電路網(wǎng)孔電流法和回路電流法

發(fā)布時(shí)間:2024-03-20
一、網(wǎng)孔電流法
1.網(wǎng)孔電流法的引出
問題:支路電流法的規(guī)律性不強(qiáng),當(dāng)電路的結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜且支路數(shù)較多時(shí),手工求解會(huì)很困難。
目標(biāo):尋找一組相互獨(dú)立的電路變量,它們具有較少的數(shù)目,且能夠用它們表征電路中任意的物理量,從而有效減少電路方程數(shù)量,有助于求解電路。
基本思想:在平面電路中為減少未知量(方程)的個(gè)數(shù),可以假想每個(gè)網(wǎng)孔中有一個(gè)網(wǎng)孔電流。若網(wǎng)孔電流已求得,則各支路電流可用網(wǎng)孔電流的線性組合表示。這樣即可求得電路的解。
2.網(wǎng)孔電流法:以網(wǎng)孔電流作為電路的獨(dú)立變量,對(duì)每個(gè)網(wǎng)孔列kvl方程。(僅適用于平面電路)
網(wǎng)孔電流:沿著網(wǎng)孔流動(dòng)的假想電流。
網(wǎng)孔電流法的獨(dú)立方程數(shù)為b-(n- 1)。
與支路電流法相比,方程數(shù)減少了(n-1)個(gè)。
對(duì)結(jié)點(diǎn)a列kcl方程:
假想有兩個(gè)電流im1和im2分別沿此平面電路的兩個(gè)網(wǎng)孔連續(xù)流動(dòng):
支路1只有電流im1流過,且im1繞行方向與i1 相同,即:i1 = im1;
支路2只有電流im2流過,且im2 繞行方向與i2 相同,即:i2 = im2;
支路3有2個(gè)網(wǎng)孔電流同時(shí)流過,且im1 、im2繞行方向都與i3相同。
則: i3 = im1 +im2 (自動(dòng)滿足結(jié)點(diǎn)a 的kcl方程)
則:三個(gè)支路電流i1 、 i2、 i3 可分別用兩個(gè)網(wǎng)孔電流im1 、 im2的線性組合表示。
列出kvl方程:
以各自的網(wǎng)孔電流方向?yàn)槔@行方向,
網(wǎng)孔1:
網(wǎng)孔2:
將 i1=im1 、 i2=im2 、 i3=im1+im2 (自動(dòng)滿足結(jié)點(diǎn)a 的kcl方程)
代入上面的兩個(gè)kvl方程,得以網(wǎng)孔電流為未知量的網(wǎng)孔電流方程。
自阻rkk :網(wǎng)孔k中所有電阻之和。
互阻rkj :兩個(gè)網(wǎng)孔k、j的共有電阻。當(dāng)網(wǎng)孔k、j在其互阻上繞行方向相同時(shí),互阻rkj取正;反之則取負(fù)。
上例中,網(wǎng)孔1的自阻: r11 = r1 +r3 , 網(wǎng)孔2的自阻: r22 = r2+r3 , 網(wǎng)孔1和網(wǎng)孔2的互阻:r12 = r21 = r3 。
對(duì)具有l(wèi)個(gè)網(wǎng)孔的平面電路,網(wǎng)孔電流方程的一般形式為:
幾點(diǎn)說明:
(1)兩個(gè)網(wǎng)孔之間若沒有共有支路,或者有共有支路但其電阻為零(例如共有支路間僅有電壓源),則互阻為零。
(2)如果將所有網(wǎng)孔電流都取為順(或逆)時(shí)針方向,則所有互阻總是負(fù)的。
(3)在不含受控源的電阻電路中: rkj = rjk 。
(4)方程右邊uskk為網(wǎng)孔k中所有電壓源電壓的代數(shù)和,各電壓源的極性與網(wǎng)孔電流繞行方向非關(guān)聯(lián)時(shí)取正, 反之則取負(fù)。
網(wǎng)孔電流方程的kvl形式表示了在一個(gè)網(wǎng)孔中各個(gè)網(wǎng)孔電流在各個(gè)電阻上所產(chǎn)生的電壓降等于此網(wǎng)孔中所有電壓源的電壓代數(shù)和(電勢(shì)升)。
網(wǎng)孔電流法的一般步驟:
(1)選定電路中各個(gè)網(wǎng)孔的繞行方向;
(2)對(duì)m個(gè)網(wǎng)孔,以網(wǎng)孔電流為未知量,列寫其kvl方程;
(3)求解上述方程,得到m個(gè)網(wǎng)孔電流;
(4)求各支路電流(用網(wǎng)孔電流表示);
(5)其它分析。
例6. 求各支路電流。
3.含電流源支路的處理
(1)含電流源與電阻并聯(lián)支路的處理
例7.列寫如圖電路的網(wǎng)孔電流方程。
設(shè)各網(wǎng)孔電流方向?yàn)轫槙r(shí)針方向并在圖中標(biāo)出。
kvl:
(2)含無(wú)伴電流源支路的處理
例8.列寫如圖電路的網(wǎng)孔電流方程(含無(wú)伴電流源支路)。
kvl:
例9.列寫含有無(wú)伴電流源支路的電路的網(wǎng)孔電流方程。
引入電流源電壓為中間變量,增加回路電流和電流源電流的關(guān)系方程。
4.含受控源支路的處理
例10. 用網(wǎng)孔電流法求下圖所示電路的各支路電流。
二、回路電流法
1.回路電流法:以一組獨(dú)立回路電流作為電路的獨(dú)立變量,對(duì)每個(gè)回路列kvl方程分析電路的方法。
回路電流:在一個(gè)回路中連續(xù)流動(dòng)的假想電流。
網(wǎng)孔電流法僅適用于平面電路,回路電流法則無(wú)此限制,它適用于平面或非平面電路。因此回路電流法是一種適用性較強(qiáng)并獲得廣泛應(yīng)用的分析方法。
常選基本回路(單連支回路)作為獨(dú)立回路,則回路電流即相應(yīng)的連支電流,樹支電流可以用連支電流或回路電流表示。
例:在右圖電路中,
(自動(dòng)滿足結(jié)點(diǎn)b,c,a 的kcl方程)
全部支路電流可以通過回路電流表示。
在回路電流法中,只需按kvl列方程,不必再列kcl方程。
回路電流方程的一般形式:(獨(dú)立回路數(shù)l = b - n + 1)
uskk — 回路k中所有電壓源電壓的代數(shù)和。
uskk-當(dāng)回路中各個(gè)電壓源電壓的方向與該回路繞向關(guān)聯(lián)時(shí),取負(fù)號(hào);非關(guān)聯(lián)時(shí),取正號(hào)。
回路電流法的一般步驟:
(1)選定l=b-(n-1)個(gè)獨(dú)立回路,標(biāo)明回路電流及方向;
(2)對(duì)l個(gè)獨(dú)立回路,以回路電流為未知量,列寫其kvl方程;
(3)求解上述方程,得到l個(gè)回路電流;
(4)求各支路電流(用回路電流表示);
(5)其它分析。
例11.
2.電路中具有電流源情況的分析
例12.列寫含有無(wú)伴電流源支路的電路的回路電流方程。
選取獨(dú)立回路時(shí),使無(wú)伴電流源支路僅僅屬于一個(gè)回路,該回路電流已知,即 is ,所以不用再對(duì)其列kvl方程。
3.電路中具有受控源情況的分析
例13.列寫下圖所示含受控源電路的回路電流方程。
方程列寫分兩步:
(1)先將受控源看作獨(dú)立源列方程;
(2)將控制量用未知量表示,并代入(1)中所列的方程,消去中間變量?!?br>各回路的kvl方程:
例14. 已知無(wú)伴電流控制電流源 id =β i2,電壓控制電壓源 ud = αu2,試列出該電路的回路電流方程。
解:讓 is1和 id 都只有一個(gè)回路電流流過,前者為il1、后者為il3,這就可不列回路1和回路3的kvl方程。
把控制量用有關(guān)回路電流表示,有:
例15.列寫下圖所示電路的回路電流方程。
解:(1)選擇各回路及其繞向如圖所示:
(2)各回路的kvl方程:
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