Circuitos eléctricos / Jesús Fraile Mora.

CONTENIDO
Capítulo 1. Introducción a la teoría de los circuitos eléctricos 1
1.1. Introducción 2
1.2. Variables que intervienen en el estudio de los circuitos eléctricos. Convenio de signos 3
1.2.1. Corriente eléctrica 4
1.2.2. Potencial eléctrico. Tensión. Diferencia de potencial 5
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 general 71
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 141
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 279
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 mono- fásicos 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 391
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 orden 400
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 444
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 489
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 509
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