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第3章网孔分析法和节点分析法新


完备性 独立性
可以求出所有支路电流,或者说所有支路电流 是网孔电流的线性组合。
i1 _ +
i3
i4
ia
i6
+
ic +_ i2 b_ i5支路电流
i1 = ia i2 = ib i3 = ic i4 = ia- ic i5 = ib- ic i6 = ia- ib
网孔电流在独立回路中是闭合的,对每个相关节点均流 进一次,流出一次,自动满足KCL。以网孔电流为未知量 列方程来求解电路,只需对独立回路列写KVL方程。
本章介绍利用独立电流或独立电压作变量来建立电路 方程的分析方法,可以进一步减少联立求解方程的数目, 适合于求解稍微复杂一点的线性电阻电路,是“笔”算 求解线性电阻电路最常用的分析方法。
§3.1 网孔电流法 (mesh current method)
如用支路电流法分析电路,独立方程数为支路个数,电
路方程数较多。 电路的网孔数必定小于支路个数,应用网
网孔① -uS1+i1R1+i5R5+uS4+i4R4 = 0
网孔② 网孔③
i2R2+ uS2-i6R6-i5R5 = 0 i6R6-uS3+i3R3-i4R4-uS4 = 0
把支路电流方程代入KVL方程─→网孔方程
整理可得:
(R1+R4+R5) ia-R5 ib-R4 ic= uS1-uS4 -R5 ia + (R2+R5+R6) ib-R6 ic=-uS2 -R4 ia-R6 ib+ (R3+R4+R6) ic = uS3+ uS4
孔分析法可以减少电路方程数。
1. 网孔电流
设想在每个网孔内存在一假 想的电流沿着构成该网孔的各支 路循环流动,称此假想的电流为 网孔电流。
图示电路中ia、ib、ic为网孔电 流。它是一组能确定全部支路电 流的独立电流变量。
i1 _ +
i3
i4
ia
i6
+
ic +
_ i2 ib
_ i5
2. 网孔电流具有以下令人感兴趣的特点
i1 R1
R2 i2
+
ia R5
ib
R4
R6
_us2
_ us4 + ic
i3 R3
+ us3 _
Rkj ( k j ) 称为网孔k与网孔 j 的互电阻,它们是两网
孔公共电阻。当两网孔电流以相同方向流过公共电阻时取
正号,当两网孔电流以相反方向流过公共电阻时取负号。
例: R12= R21=-R5 ; R13= R31=-R4 ; R23= R32=-R6 。
规则:
R11 R12
R21
R22
Rn1
Rn2
R1n i1 us11
R2n
i2
us
22
Rnn
in
usnn
其中: (1) Rij : i =j 时,(对角线元素)自电阻,即i 网孔 内所有电阻之和;
(2) Rij : i≠j 时,(非对角线元素)互电阻,即i网 孔与j 网孔共有电阻之和;(两网孔电流方向一致时 取“+”,方向不一致时取“-”)
第3章 网孔分析法和节点分析法
重点
★★★
熟练掌握电路方程的列写方法和计算 网孔分析法 节点分析法
引言
第一章介绍的2b法,支路电流法和支路电压法可以 解决任何线性电阻电路的分析问题。缺点是需要联立求 解的方程数目太多,给“笔”算求解带来困难。
在第二章讨论了利用网络等效进行电阻电路分析,不 用求解联立方程,就可以求得电路中的某些电压电流。
(3) uskk,k 网孔内所有电压源之代数和,电压升取 “+”,电压降取“-” ;
例. 已知R1=5 ; R2=10 ; R3=20 ,求各支路电流。
(1)给网孔电流选取 参考方向(刚开始都 用顺时针或逆时针, 标出方向)
(2) 求矩阵元 R11=R1+R3=25
R12=R21=-20
不含受控源的线性网络 Rjk=Rkj ,系数矩阵为对称矩阵。
+ R11 R12 R13 ia uS11 u_s1 R21 R22 R23 ib uS22 R31 R32 R33 ic uS33
i1 R1
R2 i2
+
ia R5
ib
R4
R6
_us2
_ us4 + ic
+ u_s1
ia R5 R4
ib R6
+ _us2
R33= R3+ R4+ R6 。
_ us4 + ic
i3 R3
+ us3 _
+ R11 R12 R13 ia uS11 u_s1 R21 R22 R23 ib uS22 R31 R32 R33 ic uS33
i3 R3
+ us3 _
uSkk为K网孔中全部电压源电压升的代数和。网孔电流从 电压源正端流出取正号;反之则取负号。
例如: uS11= uS1 -uS4 , uS22 =-uS2 , uS33 = uS4 + uS3 。
网孔方程的矩阵系数定义后,只需用观察法根据电路的连 接形式直接列写方程。一般情况方程的矩阵形式只适用于电 路中只含有独立电压源和线性电阻的平面电路。
R22=R2+R3=30
US11=20V
US22=-10V
i1 R1
+
20V
_
ia R3
R2 i2
+
ib
10V
_
(3) 列方程
25 20
20 30
3. 列写网孔方程
选取网孔电流参考方向
支路电流方程:
i1 = ia i2 = ib i3 = ic i4 = ia- ic i5 = ia- ib i6 = ic- ib
列写KVL方程:
i1 R1
R2 i2
+ u_s1
i5 ia R5
ib
R4
R6
+ _us2
i4
_ us4 + ic
i6
i3 R3
+ us3 _
将网孔方程写成一般形式: +
R11 ia + R12 ib +R13 ic= uS11 u_s1 R21 ia + R22 ib +R23 ic= uS22
R31 ia + R32 ib +R33 ic= uS33
i1 R1
R2 i2
+
ia R5
ib
R4
R6
_us2
_ us4 + ic
i3 R3
+ us3 _
网孔方程的 矩阵形式:
R11 R12 R13 ia uS11 R21 R22 R23 ib uS 22 R31 R32 R33 ic uS 33
其中:
RKK称为网孔K的自电阻,它们分别是各网孔内全部
电阻的总和,恒为正号。
i1 R1
R2 i2
例如
R11= R1+ R4+ R5 , R22= R2 + R5+ R6 ,
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