Teoría de los Circuitos II

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y
CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS
PROGRAMA SINTÉTICO
CARRERA:
ASIGNATURA:
Ingeniería en Control y Automatización
Teoría de los Circuitos II
SEMESTRE:
4°
OBJETIVO GENERAL:
El alumno relacionará los modelos matemáticos que describen los fenómenos en los circuitos en estado
transitorio y de las corrientes constantes, senoidales y exponenciales operados bajo el principio de
frecuencia compleja.
CONTENIDO SINTÉTICO:
I. Respuesta transitoria.
II. Frecuencia compleja.
III. Respuesta a la frecuencia.
IV. Transformada de Laplace.
V. Circuitos acoplados magnéticamente.
VI. Circuitos trifásicos.
METODOLOGÍA:
•
Manejo de diseños virtuales
•
Discusión colectiva para la solución de problemas
•
Prácticas de laboratorio
•
Creación de ambiente de aprendizaje
•
Trabajo en equipo
EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN:
Exámenes departamentales (tres) 50%, prácticas, reportes, trabajos de investigación y participación 50%.
Para tener derecho al promedio de calificaciones tendrá que aprobar el 80% de las prácticas.
BIBLIOGRAFÍA:
1.-Edminister, J, A, Nahvi, M., Circuitos Eléctricos, tercera edición, Mc Graw Hill Interamericana, España,
1997.
2.-Hayt Jr, William, H, y Kemmerly, Jack E., Análisis de Circuitos en Ingeniería, quinta edición, Mc Graw
Hill, México, 1997.
3.-Nilsson, James W., Circuitos Eléctricos, sexta edición, Printice Hall, México, 2001.
4.-Martínez J., A., Electrotecnia I, Circuitos Eléctricos de Corriente Directa, ESIME-IPN, 2003
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SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y
CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS
ESCUELA: Superior de Ingeniería Mecánica y
Eléctrica
CARRERA: Ingeniería en Control y Automatización
OPCIÓN:
COORDINACIÓN:
DEPARTAMENTO: Académico de Ingeniería en
Control y Automatización
ASIGNATURA: Teoría de los Circuitos II
SEMESTRE: 4°
CLAVE:
CRÉDITOS: 9
VIGENTE: Agosto 2004
TIPO DE ASIGNATURA: Teórico- Práctica
MODALIDAD: Escolarizado
TIEMPOS ASIGNADOS
HRS./SEMANA / TEORÍA: 3
HRS./SEMANA / PRÁCTICA: 3
HRS./TOTALES / SEMANA: 6
HRS./SEMESTRE / TEORÍA: 54
HRS./SEMESTRE / PRÁCTICA: 54
HRS./TOTALES: 108
PROGRAMA ELABORADO O ACTUALIZADO:
POR: Academia de Ingeniería Eléctrica
REVISADO POR: Subdirección Académica
APROBADO Por: Consejo Técnico Consultivo
Escolar de la ESIME Zacatenco
Dr. Alberto Cornejo Lizarralde
AUTORIZADO POR: Comisión de Planes y
Programas de Estudio del Consejo General
Consultivo del IPN
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DIRECCIÓN DE ESTUDIOS PROFESIONALES EN INGENIERÍA Y
CIENCIAS FÍSICO MATEMÁTICAS
ASIGNATURA: Teoría de los Circuitos II
CLAVE:
HOJA: 2 DE 10
FUNDAMENTACION DE LA ASIGNATURA
El contexto académico del plan curricular de la carrera de Ingeniería en Control y Automatización tiene
como línea estratégica el diseño y operación de controladores lógicos programables. Esto requiere que
sus estudiantes tengan amplios conocimientos tanto de electrónica como de los parámetros eléctricos
fundamentales.
La respuesta de dichos programadores tiene como parámetro principal la frecuencia asociada a una
tensión o corriente eléctrica. Por ello se requiere que en el proceso de formación académica de los
estudiantes de esta rama del conocimiento tengan amplio dominio de la respuesta de los circuitos o redes
eléctricas a Corriente Directa, Alterna senoidal o exponencial. Esto les permitirá contextualizar su campo
de acción, generalizar aplicaciones y emprender acciones creativas de desarrollo de sistemas
automatizados.
Este programa centra su contenido en la respuesta a la frecuencia de los circuitos eléctricos y nos
introduce al conocimiento general de los sistemas eléctricos de potencia, considerando la importancia
que tienen los circuitos acoplados para facilitar la transmisión, distribución, consumo de la energía
eléctrica y su utilidad en los dispositivos o aparatos electrónicos, como lo son los propios controladores
lógicos programables de los Controles automatizados.
Los cursos que anteceden a esta asignatura son: Electricidad y magnetismo, cálculo vectorial; los
consecuentes modelado de sistemas y teoría de los circuitos II y, como cursos colaterales se tienen
análisis numérico y variable compleja 4 transformada de Fourier y Z.
OBJETIVO DE LA ASIGNATURA
El alumno relacionará los modelos matemáticos que describen los fenómenos en los circuitos en estado
transitorio y de las corrientes constantes, senoidales y exponenciales operados bajo el principio de
frecuencia compleja.
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FÍSICO MATEMÁTICAS
ASIGNATURA: Teoría de Circuitos II
No. UNIDAD: I
NOMBRE:
CLAVE:
HOJA: 3
DE: 10
Respuesta transitoria
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno aplicará los modelos matemáticos que describen el comportamiento físico de los inductores
asimismo la transferencia de energía, en transitorios de primer orden, en donde el tiempo actúa como
variable independiente.
No.
TEMA
HORAS
TEMAS
1.1
1.1.1
1.1.2
1.1.3.
1.1.3.1.
1.1.3.2.
1.1.3.3.
1.1.3.4.
1.2.
1.2.1
1.2.2.
1.2.2.1.
1.2.2.2.
1.2.2.3.
1.2.2.4.
Circuitos RC
Introducción
Respuesta a una excitación
Respuesta natural de circuitos RC
Respuesta referida a la tensión
Respuesta referida a la corriente
Respuesta referida a la potencia
Respuesta referida a la energía
Circuitos RL
Respuesta a una excitación
Respuesta natural de circuitos RL
Respuesta referida a la tensión
Respuesta referida a la corriente
Respuesta referida a la potencia
Respuesta referida a la energía
1.3
1.3.1.
1.3.2.
1.3.3.
1.3.4.
1.3.5.
1.3.6.
1.3.7.
1.3.8.
Circuito RLC
Respuesta a un escalón unitario
Respuesta natural,
Respuesta bajo amortiguada
Respuesta sobre amortiguada
Respuesta a una senoide
Respuesta forzada
Análisis virtual de transitorios, usando la PC
Medición de transitorios usando el Osciloscopio
CLAVE
BIBLIOGRÁFICA
T
P
3.0 3.0
EC
1.5 1B, 2C, 3B, 4C, 5B, 6B,
7C, 9C.
4,5 6.0
1B, 2C, 4C, 5B, 6B, 7C,
9C
3.0
1.5 1B, 2C, 3B, 4C, 5B, 6B,
7C, 9C
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
• Interactuar con el profesor y atender sus indicaciones: tareas, discusión, investigación -Alternar el
trabajo individual con el trabajo grupal -Trabajar simulaciones -Relación práctica-teoría -Trabajo
extraclase.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
• Examen del periodo -Reporte de práctica -Evaluación exploratoria (experimentar, verificar,
hipótesis, ensayo-error).
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FÍSICO MATEMÁTICAS
ASIGNATURA: Teoría de los Circuitos II
No. UNIDAD: II
NOMBRE:
CLAVE:
HOJA: 4
DE: 10
Frecuencia compleja
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno empleará las funciones constantes, senoidal y exponencial bajo un mismo operador
denominado frecuencia compleja s, para simplificar los procedimientos de análisis de la respuesta de los
circuitos en estados estacionarios y transitorios
No.
TEMA
2.1.
2.1.1.
2.1.2.
2.1.3.
2.1.4.
2.1.5.
2.2.6.
2.2.7.
2.2.8.
2.2.9.
TEMAS
Frecuencia compleja
El concepto de frecuencia compleja
Función excitatriz senoidal amortiguada
Función de transferencia impedancia Z(s) y
Admitancia Y(s) y H(s)
Diagramas de Bode
Diagramas de polos y ceros y el plano s
El plano de frecuencia compleja
La respuesta natural y el plano s
Analogía de la lámina elástica para H(s)
Análisis por computadora de circuitos análogos
HORAS
T
P
12.0 9.0
EC
1.5
CLAVE
BIBLIOGRÁFICA
1B, 2C, 3B, 4C, 7C, 9C
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
• Investigar, elaborar y verificar hipótesis y aplicar estrategias de ensayo-error en la resolución de
los problemas en la construcción de los propios aprendizajes
•
Interacción práctica-teoría
• Desarrollo de las habilidades cognitivas del sujeto y trabajo extraclase.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
ƒ Primer examen departamental
ƒ Reporte de práctica
ƒ Ejercicios y trabajos de investigación.
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FÍSICO MATEMÁTICAS
ASIGNATURA: Teoría de los Circuitos II
No. UNIDAD: III
NOMBRE:
CLAVE:
HOJA: 5
DE: 10
Respuesta a la frecuencia
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno examinará la respuesta de los circuitos RLC al variar la frecuencia de la fuente y de los
circuitos dependientes de la frecuencia, circuitos filtros, para ver la variabilidad de la impedancia al variar
la frecuencia.
No.
TEMA
3.1.
3.1.1
3.1.2.
3.1.3.
3.1.4.
3.1.4.1
3.1.4.2.
3.1.4.3
3.1.4.4.
3.1.4.5.
3.1.4.6.
3.1.4.7.
3.1.4.8.
3.1.4.9.
3.1.5.
3.2.
3.2.1.
3.2.2.
3.2.3.
3.2.4.
3.2.5.
3.2.6.
TEMAS
Respuesta a la frecuencia
Respuesta en frecuencia de los circuitos RL y RC
Circuito resonante en paralelo
Circuito resonante en serie
Características de los circuitos resonantes
Frecuencia de resonancia
Razón de ganancia
Factor de calidad
Frecuencia a una respuesta de 0,707 (frecuencia de
corte)
Ancho de banda
Curva de selectividad para los circuitos resonantes
en paralelo
El factor de potencia en el punto de resonancia
Impedancia en el punto de resonancia
Transferencia de energía en los circuitos resonantes
Análisis por computadora de las curvas de
resonancia
Filtros
Filtro RC pasa bajas
Filtro RC pasa altas
Filtros pasa banda
Filtros de banda de atenuación
Filtros de doble sintonía
Análisis por computadora de la respuesta en
frecuencia de los filtros
HORAS
CLAVE
BIBLIOGRÁFICA
T
P
4.5 3.0
EC
4.5 1B, 2C, 3B, 4C, 7C, 9C
4,5 3.0
1B, 2C, 3B, 4C, 7C, 9C.
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
• Relación práctica-teoría - Desarrollar la observación y análisis -Solucionar problemas -Investigar,
elabora y verificar hipótesis -Trabajo extraclase.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
• Examen del periodo -Reporte de práctica de laboratorio. -Participación de manera individual y
colaborativa.
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FÍSICO MATEMÁTICAS
ASIGNATURA: Teoría de los Circuitos II
No. UNIDAD: IV
NOMBRE:
CLAVE:
HOJA: 6
DE: 10
Transformada de laplace
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno explicará el comportamiento de los circuitos lineales de parámetros distribuidos en circuitos de
nodos y mallas múltiples y en circuitos transitorios con fuentes de variación de señal de mayor grado de
dificultad que los circuitos simples. Aplicará el concepto de función de transferencia como una
herramienta para de analizar la respuesta senoidal en estado permanente, cuando varía la frecuencia de
la fuente.
No.
TEMA
4.1
4.1.1.
4.1.2.
4.1.3.
4.1.4.
4.1.5.
4.1.6.
4.1.7.
4.1.8.
4.1.9.
4.1.10.
4.1.11
TEMAS
Transformada de Laplace
Definición de la transformada de Laplace
La función escalón
La función impulso
Transformadas funcionales
Transformadas operacionales
Transformadas inversas
Polos y ceros de F(s)
Teoremas del valor inicial y del valor final
Elementos de circuitos en el dominio s
Análisis de circuitos en el dominio s
Análisis por computadora de la transformada de
Laplace.
HORAS
T
P
6.0 3.0
EC
3.0
CLAVE
BIBLIOGRÁFICA
1B, 2C, 3B, 4C, 7C, 9C
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
• Utilizar diversas técnicas de aprendizajes acordes con los propios estilos cognitivos que
consideren el posible uso de diversas técnicas de estudio y materiales didácticos
• Interacción práctica-teoría
• Trabajar simulaciones
• Trabajo extraclase.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
• Segundo examen departamental
• Reporte de prácticas de laboratorio
• Evaluación dinámica.
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FÍSICO MATEMÁTICAS
ASIGNATURA: Teoría de los Circuitos II
No. UNIDAD: V
NOMBRE:
CLAVE:
HOJA: 7 DE: 10
Circuitos Acoplados Magneticamente
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno examinará la inductancia mutua que existe entre bobinas de dimensiones iguales o diferentes
para comprender la operación del transformador.
No.
TEMA
5.1.
5.1.1.
5.1.2.
5.1.3.
5.1.4.
5.1.5.
5.1.6.
5.1.7.
5.1.8.
5.1.9.
5.1.10.
TEMAS
HORAS
T
P
EC
9.0 12.0 9.0
Los transformadores
Introducción.
Inductancia mutua
Conexión en serie de bobinas mutuamente
acopladas.
Transformadores con núcleo de hierro
Transformadores con núcleo de hierro
La impedancia reflejada y la potencia.
Circuito equivalente (Transformadores con núcleo de
hierro).
Las consideraciones de frecuencia.
Transformadores con núcleo de aire.
El transformador ideal.
El transformador como aislador.
Transformador
con
derivaciones
acopladas
magnéticamente
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
• Desarrollo de las habilidades cognitivas del sujeto
• Aprendizaje guiado
• Relación de la práctica con la teoría
• Desarrollar la observación y análisis
• Trabajo extraclase.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
• Examen del periodo
• Reporte de práctica
• Participación individual y por equipo.
CLAVE
BIBLIOGRÁFICA
1B, 2C, 3B, 4C, 7C, 9C.
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FÍSICO MATEMÁTICAS
ASIGNATURA: Teoría de los Circuitos II
No. UNIDAD: VI
NOMBRE:
CLAVE:
HOJA: 8
DE: 10
Circuitos Trifásicos
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno examinará los parámetros eléctricos de los sistemas trifásicos balanceados y su beneficio en
la transmisión de energía eléctrica.
No.
TEMA
6.1.
6.1.1.
6.1.2.
6.1.3.
6.1.4.
6.1.5.
6.1.6.
6.1.7.
TEMAS
Circuitos trifásicos balanceados
Tensiones trifásicas
Análisis de circuitos estrella-estrella
Análisis de circuitos estrella-delta
Calculo de potencia en circuitos trifásicos
balanceados
Medición de la potencia promedio en circuitos
trifásicos
Simular circuitos acoplados a través de la PC
Prever respuesta de circuitos acoplados no
presénciales con la PC.
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
• Trabajar simulaciones
• Trabajo extraclase
• Buscar causa y efecto, y saber relacionarlas
• Interacción práctica con la teoría.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
• Tercer examen departamental
• Reporte de práctica de laboratorio
• Diseño virtuales
• Participación individual y por grupo.
HORAS
T
P
7.5 15.0
EC
6.0
CLAVE
BIBLIOGRÁFICA
1B, 2C, 3B, 4C, 7C, 9C.
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ASIGNATURA: Teoría de los Circuitos II
CLAVE:
HOJA: 9 DE: 10.
RELACIÓN DE PRÁCTICAS
PRACT.
No.
1
2
3
4
NOMBRE DE LA PRÁCTICA
Respuesta transitoria
Simulación
virtual
respuesta transitoria
Frecuencia compleja
de
la
UNIDAD
DURACIÓN
I
3.0
LUGAR DE
REALIZACIÓN
Laboratorio
I
6.0
Pesado I
II
3.0
De la carrera
De I.C.A.
II
6.0
5
Análisis por PC de la respuesta
de circuitos resonantes serie y
paralelo.
Resonancia en serie y paralelo
III
3.0
6
Filtros
III
3.0
7
Leyes de Kirchhoff en el dominio
s
Simulación virtual de circuitos
acoplados.
IV
3.0
V
6.0
9
Inductancia mutua.
V
3.0
10
Transformador, método directo e
indirecto.
V
3.0
11
Medición
de
corrientes
y
tensiones en circuitos trifásicos
delta y estrella.
VI
6.0
12
Medición de potencia trifásica en
circuitos delta y estrella.
VI
3.0
13
Interpretación computarizada de
circuitos para la calidad de la
energía.
VI
6.0
8
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ASIGNATURA:
Teoría de los Circuitos II
PERIODO
UNIDAD
CLAVE:
HOJA: 10 DE: 10
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
1º
I , II
Exámenes departamentales (tres) 50%, prácticas, reportes,
trabajos de investigación y participación 50%.
2º
III , IV
Para tener derecho al promedio de calificaciones debe cumplir
con el 80% de asistencia y haber aprobado el 80% de las
prácticas.
3º
V , VI
CLAVE
B
1
X
2
3
X
X
4
X
5
X
6
X
7
8
X
X
9
10
11
C
X
X
X
BIBLIOGRAFÍA
Edminister, J, A, Nahvi, M., Circuitos Eléctricos, tercera edición,
Mc Graw Hill Interamericana, España, 1997.
Hayt Jr, William, H, y Kemmerly, Jack E., Análisis de Circuitos en
Ingeniería, quinta edición, Mc Graw Hill, México, 1997.
Nilsson, James W., Circuitos Eléctricos, sexta edición, Printice
Hall, México, 2001.
Boylestad, Roberto L, Análisis Introductorio de Circuitos, octava
impresión, Trillas, México, 1997.
Martínez J., A., Electrotecnia I, Circuitos Eléctricos de Corriente
Directa, ESIME-IPN, 2003
Jiménez G., R., F., Análisis de Circuitos Eléctricos, IPN Limusa,
1995
Cogdell, J., R., Fundamentos de Circuitos Eléctricos, Prentice
may, 2000
Baez, L., D., PSpice, Análisis de Circuitos por Computadora,
Alfaomega, 1995
Dorf, R., C., Circuitos Eléctricos, Introducción al Análisis y
Diseño, 2ª. Edición. Alfaomega, 1995
Sistema Internacional de Unidades, CENAM, México, 2000
Normas Oficiales Mexicanas
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PERFIL DOCENTE POR ASIGNATURA
1. DATOS GENERALES
ESCUELA:
Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
CARRERA:
Ingeniería en Control y Automatización
ÁREA:
BÁSICAS C. INGENIERÍA
ACADEMIA:
Ingeniería Eléctrica
ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO
REQUERIDO:
SEMESTRE 4°
D. INGENIERÍA
C. SOC. y HUM.
ASIGNATURA:
Teoría de los Circuitos II
Ingeniero Electricista, Electrónico o en Control y
Automatización preferentemente con estudios de posgrado
en el área.
2. OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA:
El alumno relacionará los modelos matemáticos que describen los fenómenos en los circuitos en estado
transitorio y de las corrientes constantes, senoidales y exponenciales operados bajo el principio de
frecuencia compleja.
3. PERFIL DOCENTE:
CONOCIMIENTOS
• Teórico- prácticos
sobre principios y
leyes que rigen el
comportamiento de
los circuitos
eléctricos aplicado a
redes, para su
análisis y diseño,
empleando
herramientas
matemáticas y
computacionales a
partir de modelos
matemáticos y/o
físicos
EXPERIENCIA
PROFESIONAL
• En análisis y diseño de
circuitos eléctricos
aplicados al área de ing.
Eléctrica y/o electrónica,
desde el punto de vista
teórico-experimental
haciendo uso de
paquetería asociada a
nivel de computadora
personal como apoyo.
• Deseable con
experiencia docente
ELABORÓ
Ing. Antonio Arellano Aceves
PRESIDENTE DE ACADEMIA
HABILIDADES
• Facilidad de
comunicación y
expresión
• Motivación
• Creativo
REVISÓ
Ing. Guillermo Santillan Guevara
SUBDIRECTOR ACADÉMICO
ACTITUDES
•
•
•
•
•
Ética
Responsable
Respetuoso
Gusto por la docencia
Dispuesto a una
superación y
actualización continua y
constante
AUTORIZÓ
Dr. Alberto Cornejo Lizarralde
DIRECTOR DEL PLANTEL
FECHA: marzo-2004