设电路有n个节点b条支路,直接以b个支路电流作为待求变量,根据KCL,KVL,对(n-1)个独立节点列写KCL方程,对[b-(n-1)]个独立回路列写KVL方程,然后联立求解的方法,称为支路电流法(Branch Current Analysis)。下面以图2-25电路为例加以说明。
图2-25 支路电流分析法
首先指定图2-25电路中各支路的电压和电流以及它们的参考方向,对于节点1,根据KCL可得独立电流方程为
由于只有一个独立节点,所以只有一个独立的KCL方程。
对于左右两个网孔,应用KVL有
根据元件的伏安关系:u1=R1i1,u2=R2i2,u3=R3i3,代入式(2-35),消去支路电压有
图2-25电路中有3条支路,有3个支路电流变量,联立式(2-33)和式(2-35)3个方程组即可求出3个支路电流。对于式(2-35)中的KVL可归纳为
式中,Rkik是回路中第k个支路中电阻的电压,当ik的参考方向与回路绕行方向一致时,该项在和式中取“+”号;不一致时取“-”号;式中usk是回路中第k个支路的电源电压,该电源电压包括电压源的激励电压和电流源引起的电压。在取代数和时,当usk极性与回路绕行方向一致时前取“-”号,当usk与回路绕行方向不一致时前取“+”号。
假设图2-25电路中R1=1Ω,R2=2Ω,R3=1Ω,=5V,=10V,由方程式(2-34)和式(2-36)可得
解上述方程组得
i1=1A, i2=-3A, i3=4A
与例2-4中用电源等效变换方法求得的结果一致。(www.daowen.com)
例2-8 用支路电流法求图2-26所示电路中电流i5。
解 电路中有4个节点,6条支路,独立回路数为6-4+1=3。设各支路电流及参考方向如图中所示,3个独立回路的绕行方向均沿顺时针方向,由KCL列方程得
节点a i1+i2+i6=0
节点b -i2+i3+i4=0
节点c -i4+i5-i6=0
由KVL列方程
2i6-8i4-10i2=-40
-10i1+10i2+4i3=-20
-4i3+8i4+8i5=20
联立上述6个方程组,求得电流i5=-0.956A,负号说明,电流的实际方向与参考方向相反。
由上述讨论可知,用支路电流法分析电路,关键是列写支路的电流方程,而列写支路电流方程的步骤如下
(1)选定各支路电流及参考方向;
(2)根据KCL,对(n-1)个独立节点列写(n-1)个KCL方程;
(3)选取(b-n+1)个独立回路,指定各独立回路绕行方向,应用KVL,并结合元件的VAR,对独立回路列写以支路电流为变量的方程;
(4)联立解方程组,求得各支路电流,进而求各支路电压和功率。
图2-26 例2-8图
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