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            線性電路分析——網(wǎng)孔法詳析

            作者: 時間:2007-01-23 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

            一. 定義
            由人們主觀設(shè)想的在網(wǎng)孔中流動的電流稱為網(wǎng)孔電流,如圖3-3-1中的i,i,iⅢ所示,它們的大小和參考方向均是任意設(shè)定的。以網(wǎng)孔電流為待求變量,根據(jù)KVL對各網(wǎng)孔列寫出KVL約束方程而對電路進(jìn)行分析的方法稱為網(wǎng)孔電流法,簡稱網(wǎng)孔法。
            二. 網(wǎng)孔電流變量的完備性與獨(dú)立性
            網(wǎng)孔電流變量的完備性是指電路中所有的支路電流都可由網(wǎng)孔電流求得。設(shè)各支路電流的大小和參考方向如圖3-3-1中所示。若認(rèn)為各網(wǎng)孔電流已被求出,則可得各支路電流為:

            本文引用地址:http://www.biyoush.com/article/259024.htm

            圖3-3-1 網(wǎng)孔法可見網(wǎng)孔電流變量具有完備性。
            網(wǎng)孔電流變量的獨(dú)立性是指各網(wǎng)孔電流之間不受KCL約束,彼此獨(dú)立,不能互求。例如對于節(jié)點(diǎn)a,我們可列出方程:


            此式為一恒等式,即不管網(wǎng)孔電流i,i為何值都恒成立。對于其他節(jié)點(diǎn)也能得到類似結(jié)果,所以網(wǎng)孔電流變量具有獨(dú)立性。
            由于網(wǎng)孔電流變量具有完備性與獨(dú)立性,所以可作為電路分析的變量。
            三. 網(wǎng)孔KVL約束方程的列寫與求解
            在列寫網(wǎng)孔的KVL約束方程時,應(yīng)首先設(shè)定網(wǎng)孔電流的大小和參考方向。為了使所列方程有規(guī)律和容易寫出,一般設(shè)定網(wǎng)孔電流的參考方向都是均為順時針或均為逆時針,而且回路的循行方向就取為與網(wǎng)孔電流的參考方向一致。顯然,網(wǎng)孔電流的個數(shù)以及所列KVL約束方程的個數(shù),都一定是等于網(wǎng)孔數(shù)。例如對于圖3-3-1所示電路可列出如下方程:


            此方程稱為網(wǎng)孔電壓方程,簡稱網(wǎng)孔方程。解之即得各網(wǎng)孔電流i,iⅡ,iⅢ.
            在上式中,令R11=R1+R4+R5,R22=R2+R5+R6,R33=R3+R4+R6,它們分別為網(wǎng)孔,網(wǎng)孔,網(wǎng)孔的自電阻,恒為正值;令R12=R21=-R5,R13=R31=-R4,R23=R32=-R6;R12,R21均稱為網(wǎng)孔與網(wǎng)孔的互電阻。若設(shè)定網(wǎng)孔電流的參考方向均為同一方向(同為順時針方向或同為逆時針方向),則互電阻均為負(fù)值,式(3-3-2)中即屬此種情況;若設(shè)定網(wǎng)孔電流的參考方向不是均為同一方向(即有順時針方向,有的為反時針方向),則互電阻中有的為正值,有的則為負(fù)值(若流過負(fù)電阻的相鄰兩個網(wǎng)孔電流的方向相同,則互電阻前取+號,否則取-號)。令us11= us1-us4,us22=-us2,us33= us3+us4,它們分別為網(wǎng)孔,網(wǎng)孔,網(wǎng)孔的所有電源電壓升高的代數(shù)和。這樣式(3-3-2)即可寫為

            可見網(wǎng)孔方程的列寫是很有規(guī)律的。將上式寫成矩陣形式即為

            RiM=uM (3-3-5)

             

            稱為網(wǎng)孔電阻矩陣,為一對稱陣:

            稱為網(wǎng)孔電流列向亮:


            稱為網(wǎng)孔電壓源電壓列向量。式(3-3-4)或(3-3-5)即為矩陣形式的網(wǎng)孔方程。求解式(3-3-5)即得:

            iM= R‾¹uM (3-3-8)

            四.支路電流與支路電壓的求解
            將所求得的iⅠ,iⅡ,iⅢ代入式(3-3-1),即可求得各支路電流,進(jìn)一步又可根據(jù)支路的伏安關(guān)系求得各支路電壓為

            五.網(wǎng)孔法的一般步驟
            (1).畫出電路圖。
            (2).設(shè)定各網(wǎng)孔電流的大小和參考方向,其參考方向一般都取為同一方向,即同為順時針方向或同為逆時針方向。
            (3).對各網(wǎng)孔KVL約束方程,方程個數(shù)與網(wǎng)孔個數(shù)相等。
            (4).聯(lián)立求解KVL約束方程組,即可得各網(wǎng)孔電流。
            (5).設(shè)定各支路電流的大小和參考方向,根據(jù)所求得的網(wǎng)孔電流,即可求出各支路電流和各支路電壓,并進(jìn)一步求出支路功率。至此,求解工作即告完畢。
            例3-3-1 求圖3-3-2所示電路的各支路電流和支路電壓。

            圖3-3-2 例3-3-1的電路

            解:該電路的支路數(shù)b=6,網(wǎng)孔數(shù)l=3。設(shè)各網(wǎng)孔電流的大小和參考方向如圖中所示。于是可列出網(wǎng)孔的KVL方程為:

            寫成矩陣形式為


            解之得:iⅠ=0.99A,iⅡ=0.61A,iⅢ=0.34A
            設(shè)各支路電流的大小和參考方向如圖中所示,故得:
              i1=iⅠ=0.99A
              i2=iⅡ-iⅠ=-0.38A
              i3=iⅡ=0.61A
              i4=iⅢ=0.34A
              i5=iⅠ-iⅢ=0.65A
              i6=iⅡ-iⅢ=0.27A

            進(jìn)一步可求得各支路電壓為:
              uab=10i5=6.5V
              uad=
            -20i1+50=30.2V
              uac=
            50i4=17V
              ubd=
            -10i2+20=23.8V
              ucd=
            5i3+10=13.05V
              ubc=
            40i6=10.8V

            當(dāng)支路電流與支路電壓求得后,即可很容易地求得各支路的功率。例如支路bd吸收的功率為Pbd=ubd(-i2)=23.8×0.38=9.04W,支路ad發(fā)出的功率為:Pad=uadi1=30.2×0.99=29.9W.


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