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Representación matemática del circuito - Análisis Nodal

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Indice del artículo
Representación matemática del circuito
Nociones de teoría de grafos
Forma matricial de las leyes de Kirchoff
Métodos de formulación de las ecuaciones de la red
Análisis Nodal
Análisis nodal. Ejemplo práctico
Método reducido de cálculo de [Yn]
Caso particular: circuitos con dos únicos nudos
Todas las páginas

Es el análisis usado por ANALOGIA.EXE y en la mayoría de los programas (en general su versión modificada). Aparte de la facilidad con que se formulan las ecuaciones, lo que implica un esfuerzo de cálculo mínimo, vamos a ver que es el complemento perfecto a la analogía de movilidad, ya que admite únicamente elementos pasivos y generadores de corriente.

Se puede considerar un caso particular del análisis por conjuntos de corte, ya que en vez de tomar como variables independientes (desconocidas) las tensiones en las ramas de un árbol, se toman los potenciales de n-1 nudos con respecto al potencial del nudo 0 (u otro) que se toma como referencia. Las tensiones de rama y los potenciales en los nudos se relacionan por la matriz de incidencia nodal.

Si tomamos el siguiente convenio de signos y definición de tensiones y corrientes en una rama generalizada:

La rama generalizada consta como se ve en la figura de una admitancia pasiva Ybb (o un generador de corriente dependiente), un generador independiente de tensión Eb y un generador de corriente Ib. Vamos a estudiar este caso genérico, aunque en ANALOGIA.EXE no se analicen nunca circuitos con generadores independientes de tensión (Eb) al analizarse la analogía de movilidad.

Las ecuaciones básicas de esta rama (rama "b") serán

eb = Vb - Eb
ib = -Ib + jb = -Ib + Ybb(eb + Eb), ó
ib = -Ib + gmVbl = Ib + gm(ebl + Ebl)
(Sistema A)

Siendo m el número de ramas y n el número de nudos, y considerando el nudo 0 como nudo de referencia (masa).

Definiremos los siguientes vectores (matrices de una sola columna):

J = Vector de corrientes de rama. Tamaño m*1.
Igen= Vector de generadores de corriente. Tamaño m*1.
Egen= Vector de generadores de tensión. Tamaño m*1. En nuestro caso, este vector es nulo, al ser el sistema a analizar de movilidad, pero vamos a estudiar el caso general que podría incluir generadores de tensión.
eb = Vector de tensiones de rama. Tamaño m*1.
Vn = Vector de tensiones de nudo. Tamaño n*1.
Ib = Vector de corrientes totales de rama. Tamaño m*1.

Definiremos las siguiente matrices:

[A] = Matriz de incidencia. Tamaño n*m.
[Yb]= Matriz de admitancias de rama. Tamaño m*m.
[gm]= Matriz de conductancias de los generadores de corriente controlados por tensiones de rama. Tamaño m*m.

Generalizando las ecuaciones del sistema A obtenemos:

Ib = [Yb]eb + [Yb]Egen - Igen + [gm]eb + [gm]Egen
(Ecuación B)

Aplicando la segunda ley de Kirchoff:

[A]*ib=0

Siendo [A] la matriz reducida de incidencia, cuyos elementos se determinan de la siguiente forma:

= 0 si la rama j no está conectada al nudo i.
= +1 si la corriente de la rama j sale el nudo i.
= -1 si la corriente de la rama j entra en el nudo i.

La fila del nudo de referencia (que suele ser el 0 por facilidad, aunque podría ser otro) no se considera.

Multiplicando la ecuación B por [A], obtenemos:

[A]Ib = 0 = [A][Yb]eb + [A][gm]eb + [A][Yb]Egen +
+ [A][gm]Egen - [A]Igen

de donde se deduce que:

[A][Ib+gm]eb = -[A][Yb]Egen + [A]Igen - [A][gm]Egen

teniendo en cuenta que: eb= Vn obtenemos

[A][Y] Vn = -[A][Y]Egen + [A]Igen

donde hemos sustituido [Yb + gm] por [Y].

Llamamos por fin matriz de admitancia nodal reducida (de tamaño n*n) a [Yn], que es:

 



De esta forma, obtenemos el conjunto de ecuaciones nodales del circuito:

 



La resolución del problema se reduce a calcular la solución del sistema:

 

 

Siendo Ieq = -[A]*([Y]Egen-Igen) el vector de generadores de corriente equivalentes. En el caso particular de ANALOGIA.EXE se cumple que:

 



ya que Egen es cero al ser todos los generadores del circuito de corriente, pues se llegó a él a través de la analogía de movilidad.



 
Comentarios (5)
Tecnologo
5 Sábado, 28 de Agosto de 2010 04:36
Francisco
Analizar los circuitos de esta manera es realmente electronica . Gracias
serie
4 Jueves, 26 de Agosto de 2010 18:11
a.alba
como es la representacion matemataca de la potencia en un circuito de serie y en paralelo
ejercicios de la ley de quincho
3 Sábado, 17 de Julio de 2010 13:23
josmi boutto
me gustaria saber si me puede dar unos ejemplo x favor x que no los entiendo gracias
critica costructiva
2 Miércoles, 02 de Junio de 2010 20:29
jose ramon
esta muy bien lo quequieren dar ha entender, peor creo que les falto un poco mas de teoria, a demas el analisis no esta muy entendible
como calcular nudos
1 Lunes, 26 de Octubre de 2009 17:48
jairo
calcular un circuito por mayas o por nudos? por nudos seria calcular la tension que pasa por n1 y n0??

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