Circuitos electricos Análisis de circuitos eléctricos

Análisis de circuitos eléctricos

Un circuito eléctrico es un grupo de componentes interconenctados . El análisis de circuitos es el proceso de calcular intensidades , tensiones o potencias . Existen muchas técnicas para lograrlo , sin embargo , se asume que los componentes de los circuitos lineales . Los métodos descritos en este articulo solo se aplican al análisis de circuitos lineales salvo en los casos expresamente establecidos. Para entender este articulo se necesitan saber las partes básicas de un circuito asi como sus leyes fundamentales .

*Componente:  Un dispositivo con dos o mas terminales capaz de hacer fluir carga.

*Nodo:  Punto donde dos o mas elementos tienen una conexión común. Se considera un nodo a un conductor con una resistencia igual a cero .

*Rama:  Una rama es un conjunto de elementos que se pueden simplificar formando un dispositivo que represente el comportamiento de ellos.

*Malla:  Cualquier circuito cerrado de ramas es una malla , con la condición que nno pase dos veces por el mismo nodo .

*Circuito:  Red donde circula una corriente proveniente de una fuente , a través de componentes pasivos . Un circuito , en este sentido , una red de dos terminales que sea trivial analizarse .

*Funcion de transferencia:  La relación de las corrientes y tensiones de dos puertos . Se define frecuentemente como una comparación entre un puerto de entrada y un puerto de salida para determinar ganancia o atenuación .

Circuitos equivalentes

Un procedimiento muy útil en el análisis de circuitos es simplificar el circuito al reducir su numero de componentes. Esto se puede hacer al reemplazar los componentes actuales con otros componentes mucho mas sencillos y que produzcan el mismo efecto. Una técnica particular prodria reducir directamente el numero de componentes , Por ejemplo al combinar las resistencias en series. Por otro lado, se podría simplemente cambiar  la forma en que esta conectado un componente para posteriormente reducir el circuito de una manera mas fácil . Por ejemplo , se podría transformar una fuente de tensión por una fuente de corriente usando el teorema de Norton para que después se pueda combinar la resistencia interna de la fuente con las resistencias en paralelo de un circuito.          

Un  circuito resistivo es un circuito compuesto de solo resistores , fuentes de corrientes ideales , y fuentes de tension ideales. Si las fuentes son constantes ,el resultado es un circuito de corriente continua. El análisis de circuitos es el proceso de resolver las tensiones y corrientes presentes en un circuito. Los principios para solucionar un circuito resumidos aquí también se pueden aplicar para el análisis de fasores de circuitos de corrientes alterna.

Se dice que dos circuitos son equivalentes respecto a una pareja de terminales cuando la tension y la corriente que fluyen a traves de ellos son iguales.

Para circuitos de dos terminales, las tensiones y corrientes de todos los terminales deben mantener la misma relación. Por ejemplo, los circuitos estrella y delta son circuitos de seis terminales y por lo tanto requieren tres ecuaciones simultaneas para especificar completamente su equivalencia .

Transformación estrella –Triangulo.

 Una red electica de impedancias con mas de dos terminales no puede reducirse a un circuito equivalente a una sola impedancia. Una red de n terminales puede, como máximo, reducirse a n impedancias. Para una red de tres terminales, las tres impedancias pueden expresarse como un red delta de tres nodos o una red estrella de cuatros nodos. Estas dos redes son equivalentes y las transformaciones de cada una de ellas son expresadas mas abajo. Una red general con un numero arbitrario de terminales no puede reducirse al minimo numero de impedancia usando solamente combinaciones en serie o en paralelo.

Transformacion de fuentes.

Una fuente no ideal con una impedancia interna puede representarse como una fuente de tensión ideal o una fuente de corriente ideal mas la impedancia. Estas dos formas son equivalentes a las transformaciones son dadas a continuación. Si las dos redes son equivalentes con respecto a las terminales ab , entonces V e l deben ser idénticas para ambas redes.

*El teorema de Norton establece que cualquier red de dos terminales puede reducirse a una fuente ideal de corrientes a una resistencia en paralelo.

*El teorema de Thevenin establece que cualquier red de dos terminales puede reducirse a una fuente ideal de tensión y a una resistencia en serie.

Divisor de tensión

Dos o mas resistencias conectadas en serie forman un divisor de tensión de acuerdo con la segunda ley de Kirchhoff o ley de las mallas, la tensión total de suma de las tenciones parciales en cada resistencia, por lo que seleccionando valores adecuados de las misma, se puede dividir una tensión en los valores mas pequeños que se deseen.

En el caso particular de un divisor de dos resistencias, es posible determinar las corrientes parciales que circulan por cada resistencia l1 e l2, en función de la corriente total, l, sin tener que calcular previamente la caída de tensión en la asociación.

Analisis de mallas

1. Cuente el numero de mallas existentes en el circulo. Asigne una corriente de mallas a cada una de ellas.
2. Escriba una ecuación LVK para cualquier malla cuya corriente sea desconocida.
3. Resuelva las ecuaciones resultantes.

Superposición

En este método, se calcula el efecto de cada fuente por separado. Al analizar una fuente, se reemplazan las fuentes restantes por un cortocircuito para las fuentes de tensión o por un circuito abierto para las fuentes de corrientes. La corriente que influye en el componente o la tensión del componente es calculada al sumar todas las tensiones y corrientes individuales.

Este método funciona siempre y cuando se usen componentes lineales en el circuito. Notese que para calcular los valores de cada fuente también se pueden usar análisis de malla y de nodos.

Elegir el método

Elegir el método adecuado necesita un poco de experiencia. Si el circuito es muy sencillo y solo se necesita calcular una tensión o una corriente en entonces aplicando alguno de los dos métodos de redes simples podría resolverlo sin requerir a métodos mas complicados.

*El teorema de superposición es probablemente el método mas sencillo pero se necesitan muchas mas ecuaciones y muchas combinaciones de impedancia alargando mucho mas el problema.

*Analisis de nodos. El numero de variables de tensiones y del sistema de ecuaciones a resolver es igual al numero de nodos menos uno. Toda fuente de tensión conectada al nodo de referencia reduce el numero de variables desconocidas. Este método es muy útil cuando el circuito tiene fuentes de tensión.

...