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[導(dǎo)讀]一. 定義 由人們主觀設(shè)想的在網(wǎng)孔中流動(dòng)的電流稱為網(wǎng)孔電流,如圖3-3-1中的iⅠ,iⅡ,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(duì)各網(wǎng)

一. 定義
由人們主觀設(shè)想的在網(wǎng)孔中流動(dòng)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(duì)各網(wǎng)孔列寫出KVL約束方程而對(duì)電路進(jìn)行分析的方法稱為網(wǎng)孔電流法,簡(jiǎn)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:

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(duì)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iⅠ,iⅡ?yàn)楹沃刀己愠闪?。?duì)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(shí),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(shí)針或均為逆時(shí)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(gè)數(shù)以及所列KVL約束方程的個(gè)數(shù),都一定是等于網(wǎng)孔數(shù)。例如對(duì)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(jiǎn)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Ⅰ,網(wǎng)孔Ⅱ,網(wǎng)孔Ⅲ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Ⅱ與網(wǎng)孔Ⅲ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(shí)針方向或同為逆時(shí)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(shí)針方向,有的為反時(shí)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(gè)網(wǎng)孔電流的方向相同,則互電阻前取"+"號(hào),否則取"-"號(hào))。令us11= us1-us4,us22=-us2,us33= us3+us4,它們分別為網(wǎng)孔Ⅰ,網(wǎng)孔Ⅱ,網(wǎng)孔Ⅲ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

或 RiM=uM(3-3-5)

 

稱為網(wǎng)孔電阻矩陣,為一對(duì)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(shí)針方向或同為逆時(shí)針方向。
(3).對(duì)各網(wǎng)孔KVL約束方程,方程個(gè)數(shù)與網(wǎng)孔個(gè)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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