支路电流法适用于含有独立电压源与电阻的电路。当电路中含有独立电流源时,包含两种情况:一是独立电流源与电阻的并联;二是只有独立电流源。
当独立电流源与电阻并联时,首先利用电源的等效变换将其转换为独立电压源与电阻的串联,然后利用支路电流法的解题方法与步骤进行求解。
当电路中只含有独立电流源时,由于独立电流源的端电压是由外电路与其电流共同决定的,在列写KVL 方程时其端电压无法表示,因此需要做特殊处理。方法有如下两种。
方法一:
设独立电流源两端电压,把独立电流源当作电压源来列写方程,由于多了独立电流源电压这一未知数,因此需要增补方程。增补方程的原则是利用已知条件的同时不再增加未知数,因此补充独立电流源的电流与支路电流之间的关系方程,令独立电流源所在支路电流等于独立电流源的电流即可。
方法二:
在选取回路列KVL 方程时,避开独立电流源所在的支路,同时把独立电流源所在支路的电流作为已知条件。
【例2-2】 利用支路电流法计算如图2-3(a)所示电路的电压u。
图2-3 例2-2 电路
解:在图2-3(a)所示电路中,包含了3 A 独立电流源与4 Ω 电阻的并联,通过电源等效变换为独立电压源与电阻的串联,独立电压源为3 A×4 Ω=12 V,串联的电阻为4 Ω,等效电路如图2-3(b)所示。根据支路电流法进行分析。
在图2-3(b)电路中,标示出各个支路的支路电流i1、i2、i3。该电路共有两个结点,任选其中一个结点列写KCL 方程,即
选取两个网孔列写KVL 方程,其回路绕行方向如图2-3(b)所示。
网孔Ⅰ:4i1+6i1+2i2-12=0
网孔Ⅱ:10+5i3-2i2=0
联立KCL 方程和KVL 方程,求解可得
【例2-3】 利用支路电流法求解如图2-4(a)所示电路的支路电流。
图2-4 例2-3 电路
解:图2-4(a)电路中含有独立电流源,故可以利用如下两种方法进行求解。(www.daowen.com)
方法一:
设电流源两端电压,并将电流源看作电压源。
(1)对结点a 列KCL 方程,即
(2)设电流源两端电压为u,参考方向如图2-4(b)所示,选两个网孔为独立回路,列写KVL 方程。
回路Ⅰ:5i2+10i1-20=0
回路Ⅱ:u+2i3-5i2=0
(3)由于多出一个未知量u ,因此需要增补一个独立电流源电流与支路电流之间的关系方程,独立电流源所在支路电流等于该独立电流源电流。补充方程为
联立以上方程,求解可得各支路电流为
方法二:
列写KCL 方程,且在列写KVL 方程时避开独立电流源所在的支路。由于独立电流源所在支路的支路电流等于独立电流源电流,因此该支路电流可以作为已知条件,即
两个支路电流未知,因此只需列写两个方程。
(1)对结点a 列写KCL 方程,即
(2)避开独立电流源支路取回路,选左边的网孔,绕行方向如图2-4(c)所示,列写KVL 方程为
联立方程求各支路电流得
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