4.1 Analisis de Fourier

download 4.1 Analisis de Fourier

of 82

Transcript of 4.1 Analisis de Fourier

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    1/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    Series de Fourier:

    Varios matemticos del siglo XVIII,

    incluyendo a los suizos Leonhard

    Euler y Daniel Bernoulli saban quepoda llegarse a una representacin

    aproximada de una seal o funcin

    f(t) mediante una suma finitaponderada de senoides relacionadas

    armonicamente.

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    2/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    La idea de describir las ondas como

    una serie de funciones senoidales estil para el ingeniero moderno.

    Por ejemplo, en la experiencia

    cotidiana nos encontramos consintetizadores de voz o musicales que

    producen sonidos vocales y musicales

    como resultado de la generacin deuna serie apropiada de seales

    senoidales.

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    3/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    En 1807, el varn francs JeanBaptiste Joseph Fourier publica laTeora del calor un tratado en elcual introduce unas seriestrigonomtricas, de lo cual una onda o

    seal peridica poda descomponerseen una serie infinita de senoides queal sumarse, reproduciran la forma

    exacta de la onda original.En honor a l se debe el nombre deSeries de Fourier.

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    4/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL115

    Funciones o seales peridicas:

    )()( nTtftf

    Donde: n: mltiplo entero: 1,2,3,4,5,T: perodo fundamental (tiempo mnimo

    para que la funcin vuelve a repetirse).

    Son aquellas sealescuyos valores se

    repiten a intervalos

    iguales de tiempo y en

    el mismo orden, o sea:

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    5/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    Requisitos para que exista la Serie de Fourier

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    6/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    La serie trigonomtrica de Fourier:

    2 2

    1

    0

    0 0 0

    1 1

    0 0 0

    1

    0 01

    espectro de magnitud

    espectro de fase

    frecuen

    ( ) :

    tan :

    :

    ( ) ( ) ( )

    ( ) ( )

    ( ) ( )

    =2

    n n

    n

    n

    n

    n n

    n n

    n

    n

    o

    n n

    n n

    n

    a b

    b

    a

    w

    A

    f t a a cos nw t b sen nw t

    a cos nw t sen nw t

    f t a cos nw t

    a b

    A

    f

    cia fundamental o primer armnico

    1o

    of T

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    7/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    Los Coeficientes de la Seriede Fourier:

    0

    00

    1( )

    t T

    t

    a f t dt T

    a0 representa el Valor Promedio de f(t) en unperodo fundamental de la seal.Es el rea bajo la curva dividido entre elperodo fundamental (T)

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    8/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    0

    0

    0cos2

    ( ) ( )

    t T

    n

    t

    a f t nw t dt T

    Tambin denominada Integral en Coseno

    Los Coeficientes de la Seriede Fourier:

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    9/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    0

    0

    0

    2( ) ( )

    t T

    n

    t

    b f t nse w tn t dT

    Tambin denominada Integral en Seno

    Los Coeficientes de la Seriede Fourier:

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    10/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    W.H. Hayt, Jr., J.E. Kemmerly, S.M. Durbin, Engineering Circuit Analysis, Sixth Edition.

    Copyright 2002 McGraw-Hill. All rights reserved.

    (a) A waveformshowing even

    symmetry.

    f(t)=f(-t)

    (b) A waveform

    showing odd

    symmetry.f(-t)=-f(t)

    Simetra de seales peridicas:

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    11/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    Uso de la simetra: funciones pares:

    0 0

    0

    00

    0

    2

    0

    2

    1 1( ) 2 ( )

    22 ( ) cos( )

    0

    t t

    n o

    t

    n

    TT

    T

    tt

    t

    a f t dt f t dt T T

    a f t nw t dt T

    b

    http://www.slideshare.net/mfatela/3-funcin-par-e-impar

    http://www.slideshare.net/mfatela/3-funcin-par-e-imparhttp://www.slideshare.net/mfatela/3-funcin-par-e-imparhttp://www.slideshare.net/mfatela/3-funcin-par-e-imparhttp://www.slideshare.net/mfatela/3-funcin-par-e-imparhttp://www.slideshare.net/mfatela/3-funcin-par-e-imparhttp://www.slideshare.net/mfatela/3-funcin-par-e-imparhttp://www.slideshare.net/mfatela/3-funcin-par-e-imparhttp://www.slideshare.net/mfatela/3-funcin-par-e-imparhttp://www.slideshare.net/mfatela/3-funcin-par-e-imparhttp://www.slideshare.net/mfatela/3-funcin-par-e-imparhttp://www.slideshare.net/mfatela/3-funcin-par-e-imparhttp://www.slideshare.net/mfatela/3-funcin-par-e-impar
  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    12/82

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    13/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    W.H. Hayt, Jr., J.E. Kemmerly, S.M. Durbin, Engineering Circuit Analysis, Sixth Edition.

    Copyright 2002 McGraw-Hill. All rights reserved.

    Two waveforms,each of which

    exhibits

    half-wavesymmetry.

    f(t)=-f(t T/2)

    Simetra de media onda:

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    14/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    0

    0

    0

    0

    2

    2

    0 ; n par

    4( )cos( ) ; n impar

    0 ; n par

    4( )sin( ) ; n impar

    n

    n o

    t

    n

    n o

    t

    T

    t T

    ta

    a f t nw t dt T

    b

    b f t nw t dt T

    Simetrade media onda: f(t)=-f(t T/2)

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    15/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    0

    048

    ( )cos( ) ; n impar

    0 ; todo n

    n ot

    n

    Tt

    a f t nw t dt T

    b

    Simetra de cuarto de onda par:

    simetra de media onda + funcin par:

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    16/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    0

    04

    0 ; todo n

    8( ) ( ) ; n impar

    n

    n o

    t

    t T

    a

    b f t sen nw t dt

    T

    Simetria de cuarto de onda impar:

    Simetra de media onda + funcin impar:

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    17/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    18/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    Una Serie de Fourier es unarepresentacin precisa de una sealperidica y consiste en la suma desenoides mltiplos de la frecuencia

    fundamental, denominados frecuenciasarmnicas.

    El Espectro discreto de armnicos es

    una representacin grfica de lamagnitud(amplitud) y la fase de loscoeficientes de Fourier en trminos de lafrecuencia fundamental y las frecuencias

    armnicas.

    Discrete frequency spectrum(magnitud y fase)

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    19/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    Discrete frequency spectrum

    0 0 0

    1 1

    0

    1

    0

    ( ) ( ) ( )

    ( )

    n n

    n n

    n n

    n

    f t a cos nw t sa b en nw t

    a cosA wtn

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    20/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    Figure

    6.10

    Espectro discreto de frecuencias armnicas(magnitud y fase)

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    21/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    La serie exponencial compleja de Fourier:

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    22/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    La serie exponencial compleja de Fourier:

    0

    0

    *

    coeficiente exponencial complejo:

    Equivalencias:

    ( )

    1( )

    1 ; ;

    2

    12

    ; ( )

    o

    o

    n

    t T

    n

    t

    n n n n n o o

    n n

    n n n n n n

    jnw

    n

    j

    t

    nw t

    f t c e

    c f t e dt T

    c a jb c c c a

    c A

    a c c b j c c

    L i i l l j d F i

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    23/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    La serie exponencial compleja de Fourier:

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    24/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    Figure

    6.14

    Aplicaciones de las Series de Fourier:

    1) Response of a linear system to a phasor input

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    25/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    2) Fourier y Superposicin al Anlisis de Circuitos:

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    26/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    3) Potencia promedio de una Serie de Fourier:

    0

    0

    0 0

    0 0

    0

    0

    ( )

    ( )

    ( ) ( )

    1

    1

    1

    1

    Potencia promedio:

    cos( )

    cos( )

    1

    1cos( )

    cos( )

    t DC n o n

    t DC m o m

    t T

    t t

    t

    t T t T

    m DCDC DC o m

    mt t

    t T

    n DCo n

    n t

    DC DC

    n

    m

    v V V nw t

    i I I mw t

    P v i dtT

    I VP V I dt mw t dt

    T T

    V Inw t dt

    T

    P V I

    max max

    1

    1

    1cos( )

    2

    cos( )

    n n

    rms rms n n

    n n V I

    n

    DC DC n n V I

    n

    V I

    P V I V I

    4) l fi d S i d i

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    27/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    4) Valor eficaz de una Serie de Fourier:

    2 2 1

    0 0

    0 0

    m ma axx max

    2

    2 2

    0 01

    2 2 2 2

    0 0

    1 1

    2 2

    0

    2

    ( ) ; tan

    1 1

    ( ) ( )

    1 ; ; c

    2

    1 1( )

    2 2

    (

    n n

    n

    n

    n

    rms r

    t T t T

    rms rmsnt t

    n n

    n n

    n o o

    rms n n

    n

    n

    n n

    rms n n

    ba bA

    a

    F f t dt F a cos nA

    A

    w t dt T T

    c a jb a

    F a a b a

    F a a b

    max

    2 2

    01 1

    2 22 2

    0 0

    1 1

    2)

    1

    2

    m rmss

    rms

    n n

    rm

    n

    s n n

    n n

    a

    F c C c

    A

    C

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    28/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    5) Total harmonic distortion (THD):

    En los sistemas de potencia, la distorsin armnica de las seales de

    tensin o corriente, se debe principalmente a cargas no lineales odispositivos de conmutacin, tales como:

    a) Fuentes de alimentacin de funcionamiento conmutado (SMPS).

    b) Estabilizadores electrnicos de dispositivos de iluminacin

    fluorescente y leds.

    c) Pequeas unidades de SAI (sistemas de alimentacin

    ininterrumpida) o UPS

    d) Variadores de frecuencia para motores(1 3) de velocidad

    variable y grandes unidades de UPS.e) Dispositivos de electrnica de potencia.

    f) Dispositivos ferromagnticos.

    g) Dispositivos de arco elctrico.

    5) Di i i l (THD)

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    29/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    5) Distorsin armnica total (THD):

    Problemas que producen los armnicos en la red:

    a) Sobrecarga de los conductores neutros.

    b) Sobrecalentamiento de los transformadores.

    c) Disparos intempestivos de los interruptores automticos.

    d) Sobrecarga de los condensadores de correccin del factor de

    potencia.

    Algunos mtodos para reducir los armnicos:

    a) Filtros pasivosb) Transformadores de aislamiento

    c) Soluciones activas

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    30/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    5) Clculo de la distorsin armnica total (THD):

    22

    22

    2

    1 1

    10010022

    222

    1 1

    *100% *100%

    nn

    nn

    nn

    nn

    AA

    THDA A

    AA

    THDA A

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    31/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    Ejemplo: Consideremos una seal cuadrada, a lacual le calculamos la serie y su respectivo espectro

    de frecuencias de Fourier:

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    32/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    Calculando los coeficientes trigonomtricos de Fourier:

    a) el valor promedio:

    Tambin por la simetria impar de la seal, se deduceque su valor promedio en T es cero!!!

    0

    0

    0

    2

    0

    0

    1( )

    1 ( ) ( )

    2

    0

    t T

    t

    a f t dt T

    V d wt V d wt

    a

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    33/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    Tambin por la simetria impar de la seal, sededuce que la integral en coseno (an) es cero!!!

    0

    0

    0

    0

    2

    2( )cos( )

    2cos( ) ( )

    2

    ( ) cos( ) ( )

    = 0

    t T

    n

    t

    n

    n

    a f t nw t dt

    T

    a V nwt d wt

    V nwt d wt

    a

    b) la integral en coseno:

    ) l i l

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    34/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    0

    0

    0

    0

    2

    (para todo )

    2( ) ( )

    2( ) ( )

    2

    + ( ) ( ) ( )

    4 ; : impar

    4 ;

    2 1

    t T

    n

    t

    n

    n

    n n

    b f t sen nw t dt

    T

    b Vsen n wt d wt

    V sen n wt d wt

    Vb nn

    Vb n

    ( n - )

    c) la integral en seno:

    C l i d i

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    35/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    Como a0 y an son ceros, la serie de Fourier sesimplifica a:

    2 2

    0 0

    1

    0

    1

    1

    ( ) ;

    0

    : impar

    ( ) ( )

    =0

    ( ) ( )

    4( ) ( ) ;

    n n n n n

    n n

    n

    n

    n

    n

    n

    n

    A a b a A

    n

    f t a A cos nw t

    b

    v t b sen nw t

    Vv t sen nwt

    n

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    36/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    La Serie trigonmetrica de Fourierde este

    ejemplo, se puede expresar de formageneral y resumida como:

    n

    wtnsenn

    Vtv

    n

    ])12([)12(

    4)(1

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    37/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    Expandiendo la Serie de Fourier para los primeros 17armnicos (9 trminos impares):

    4 4 4( ) ( ) ( ) ( )

    4 4 4 ( ) ( ) ( )

    4 4 4

    1 3 5

    7 9 11

    13 ( ) ( ) ( )

    ...4

    1 3 5

    7

    9 11

    13 15

    .

    17

    (2 1.

    )

    15 17

    .

    V V Vv t sen wt sen wt sen wt

    V V Vsen wt sen wt sen wt

    V V Vsen w

    n

    t sen wt sen wt

    Vsen

    (2 1( ))n wt

    Sintetizando la seal original como una suma de c/u

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    38/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    Sintetizando la seal original como una suma de c/ude sus componentes armnicos: (por facilidad V=1)

    4( ) ( )

    Vv t sen wt

    : Componente fundamental o primerarmnico. (serie con 1 trmino)

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    39/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    )3(3

    4)(

    4)( wtsen

    Vwtsen

    Vtv

    fundamental + tercerarmnico:

    (serie con 2 trminos)

    1.200422

    1.200422

    f t( )

    2 0 t

    0 1.57 3.14 4.71 6.28

    1.2

    0.6

    0.6

    1.2

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    40/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    )3(3

    4)(

    4)( wtsen

    Vwtsen

    Vtv

    )5(

    5

    4wtsen

    V

    fundamental + tercer +quinto armnico:

    (serie con 3 trminos)

    1.18834

    1.18834

    f t( )

    2 0 t

    0 1.57 3.14 4.71 6.28

    1.19

    0.59

    0.59

    1.19

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    41/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    )3(3

    4)(

    4)( wtsen

    Vwtsen

    Vtv

    )7(7

    4

    )5(5

    4wtsen

    Vwtsen

    V

    fundamental + tercer + quinto +sptimo armnico:

    (serie con 4 trminos)

    1.18416

    1.18416

    f t( )

    2 0 t

    0 1.57 3.14 4.71 6.28

    1.18

    0.59

    0.59

    1.18

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    42/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215 http://33.media.tumblr.com/f691ee751790c36ba5238bef93adb046/tumblr_nhr191UoYM1tlppcdo1_400.gif

    Animacin(gif): Suma de la componente fundamental + tercer + quinto +sptimo armnico: (serie con 4 trminos)

    fundamental + tercer + quinto +

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    43/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    )3(3

    4)(

    4)( wtsen

    Vwtsen

    Vtv

    )9(9

    4)7(

    7

    4)5(

    5

    4wtsen

    Vwtsen

    Vwtsen

    V

    fundamental + tercer + quinto +sptimo + noveno armnico (seriecon 5 trminos)

    1.182328

    1.182328

    f t( )

    2 0 t

    0 1.57 3.14 4.71 6.28

    1.18

    0.59

    0.59

    1.18

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    44/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    Sumando hasta el armnico 199

    (serie con 100 trminos)])12([)12(

    4)(

    100

    1

    wtnsenn

    Vtv

    n

    1.14475

    1.14475

    f t( )

    2 0 t

    0 1.57 3.14 4.71 6.28

    1.14

    0.57

    0.57

    1.14

    Sumando hasta el armnico 19 999

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    45/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    Sumando hasta el armnico 19,999

    (serie con 10,000 trminos).

    Como puede observarse en elgrfico, casi se reproduce la

    seal cuadrada original.

    0.999968

    0.999968

    f t( )

    2 0 t

    0 1.57 3.14 4.71 6.28

    1

    0.5

    0.5

    1

    10,000

    1

    4 [(2 1) ]( )

    (2 1)n

    Vsen n wt v t

    n

    Sntesis con una sumatoria de 3 000 trminos 3 000 4 [(2 1) ]V

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    46/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    Sntesis con una sumatoria de 3,000 trminoso hasta el armnico 5,999 (por facilidad V=1)grficas individuales hasta el armnico 17

    1.27324

    1.27324

    f t( )

    f1 t( )

    f3 t( )

    f5 t( )

    f7 t( )

    f9 t( )

    f11 t( )

    f13 t( )

    f15 t( )

    f17 t( )

    2 0 t

    0 1.57 3.14 4.71 6.28

    1.27

    0.64

    0.64

    1.27

    3,000

    1

    4 [(2 1) ]( )

    (2 1)n

    Vsen n wt v t

    n

    Tabulando magnitudes armnicas del Espectro de frecuencias: 4V

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    47/82

    Ciclo II-2015

    Tabulando magnitudes armnicas del Espectro de frecuencias: 4

    (2 1)

    1

    n

    VA

    n

    V

    n An An2

    51 0,0250 0,00062

    53 0,0240 0,00058

    55 0,0231 0,00054

    57 0,0223 0,00050

    59 0,0216 0,00047

    61 0,0209 0,00044

    63 0,0202 0,00041

    65 0,0196 0,00038

    67 0,0190 0,00036

    69 0,0185 0,00034

    71 0,0179 0,0003273 0,0174 0,00030

    75 0,0170 0,00029

    77 0,0165 0,00027

    79 0,0161 0,00026

    81 0,0157 0,00025

    83 0,0153 0,00024

    85 0,0150 0,0002287 0,0146 0,00021

    89 0,0143 0,00020

    91 0,0140 0,00020

    93 0,0137 0,00019

    95 0,0134 0,00018 An2

    97 0,0131 0,00017

    99 0,0129 0,00017 0,37076

    n An An2

    1 1,2732 1,62114

    3 0,4244 0,18013

    5 0,2546 0,06485

    7 0,1819 0,03308

    9 0,1415 0,02001

    11 0,1157 0,01340

    13 0,0979 0,00959

    15 0,0849 0,00721

    17 0,0749 0,00561

    19 0,0670 0,00449

    21 0,0606 0,0036823 0,0554 0,00306

    25 0,0509 0,00259

    27 0,0472 0,00222

    29 0,0439 0,00193

    31 0,0411 0,00169

    33 0,0386 0,00149

    35 0,0364 0,0013237 0,0344 0,00118

    39 0,0326 0,00107

    41 0,0311 0,00096

    43 0,0296 0,00088

    45 0,0283 0,00080

    47 0,0271 0,00073

    49 0,0260 0,00068

    22

    22

    2

    1 1

    100

    2

    2

    2

    1

    *100%

    0.37076 *100%

    1.

    47.82

    6211

    %

    4

    nn

    nn

    n

    n

    AA

    THDA A

    A

    A

    THD

    Example: Several of the infinite number of different waveforms which may

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    48/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215 W.H. Hayt, Jr., J.E. Kemmerly, S.M. Durbin, Engineering Circuit Analysis, Sixth Edition.Copyright 2002 McGraw-Hill. All rights reserved.

    Example: Several of the infinite number of different waveforms which maybe obtained by combining a fundamental and a third harmonic.

    The fundamental is v1= 2 cos(w0t), and the third harmonic is:

    (a)v3a= cos(3w0t);

    (b) v3b= 1.5cos(3w0t);

    (c) v3c= sin(3w0t).

    Example:

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    49/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    W.H. Hayt, Jr., J.E. Kemmerly, S.M. Durbin, Engineering Circuit Analysis, Sixth Edition.

    Copyright 2002 McGraw-Hill. All rights reserved.

    (a) The output of a half-wave rectifier to which asinusoidal input is applied.

    (b) The discrete line spectrum of the waveform in part a.

    p

    Example:

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    50/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    Figure

    6.11

    Square wave and its representation by a Fourier series.

    (a) Square wave (even function); (b) first three terms;

    (c) sum of first three terms

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    51/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    Example:

    (a) Pulse train

    (b) signal spectrum;(c) approximation obtained

    using 11 Fourier coefficients

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    52/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    Example:

    (a) periodic (sawtooth) function

    (b) spectrum of sawtoothwaveform;

    (c) approximation of sawtooth

    waveform for n = 5

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    53/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    https://es.wikipedia.org/wiki/Serie_de_Fourier#/media/File:Periodic_identity_function.gif

    Example:

    https://es.wikipedia.org/wiki/Serie_de_Fourier

    E l

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    54/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    Examples:

    E l

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    55/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    Examples:

    Cargas lineales y no lineales que generan armnicos de corriente:

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    56/82

    Ciclo II-2015

    g y q g

    UES-FIA-EIE-AEL215

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    57/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    W.H. Hayt, Jr., J.E. Kemmerly, S.M. Durbin, Engineering Circuit Analysis, Sixth Edition.

    Copyright 2002 McGraw-Hill. All rights reserved.

    Ex.: Write the Fourier series for the

    waveform below.

    Fourier Transform:

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    58/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    Fourier Transform:

    Una transformada es un cambio en la descripcinmatemtica de una variable fsica para facilitar elclculo(Dorf 3a ed. AlfaOmega)

    La transformada de Fourier refleja el espectro de frecuenciasde una funcin.

    Un buen ejemplo de eso es lo que hace el odo humano, yaque recibe una onda auditiva y la transforma en unadescomposicin en distintas frecuencias (que es lo quefinalmente se escucha).

    El odo humano va percibiendo distintas frecuencias a medidaque pasa el tiempo, sin embargo, la transformada de Fouriercontiene todas las frecuencias contenidas en todos lostiempos en que existi la seal; es decir, en la transformadade Fourier se obtiene un slo espectro de frecuencias paratoda la funcin.(http://es.wikipedia.org/wiki/Transformada_de_Fourier)

    Fourier Transform:

    http://es.wikipedia.org/wiki/Transformada_de_Fourierhttp://es.wikipedia.org/wiki/Transformada_de_Fourierhttp://es.wikipedia.org/wiki/Transformada_de_Fourierhttp://es.wikipedia.org/wiki/Transformada_de_Fourierhttp://es.wikipedia.org/wiki/Transformada_de_Fourierhttp://es.wikipedia.org/wiki/Transformada_de_Fourierhttp://es.wikipedia.org/wiki/Transformada_de_Fourierhttp://es.wikipedia.org/wiki/Transformada_de_Fourier
  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    59/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    Fourier Transform:

    Generalmente la Transformada de Fourier se aplica a funcionesno peridicas y definidas en un intervalo infinito, pero que se

    puede considerar como funciones peridicas con un peridoinfinito.

    Para que exista la Transformada de Fourier es necesario dosrequisitos o condiciones:

    1) ( )

    2) el nmero de discontinuidades en f(t) sea finito

    f t dt

    Fourier Transform:

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    60/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    Fourier Transform:

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    61/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    Fourier Transform:

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    62/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    Fourier Transform:

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    63/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    Fourier Transform:

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    64/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    Las ecuaciones (6) y (7) reciben el nombre de par detransformacin de Four ier.

    (pg. 563 texto Anlisisde Circuitos en Ingeniera,Hayt & Kemmerly, 5a edicin)

    ( )

    ( )( ) ( ) ( )

    ( ) ( ) ( )

    1

    (6)

    (7)

    1

    2jw

    jw

    jwt

    jw t t

    jwt

    t jw jw

    V F v e v dt

    v F V e V dw

    Esta relacin delpar de transformacin es importante!Debe memorizarse, marcarse con flechas y mantenerse mentalmenteen el nivel consciente de aqu a la eternidad. [1]

    [1]Los futuros vendedores de autos y polticos pueden olvidarla...

    Properties of the Fourier transform:

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    65/82

    Ciclo II-2015

    Properties of the Fourier transform:

    UES-FIA-EIE-AEL215 http://es.wikipedia.org/wiki/Transformada_de_Fourier

    Properties of the Fourier transform:

    http://es.wikipedia.org/wiki/Transformada_de_Fourierhttp://es.wikipedia.org/wiki/Transformada_de_Fourier
  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    66/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215 http://es.wikipedia.org/wiki/Transformada_de_Fourier

    Fourier transforms pairs

    http://es.wikipedia.org/wiki/Transformada_de_Fourierhttp://es.wikipedia.org/wiki/Transformada_de_Fourier
  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    67/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215 http://es.wikipedia.org/wiki/Transformada_de_Fourier

    Fourier transforms pairs

    http://es.wikipedia.org/wiki/Transformada_de_Fourierhttp://es.wikipedia.org/wiki/Transformada_de_Fourier
  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    68/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215 http://es.wikipedia.org/wiki/Transformada_de_Fourier

    http://es.wikipedia.org/wiki/Transformada_de_Fourierhttp://es.wikipedia.org/wiki/Transformada_de_Fourier
  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    69/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    W.H. Hayt, Jr., J.E. Kemmerly, S.M. Durbin, Engineering Circuit Analysis, Sixth Edition.

    Copyright 2002 McGraw-Hill. All rights reserved.

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    70/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    W.H. Hayt, Jr., J.E. Kemmerly, S.M. Durbin, Engineering Circuit Analysis, Sixth Edition.

    Copyright 2002 McGraw-Hill. All rights reserved.

    Aplicaciones de la Transformada de Fourier:1) Teorema de Parseval

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    71/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    1) Teorema de Parseval

    Uniform continuity and the RiemannLebesgue lemma

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    72/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215 http://en.wikipedia.org/wiki/Fourier_transform

    2) Circuito transformado: Resistoren dominio de la

    http://en.wikipedia.org/wiki/Fourier_transformhttp://en.wikipedia.org/wiki/Fourier_transform
  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    73/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    (

    ( ) ( )

    )

    R

    aplicando transformada

    en funcin de S

    (

    de Ohm: ( ) ( ) ( )

    ( ) ( )( )

    Z ( )( )

    ( ) R [ ]

    ( ) R [

    ) ( )

    ]

    S S S

    jw

    S

    jw S jw S

    S

    S

    S

    R

    R

    jw

    F F

    F

    v t i t R Ri t

    V jw R I jwV jw

    jw RI jw

    Z jw

    Z s

    v t Ri t

    Transformada de Fourier: F(jw)

    2.1) Circuito transformado: Inductoren dominio de

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    74/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    ( )

    ( ) ( )

    aplicando transformada

    En funcin S

    :

    de

    (

    ( )del inductor "L": ( )

    ( ) ( ) ( )

    ( )Z ( ) ( )

    ( )

    ( ) [ ]

    ( )(

    ( ) S [ ] ; )

    )

    0

    jw

    SS

    S S

    SL

    S

    L

    Sw

    L

    S jw

    L

    j

    j

    F F

    w

    F

    di tv t L

    dt

    V jw L jw I jw

    V jwjw jw L

    I jw

    Z jw jwL

    di tv t L

    dt

    Z L is

    0

    la Transformada de Fourier: F(jw)

    2.2) Circuito transformado: Capacitoren dominio de

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    75/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    ( )

    ( ) ( )

    aplican

    En fu

    do transforma

    ncin de S

    da :

    ( )del capacitor "C": ( )

    ( ) ( ) ( )

    ( ) 1Z ( )

    ( ) ( )

    1

    ( ) [ ]

    1Z ( ) [ ]

    ( )(

    ; 0

    )

    (

    jw

    CC

    C C

    CC

    C

    C

    Cjw C j

    C

    w

    C

    jw

    F F

    F

    dv ti t C

    dt

    I jw C jw V jw

    V jwj

    dv ti t C

    dt

    wI jw jw C

    Z jw j

    v

    wC

    s

    SC

    ) 0

    la Transformada de Fourier: F(jw)

    3) Respuesta al impulso (t):

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    76/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    ) p p ( )

    ( )

    ( ) ( ) ( )

    ( ) ( )

    ( )

    ( ) ( ) ( ) )

    )

    (

    ) ((

    para una excitacin

    aplicando transformada de Fourier a la entrada:

    aplicando transformada inversa de Fourier a la

    ( )

    11jw jw

    t

    jw t t

    jw jw jw jw jw j

    jw

    w

    x t

    X F x F

    Y

    X

    H X X H H

    ( ) ( )( ) ( ) ( ) ( )

    1 1

    salida:

    jw jwt jw jw t y F Y F H h

    4) A conceptual development of the convolution integral.

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    77/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    ) p p g

    a) A una excitacin x(t)la salida corresponder una respuesta y(t):

    b) Para una excitacin x(t)=(t)la salida corresponder a la respuesta

    al impulso: y(t)=h(t):

    4) A conceptual development of the convolution integral.

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    78/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    g

    c) A una excitacin x(t)=(t-)la salida corresponder a una

    respuesta y(t)=h(t-). El nico cambio en la salida es el mismo

    retraso en el tiempo de la seal de entrada. Principio de

    Invarianza en el tiempo.

    d) Supongamos que la entrada tiene un impulso diferente de la

    unidad(1), especficamente el valor de x(t)en t=.

    Si la entrada cambia a x()(t-), la respuesta correspondera x()h(t-). Principio de Linealidad.

    4) A conceptual development of the convolution integral.

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    79/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    e) Ahora smese esta ltima entrada sobre todos los valores

    posibles de y utilcese el resultado como entrada, la

    linealidad establece que la salida es igual a la suma de las

    respuestas que resulten del uso de todos los posibles valores

    de . La integral de entrada producir la integral de la salida.

    f) Los considerandos en e) corresponden al muestreo de la seal

    de entrada x(t), por lo tanto la salida tambin corresponder a

    y(t), conocida como la Integral de Convulucin.

    4) A conceptual development of the convolution integral.

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    80/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    4) Teorema de Convolucin

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    81/82

    Ciclo II-2015UES-FIA-EIE-AEL215

    ( ) ( ) ( )

    ( ) ( ) ( )

    ( ) ( ) ( ) ( )

    La respuesta como la :

    La respuesta como el producto de las transformadas de Fourier o Laplac

    Integral de Convol i

    e:

    uc n

    ( ) ( )

    ( ) ( )

    t t t

    t t t

    S S S S

    y x h x h t d

    y h x h x t d

    Y X H H X

    ( )

    ( ) ( ) ( ) ( )

    El Teorema de Convolucin:

    La convolucin corresponde al producto de las transformadas:

    ; s

    ( )

    S

    t t S S

    jw

    h x HF X

    Algunas propiedades de la Convolucin:

  • 7/25/2019 4.1 Analisis de Fourier

    82/82