ayudantías:
MSc. e Ing. Luís R. Chevez. Ing. G. Marvin J. Hernández Br. Br. Cristian A. Aguilar Q. Br. Diego F. Guidos E.
ANALISIS ELECTRICO I. INGENIERIA ELECTRICA .
II - INTRODUCCION :
El curso a desarrollar es una continuación de la asignatura Análisis Eléctrico I (Definiciones, Leyes, Teoremas y Métodos de Análisis en Corriente Directa, Fenómeno Transitorio en Redes de Primer y Segundo Orden, Fasores, Impedancia, Potencia Compleja y Factor de Potencia en Corriente Alterna y Sistemas Polifásicos). Este curso complementa nuevos Conceptos y Herramientas de Análisis de Circuitos específicamente a la Respuesta en Frecuencia (Diagramas de Bode), Redes con Acoplamiento Magnético (Transformadores), Parámetros y Modelos de Redes de Dos Puertos (Bipuertos), Análisis de Fourier (Espectro de Frecuencias, Distorsión Armónica y Teorema de Convolución), finalizando con las Aplicaciones de la Transformada de Laplace como una herramienta depurada para calcular el comportamiento de circuitos eléctricos lineales en el dominio del Tiempo o Frecuencia, en redes de mediana y gran complejidad. Nuevamente es importante la disponibilidad del uso de Sistemas Computacionales como Herramienta auxiliar de Análisis a través de la Simulación, utilizando el soporte de la Computadora Personal (PC) y particularmente del software Spice Opus bajo la plataforma de LINUX, como una alternativa entre varios simuladores de Circuitos Eléctricos existentes. Otro aspecto indispensables es tener una excelente dosis de dedicación y disponibilidad a esfuerzos continuos para investigar, ampliar los conceptos, evaluar y dar soluciones concretas al análisis de circuitos eléctricos, porque eso nos permitirá continuar aprendiendo por cuenta propia, ya que la aplicación de los conceptos son amplios y acumulativos y difícilmente podrían agotarse en dos semestres. semestres. III - DESCRIPCION DE LA ASIGNATURA :
La primer unidad comprende las Características y Análisis del Concepto de Frecuencia Compleja con énfasis en Funciones de Transferencia, Resonancia Serie y Paralelo, Factor de Calidad, Diagramas de Bode y Filtros típicos en Sistemas Eléctricos Lineales de mediana y gran complejidad. La segunda unidad del curso, enfoca los Conceptos, Características y Análisis de Circuitos Acoplados o Enlazados Magnéticamente, particularmente el modelo del Transformador Lineal Ideal y estudiar los arreglos básicos de Bancos de Transformadores. La tercer unidad comprende las Definiciones, Conceptos Características y Modelos de las Redes de Dos Puertos, las cuales facilitan la representación y el análisis de redes interconectadas (serie, paralelo, cascada).
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En la cuarta y última unidad, se enfocan los Conceptos y Herramientas del Análisis de Fourier (Series, Espectros, Propiedades, Transformadas, Convolución, etc.) en la solución de circuitos eléctricos que se caracterizan a través de los diferentes parámetros de tensión, corriente, energía, funciones de transferencia, etc. Es muy importante la aplicación del Concepto de la Transformada de Laplace (Propiedades, Teorema del Valor Inicial y Final, Transformadas, etc.) como una herramienta analítica muy depurada para el Análisis en el tiempo o frecuencia de Circuitos Eléctricos Lineales de mediana y gran complejidad. IV - OBJETIVOS GENERALES :
§ Estudiar los diferentes Conceptos Físicos-Eléctricos relacionados con la Respuesta en Frecuencia, Redes de Dos Puertos, Acoplamiento Magnético, Espectros de Frecuencia, Distorsión Armónica, Respuestas en el Tiempo y Frecuencia, aplicando las respectivas herramientas de análisis para resolver de forma completa y eficiente el Comportamiento de Redes Eléctricas Lineales, constituidas de resistencias, inductores, capacitores, interruptores, amplificadores operacionales, transformadores y fuentes de excitación de diferente naturaleza (corriente alterna, corriente directa, exponenciales, señales periódicas, señales singulares , etc.); Utilizando como apoyo los contenidos de al menos tres textos del curso. § Desarrollar habilidades y destrezas en el uso de la computadora personal como Herramienta Auxiliar de Análisis a través de la Simulación en la solución de problemas de mediana y gran complejidad, elaborando al menos una simulación de ejercicios para cada unidad, así como formular las conclusiones respectivas de los resultados obtenidos. § Desarrollar habilidades y destrezas en el uso y manipulación adecuada de equipo eléctrico/electrónico, elaborando al menos dos experimentos de laboratorio, así como Interpretar y formular conclusiones de los resultados obtenidos experimentalmente, simulados y del análisis teórico de los circuitos empleados § Proporcionar la base Conceptual y Analítica necesaria para asignaturas posteriores de Análisis de Señales y Sistemas, Conversión de Energía Electromecánica I y otros cursos sucesivos a lo largo de la formación académica en Ingeniería Eléctrica. V - METODOLOGIA :
Las actividades a desarrollar son y comprenden: § Dos sesiones de Clase Expositivas cada semana (2 horas clase c/u). § Sesiones Participativas de Discusión de Problemas para cada unidad (2 horas clase c/u). § Sesiones de Simulación de Problemas para cada unidad (2 horas clase c/u). § Sesiones de al menos dos Laboratorios Experimentales durante el ciclo (2 horas clase c/u). § Sesiones semanales de consulta del profesor e instructor y ayudantías (2 horas clase c/u). § Material de apoyo del curso AEL215 en aula virtual, en link siguiente: http://aula.fia.ues.edu.sv/course/view.php?id=260
Nota: Ver programación general de actividades del desarrollo del curso, en literal V I I I , pag. 6.
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VI - SISTEMA DE EVALUACION :
El sistema de evaluaciones es el siguiente: § Tres exámenes parciales: (64%):
1er parcial (U-I) 17%; 2do parcial (U-II y III) 21%; 3er parcial (U-IV) 26%
§ Controles de lectura o exámenes cortos:
14%
§ Tarea e implementación filtro activo:
12%
§ Simulaciones, Laboratorios, Tareas y/o Trabajos:
10%
Nota: Los controles de lectura de clase, discusiones, simulaciones y/o laboratorios, se harán en cualquier fecha, dentro de l os horarios establecidos, previa cobertura del material respectivo, además tiene la finalidad de muestrear la asistencia a las actividades programadas. VII - CONTENIDOS :
Unidades:
Descripción:
I
Respuesta en Frecuencia.
II
Acoplamiento Magnético.
III
Redes de Dos Puertos.
IV
Análisis de Fourier y Análisis de Laplace.
Unidad I: Respuesta en Frecuencia:
Objetivos Específicos: § Comprender, Determinar y Analizar las Características de Funciones de Transferencia, aplicando Conceptos de Frecuencia Compleja. § Comprender, Analizar y Aplicar Conceptos de Resonancia Serie y Paralelo, Ancho de Banda, Frecuencias de Corte, Factor de Calidad. § Determinar y Analizar la Respuesta en Frecuencia a través de Funciones de Transferencia, aplicando Diagramas de Bode en sistemas eléctricos lineales de mediana y gran complejidad. § Analizar y Aplicar los Conceptos y Características de los di ferentes tipos de Filtros Eléctricos. Contenidos de esta unidad: 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9
Frecuencia Compleja: Concepto, Definiciones y Representaciones. Funciones de Transferencia: H(s) El Plano Complejo: Polos y Zeros. Resonancia Serie. Resonancia Paralelo. Factor de Calidad. Transformaciones y reducciones: Serie-Paralelo y Paralelo-Serie. Cambios de Escala. Diagramas de Bode: Gráfico de Magnitud (Amplitud) y Gráfico de Fase (Angulo). 1.10 Filtros eléctricos: Paso Bajo, Paso Alto, Pasa-Banda, Rechaza Banda (Butterworth, Chebyshev, Bessel, otros)
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Unidad II: Acoplamiento Magnético:
Objetivos Específicos: § Identificar y Determinar las Características y Marcas de Polaridad en arreglos Acoplados Magnéticamente. § Analizar Circuitos en el Dominio del Tiempo o Frecuencia Compleja que involucren elementos con acoplamiento magnético, particularmente Transformadores Ideales y Auto-Transformadores. § Analizar las diferentes conexiones y características de bancos de transformadores monofásicos y trifásicos a partir de unidades monofásicas. Contenidos de esta unidad: 2.1 Principios Básicos de la Inducción Electromagnética: acción motora, acción generadora, acción transformadora 2.2 Inductancia Mutua “M”. 2.3 Almacenamiento de Energía. 2.4 El Transformador Lineal. 2.5 El Transformador Ideal y convencional. 2.6 El Transformador como Autotransformador: Elevador y Reductor 2.7 Arreglos típicos de transformadores en bancos monofásicos: Diagramas fasoriales: Serie, Paralelo, Cascada. 2.8 Arreglos típicos de transformadores en bancos trifásicos: Diagramas fasoriales: Indice horario: Estrella-Estrella, Estrella-Delta, Delta-Delta, Delta-Estrella, Estrella Abierta - Delta Abierta, Estrella Zig – Zag. Unidad III: Redes de Dos Puertos:
Objetivos Específicos: § Determinar y Analizar los diferentes Parámetros que caracterizan a las Redes de Dos Puertos: Parámetros Z, Y, h, q, T y T ’ § Aplicar Conceptos de Redes de Dos Puertos en el análisis en el Dominio de la Frecuencia Compleja y Funciones de Transferencia en Circuitos Eléctricos Lineales de mediana y gran complejidad. Contenidos de esta unidad: 3.1 Red de Un Puerto (Equivalente Thevenin/Norton) 3.2 Concepto de Redes de Dos Puertos (Bipuerto). 3.3 Parámetros de Redes de Dos Puertos: a) Caso 1: Parámetros de Impedancia: Z b) Caso 2: Parámetros de Admitancia: Y c) Caso 3: Parámetros Híbridos: h d) Caso 4: Parámetros de Híbridos Inversos: g e) Caso 5: Parámetros de Transmisión: T f) Caso 6: Parámetros de Transmisión Inversos: T ´ 3.4 Reciprocidad. 3.5 Relaciones entre los diferentes Parámetros de las Redes de Dos Puertos. 3.6 Transformaciones - T y T - . 3.7 Interconexión típica de Redes de Dos Puertos: Serie, Paralelo y Cascada.
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Unidad IV: Análisis de Fourier y Análisis de Laplace:
Objetivos Específicos: § Aplicar Conceptos de las Series de Fourier en el cálculo del Espectro de Frecuencias y Distorsión Armónica Total en Circuitos Lineales, de mediana complejidad. § Aplicar los Conceptos y Propiedades de la Transformada de Fourier en el Análisis de Circuitos en el Tiempo o Frecuencia a diversos tipos de señales de excitación (escalón, rampa, impulso, DC, AC, etc). § Generalizar la Solución de Circuitos Lineales, aplicando los Conceptos y Propiedades de la Transformada de Laplace, en el Dominio del Tiempo o Frecuencia Compleja a diversos tipos de señales de excitación (escalón, rampa, impulso, DC, AC, etc). Contenidos de esta unidad: 4.1 Definición de las Series de Fourier: Espectros de Frecuencia: Amplitud y Fase. a) Representación Trigonométrica. b) Representación Exponencial Compleja. 4.2 Aplicaciones de la Simetría de Señales de Excitación: Par, Impar, Media Onda, Cuarto de Onda: a) Representación Trigonométrica. b) Representación Exponencial Compleja. 4.3 Aplicaciones de la Serie Fourier al Análisis de Circuitos: a) Gráficos de Espectros de Frecuencia (amplitud y fase) de las Series Trigonométrica y Exponencial. b) Cálculo de la Distorsión Armónica Total: THD 4.4 La Transformada de Fourier: a) Definición. b) Transformada Inversa. c) Propiedades. d) Densidad de Frecuencia. e) Teorema de Parseval. f) Teorema de Convolución. 4.5 Transformada de Laplace: a) Definición. b) Transformada Inversa. c) Propiedades. d) Teorema del valor inicial. e) Teorema del valor final. 4.6 Transformación de Circuitos en el Dominio de Laplace y frecuencia compleja “S” 4.7 Aplicaciones de la Transformada de Laplace en el Análisis de Circuitos en el Dominio del Tiempo y Frecuencia.
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VIII – PROGRAMACION GENERAL DE ACTIVIDADES: AEL215 CICLO II - 2017:
SEMANA Fechas
CLASES Unidades
SIM / LAB / DISCUSIONES Unidades
1) 07 ~ 11 agosto 2017
I
Sim/Resp. frec.: filtros activos
2) 14 ~ 18 agosto
I
Sim/Resp. frec.: filtros activos
3) 21 ~ 25 agosto
I
Lab/Resp. frec.: filtros activos
4) 28 ago ~ 01 septiembre
I
Discusión participativa U-I
5) 04 ~ 08 septiembre
II
Sim/Acoplamiento Magnético
6) 11 ~ 15 septiembre
II
Sim/Transformadores
7) 18 ~ 22 septiembre
II
Sim/Bancos de Transformadores.
8) 25 ~ 29 septiembre
II
Discusión participativa U-II
9) 02 ~ 06 octubre
III
Sim/Redes de Dos Puertos
10) 09 ~ 13 octubre
III
Sim/Redes de Dos Puertos
11) 16 ~ 20 octubre
III
Discusión participativa U-III
12) 23 ~ 27 octubre
IV
Sim/Análisis de Fourier
13) 30 oct ~ 03 noviembre
IV
Sim/Espectros de Frecuencia
14) 06 ~ 10 noviembre
IV
Discusión participativa U-IV ( F ourier)
15) 13 ~ 17 noviembre
IV
Sim/Análisis de Fourier y Laplace
16) 20 ~ 24 noviembre
IV
Discusión participativa U-IV (Laplace)
EVALUACIONES Parciales
Primer Parcial: U-I: 07 septiembre
Segundo Parcial: U-II y III: 26 octubre
17) 27 nov ~ 01 diciembre
E valuaciones fi nales:
Tercer Parcial: U-IV: lunes 27 noviembre
18) 04 ~ 08 diciembre
Exámenes de Suficiencia
lunes 04 diciembre
19) 11 ~ 14 diciembre 2017
Registro de notas prometeo (adacad)
19) 15 diciembre 2017 ~ 15 enero 2018
Vacaciones de fin de año !!!
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IX - BIBLIOGRAFIA :
TEXTOS DE CLASE: 1- Richard C. Dorf | James A. Svoboda. Circuitos Eléctricos.
Octava edición, Alfaomega, 2011. ISBN: 978-607-707-232-4 ISBN: 978-0-470-52157-1 (edición en inglés) 2- Willian H. Hayt, jR & Jack E. Kemmerly & Steven M. Durbin Análisis de circuitos en ingeniería.
Octava edición, McGraw-Hill Interamericana, 2012. ISBN: 978-607-15-0802-7 ISBN: 978-007-352957-8 (edición en inglés) 3- David E. Johnson; John L. Hilburn; Johnny R. Johnson; Peter D. Scott. Análisis Básico de Circuitos Eléctricos.
Quinta Edición. Prentice Hall, 1996. ISBN 968-880-638-2 4- Charles K. Alexander, Matthew N. O. Sadiku. Fundamentos de Circuitos Eléctricos.
Primer Edición, Mc Graw Hill, 2002. Contiene CD-ROM con ejemplos en formato Student “Electronics Wor kbench” p/windows. ISBN 970-10-3457-0 5- Leonard S. Bobrows Análisis de Circuitos Eléctricos.
Nueva Editorial Interamericana, 1983. ISBN 968-25-0803-7
CONSULTAS DE SIMULACION: 1- Vladimir A. Alvarado Cáceres; Luís Alfredo Pérez Orellana. Spice para LINUX.
Proyecto de Ingeniería, EIE-FIA-UES, Ciclo I - 2001. Incluye CD con software Spice Opus para Linux. 2- Hector Enrique Carrillo Santamaría, Santos Benjamín Velasco Castro. Guías de Simulación y Laboratorio para Análisis Eléctrico I y II.
Proyecto de Ingeniería, EIE-FIA-UES, Ciclo II - 2002. 3- David Báez López. Análisis de Circuitos por Computadora usando SPICE.
Ediciones AlfaOmega S. A. de C. 1994. (Incluye dos disquetes con el programa Pspice versión 5.3 p/DOS). ISBN 970-12-1000-X
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REFERENCIAS DE CONSULTA: 1- Tutle. Circuits.
Mc-Graw-Hill, 1977. 2- Vincent Del Toro Engineering Circuits
Prentice-Hall, Inc, 1987 ISBN 0-13-277922-6 3- Gene H. Hosteter. Engineering Network Analysis.
Harper & Row Publisher, Ney York, 1984. ISBN 0-06-042907-0 4- Charles I. Hubert. Circuitos Eléctricos CA/CC, enfoque integrado.
Primera Edición, Mc-Graw-Hill, 1986. 5- M. E. Valkenburg. Analisis de Redes.
Tercera Edición, Editorial Limusa, 1990. 6- Joseph A. Edministir / Mahmood Nahvi. Circuitos Eléctricos.
Tercera Edición, Serie Shaum, Mc-Graw-Hill, 1997. ISBN 0-07-018999-4 7- A. E. Fitzferald, David E. Higginbotham S. M., Arvin Gravel. Basic Electrical Engineering.
Fifth Edition, Mc-Graw-Hill, 1981. ISBN 0-07-021154-X 8- Hugh Hildreth Skilling. Circuitos en Ingeniería Eléctrica.
Primera Edición, C.E.C.S.A., 1977. LoCCCN: 65-19492 9- John O´Malley. Análisis de Circuitos Básicos.
Primera traducción del ingles, Serie Shaum, Mc-Graw-Hill, 1987. 10- J. David Irwin. Análisis Básico de Circuitos en Ingeniería.
Quinta Edición, Prentice Hall, 1997. ISBN 968-880-816-4 11- James W. Nilson. Circuitos Eléctricos.
Cuarta Edición, Addison Wesley Iberoamericana, 1995. ISBN 0-201-60101-X 12- Rafael Sanjurjo Navarro / Eduardo Lazaro Sanchez / Pablo de Miguel Rodriguz. Teoria de Circuitos Eléctricos.
Mc-Graw-Hill, 1997. ISBN 84-481-11133-8
