Teoría de redes: descripción general
Network theoryes el estudio de la resolución de problemas de circuitos eléctricos o redes eléctricas. En este capítulo introductorio, analicemos primero la terminología básica de los circuitos eléctricos y los tipos de elementos de red.
Terminología básica
En la teoría de redes, con frecuencia nos encontraremos con los siguientes términos:
- Circuito electrico
- Red eléctrica
- Current
- Voltage
- Power
Por lo tanto, es imperativo que recopilemos algunos conocimientos básicos sobre estos términos antes de continuar. Comencemos con Circuito eléctrico.
Circuito electrico
Un circuito eléctrico contiene un camino cerrado para proporcionar un flujo de electrones desde una fuente de voltaje o corriente. Los elementos presentes en un circuito eléctrico estarán enseries connection, parallel connection, o en cualquier combinación de conexiones en serie y en paralelo.
Red eléctrica
Una red eléctrica no necesita contener un camino cerrado para proporcionar un flujo de electrones desde una fuente de voltaje o corriente. Por tanto, podemos concluir que "todos los circuitos eléctricos son redes eléctricas", pero no es necesario que lo contrario sea cierto.
Actual
La corriente "I"fluir a través de un conductor no es más que la velocidad del flujo de carga en el tiempo. Matemáticamente, se puede escribir como
$$ I = \ frac {dQ} {dt} $$
Dónde,
Q es el cargo y su unidad es Coloumb.
t es el tiempo y su unidad es el segundo.
Como analogía, la corriente eléctrica se puede considerar como el flujo de agua a través de una tubería. La corriente se mide en términos deAmpere.
En general, Electron current fluye desde el terminal negativo de la fuente al terminal positivo, mientras que, Conventional current fluye desde el terminal positivo de la fuente al terminal negativo.
Electron current se obtiene debido al movimiento de electrones libres, mientras que, Conventional currentse obtiene gracias al movimiento de cargas positivas libres. Ambos se denominan comoelectric current.
voltaje
El voltaje "V"no es más que una fuerza electromotriz que hace que fluya la carga (electrones). Matemáticamente, se puede escribir como
$$ V = \ frac {dW} {dQ} $$
Dónde,
W es la energía potencial y su unidad es Joule.
Q es el cargo y su unidad es Coloumb.
Como analogía, el voltaje se puede considerar como la presión del agua que hace que el agua fluya a través de una tubería. Se mide en términos deVolt.
Poder
El poder "P"no es más que la velocidad temporal del flujo de energía eléctrica. Matemáticamente, se puede escribir como
$$ P = \ frac {dW} {dt} $$
Dónde,
W es la energía eléctrica y se mide en términos de Joule.
t es el tiempo y se mide en segundos.
Podemos reescribir la ecuación anterior a
$$ P = \ frac {dW} {dt} = \ frac {dW} {dQ} \ times \ frac {dQ} {dt} = VI $$
Por lo tanto, power no es nada más que el product de voltaje V y actual I. Su unidad esWatt.
Tipos de elementos de red
Podemos clasificar los elementos de la Red en varios tipos basados en algunos parámetros. A continuación se muestran los tipos de elementos de red:
Elementos activos y elementos pasivos
Elementos lineales y elementos no lineales
Elementos bilaterales y elementos unilaterales
Elementos activos y elementos pasivos
Podemos clasificar los elementos de la Red en active o passive basado en la capacidad de entregar energía.
Active Elementsentregar energía a otros elementos, que están presentes en un circuito eléctrico. A veces, pueden absorber el poder como elementos pasivos. Eso significa que los elementos activos tienen la capacidad de entregar y absorber energía.Examples: Fuentes de tensión y fuentes de corriente.
Passive Elementsno puede entregar poder (energía) a otros elementos, sin embargo, pueden absorber poder. Eso significa que estos elementos disipan energía en forma de calor o almacenan energía en forma de campo magnético o campo eléctrico.Examples: Resistencias, inductores y condensadores.
Elementos lineales y elementos no lineales
Podemos clasificar los elementos de la red como linear o non-linear basado en su característica de obedecer la propiedad de linealidad.
Linear Elements son los elementos que muestran una relación lineal entre voltaje y corriente. Examples: Resistencias, inductores y condensadores.
Non-Linear Elements son aquellos que no muestran una relación lineal entre voltaje y corriente. Examples: Fuentes de tensión y fuentes de corriente.
Elementos bilaterales y elementos unilaterales
Los elementos de red también se pueden clasificar como bilateral o unilateral basado en la dirección de los flujos de corriente a través de los elementos de la red.
Bilateral Elements son los elementos que permiten la corriente en ambas direcciones y ofrecen la misma impedancia en cualquier dirección de flujo de corriente. Examples: Resistencias, Inductores y Condensadores.
El concepto de elementos bilaterales se ilustra en las siguientes figuras.
En la figura anterior, la corriente (I) fluye desde los terminales A a B a través de un elemento pasivo que tiene una impedancia de Z Ω. Es la relación de voltaje (V) a través de ese elemento entre los terminales A y B y la corriente (I).
En la figura anterior, la corriente (I) fluye desde los terminales B a A a través de un elemento pasivo que tiene una impedancia de Z Ω. Eso significa que la corriente (–I) fluye de los terminales A a B. En este caso también obtendremos el mismo valor de impedancia, ya que tanto la corriente como el voltaje tienen signos negativos con respecto a los terminales A y B.
Unilateral Elementsson los que permiten la corriente en un solo sentido. Por tanto, ofrecen distintas impedancias en ambas direcciones.