1.9 支路电流法 上节课我们给大家讲了基尔霍夫定律,有了这个基础,再结合我们以前学过的欧姆定律和电阻串并联的特点,复杂电路基本上就可以求解了。当然求解复杂电路的方法很多,我们本节只给大家介绍一种最基本的方法——支路电流法。
支路电流法:以支路电流为未知量、应用基尔霍夫 定律(KCL、KVL)列方程组求解。 b a + - E2 R2 R3 R1 E1 I1 I3 I2 若用支路电流法求各支路电流应列出三个方程:
支路电流法的解题步骤: 1.首先找出复杂电路的支路数b、节点数n和网孔数 。假定各支路电流的参考方向和个网孔的绕行方向 b a + - E2 R2 R3 R1 E1 I1 I3 I2 3 1 2 对上图电路 支路数: b=3 结点数:n =2 回路数 = 3 单孔回路(网孔)=2
支路电流法的解题步骤: 2.根据基尔霍夫电流定律对结点列出 ( n-1 )个独立的结点电流方程。 b a + - E2 R2 R3 R1 I1 I3 I2 3 1 2 对结点 a: I1+I2–I3=0 注意:该复杂电路有两个节点,为什么只列一个节点电流方程呢? 对节点b: -I1–I2+I3=0
支路电流法的解题步骤: 对网孔1: I1 R1 +I3 R3=E1 b a + - E2 R2 R3 R1 E1 I1 I3 I2 3 1 3. 根据基尔霍夫电压定律对回路列出 b-( n-1 ) 个独立的回路电压方程(通常可取网孔列出,网孔是独立回路) 。 对网孔1: I1 R1 +I3 R3=E1 b a + - E2 R2 R3 R1 E1 I1 I3 I2 3 1 2 对网孔2: – I2 R2 – I3 R3= – E2 注意:该复杂电路有三个回路,为 什么只列两个回路电压方程呢? 对回路3: I1 R1 –I2 R2=E1 – E2
4. 代入已知数,解联立方程组。(用带入消元法较简单) 支路电流法的解题步骤: 4. 代入已知数,解联立方程组。(用带入消元法较简单) 对结点 a: I1+I2–I3=0 对网孔1: 对网孔2: I1 R1 +I3 R3=E1 I2 R2+I3 R3=E2
注意事项: ①电路中的电流参考方向、网孔绕行方向可任意假定。但一经选定,在解题过程中就不允许再更改了。 ②解题前假定各支路电流的参考方向,解出后若电流值为正,说明支路电流的实际方向与参考方向相同,若解出的电流值为负,则说明支路电流的实际方向与参考方向相反。 ③电流的参考方向和网孔的绕行方向选择不同,其方程就不同。但最后电流的实际大小和方向是一样的,只是正负号不同而已。
例: a d b c E – G R3 R4 R1 R2 I2 I4 IG I1 I3 I (1) 应用KCL列(n-1)个结点电流方程 + G R3 R4 R1 R2 I2 I4 IG I1 I3 I (1) 应用KCL列(n-1)个结点电流方程 对结点 a: I1 – I2 –IG = 0 对结点 b: I3 – I4 +IG = 0 RG 对结点 c: I2 + I4 – I = 0 (2) 应用KVL选网孔列b-(n-1)个回路电压方程 对网孔abda:IG RG – I3 R3 +I1 R1 = 0 对网孔acba:I2 R2 – I4 R4 – IG RG = 0 对网孔bcdb:I4 R4 + I3 R3 = E 试求检流计中的电流IG。 (3) 联立解出 IG 支路电流法是电路分析中最基本的方法之一,但当支路数较多时,所需方程的个数较多,求解不方便。后面我们将要给大家介绍网孔电流法,节点电压法,叠加原理,戴维南定理等许多方法,供我们正确选用。 因支路数 b=6, 所以要列6个方程。
作业: P24 1.26