第03章 电阻电路的一般分析.ppt
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1、第第3 3章章 电阻电路的一般分析电阻电路的一般分析l重点重点 熟练掌握电路方程的列写方法:熟练掌握电路方程的列写方法:支路电流法支路电流法 回路电流法回路电流法 节点电压法节点电压法l 线性电路的一般分析方法线性电路的一般分析方法 (1)普遍性:对任何线性电路都适用。普遍性:对任何线性电路都适用。复杂电路的一般分析法就是根据复杂电路的一般分析法就是根据KCL、KVL及元件伏安及元件伏安关系列方程、解方程。根据列方程时所选变量的不同可分为关系列方程、解方程。根据列方程时所选变量的不同可分为支路电流法、回路电流法和节点电压法。支路电流法、回路电流法和节点电压法。(2)元件的电压、电流约束特性。元
2、件的电压、电流约束特性。(1)电路的连接关系电路的连接关系KCL,KVL定律。定律。l 方法的基础方法的基础(2)系统性:计算方法有规律可循。系统性:计算方法有规律可循。l 网络图论网络图论BDACDCBA3.1 电路的图电路的图1.1.电路的图电路的图R4R1R3R2R5uS+_i抛开元抛开元件性质件性质一个元件作一个元件作为一条支路为一条支路元件的串联及并联元件的串联及并联组合作为一条支路组合作为一条支路65432178543216有向图有向图(1)(1)图图(Graph)G=支路,节点支路,节点从图从图G G的一个节点出发沿着一些支路连续的一个节点出发沿着一些支路连续移动到达另一节点所经
3、过的支路构成路经。移动到达另一节点所经过的支路构成路经。(2)(2)路径路径 (3 3)连通图)连通图图图G G的任意两节点间至少有一条路经的任意两节点间至少有一条路经时称为连通图,非连通图至少存在两时称为连通图,非连通图至少存在两个分离部分。个分离部分。(3)(3)子图子图 若图若图G1中所有支路和结点都是图中所有支路和结点都是图G中中的支路和结点,则称的支路和结点,则称G1是是G的子图。的子图。(4)树树(Tree)树树T T是连通图的一个子图满足下列条件:是连通图的一个子图满足下列条件:(1)(1)连通连通(2)(2)包含所有节点包含所有节点(3)(3)不含闭合路径不含闭合路径 树支:构
4、成树的支路树支:构成树的支路 连支:属于连支:属于G而不属于而不属于T的支路的支路2 2)树支的数目)树支的数目b bt t:对于一个具有对于一个具有n个结点的连通个结点的连通图,它的任何一个树的树支数必为图,它的任何一个树的树支数必为(n-1)个个.3)连支数连支数目目bl:对于一个具有对于一个具有n个结点个结点b条支路的连条支路的连通图,它的任何一个树的连支数必为通图,它的任何一个树的连支数必为(b-n+1)个。个。不不是是树树树树特点特点1)一个图对应有很多的树)一个图对应有很多的树例例:求图的树求图的树12345867135865867245735862586(5)回路回路(Loop)
5、(树加上一个连树加上一个连支组成一个回路)支组成一个回路)L L是连通图的一个子图,构成一条闭合是连通图的一个子图,构成一条闭合路径,并满足:路径,并满足:(a)(a)连通连通 (b)(b)每个节每个节点关联点关联2 2条支路条支路12345678253124578不是不是回路回路回路回路2 2)基本回路的数目是一定的,为连支数)基本回路的数目是一定的,为连支数.特点特点1)对应一个图有很多的回路)对应一个图有很多的回路.3 3)对于平面电路,网孔数为基本回路数)对于平面电路,网孔数为基本回路数.基本回路基本回路(单连支回路单连支回路)12345651231236支路数树枝数连支数支路数树枝数
6、连支数结点数结点数1基本回路数基本回路数结论结论结点、支路和结点、支路和基本回路关系基本回路关系基本回路具有独占的一条连枝基本回路具有独占的一条连枝例例87654321图示为电路的图,画出三种可能的树及其对应的基图示为电路的图,画出三种可能的树及其对应的基本回路。本回路。876586438243l 割集割集Q(Cut set)Q是连通图是连通图G中支路的集合,具有下述性质:中支路的集合,具有下述性质:(1)(1)把把Q中全部支路移去,图分成二个分离部分。中全部支路移去,图分成二个分离部分。(2)(2)任意放回任意放回Q 中一条支路,仍构成连通图。中一条支路,仍构成连通图。87654321987
7、6543219割集:割集:(1 9 6)()(2 8 9)()(3 6 8)()(4 6 7)()(5 7 8)(3 6 5 8 7)()(3 6 2 8)是割集吗?是割集吗?基本割集基本割集只含有一个树枝的割集。割集数只含有一个树枝的割集。割集数n-1连支集合不能构成割集连支集合不能构成割集3.2 KCL和和KVL的独立方程数的独立方程数1.1.KCL的独立方程数的独立方程数654321432114324123 0 结论结论n个结点的电路个结点的电路,独立的独立的KCL方程为方程为n-1个。个。2.2.KVL的独立方程数的独立方程数KVL的独立方程数的独立方程数=基本回路数基本回路数=b(n
8、1)结结论论n个结点、个结点、b条支路的电路条支路的电路,独立的独立的KCL和和KVL方程数为:方程数为:3.3 3.3 支路电流法支路电流法 (branch current method)(branch current method)对于有对于有n n个节点、个节点、b b条支路的电路,要求解支路电条支路的电路,要求解支路电流流,未知量共有未知量共有b b个。只要列出个。只要列出b b个独立的电路方程,便个独立的电路方程,便可以求解这可以求解这b b个变量。个变量。以各支路电流为未知量列写电路方以各支路电流为未知量列写电路方程分析电路的方法。程分析电路的方法。1 1.支路电流支路电流法法2
9、2.独立方程的列写独立方程的列写(1)从电路的)从电路的n个结点中任意选择个结点中任意选择n-1个结点列写个结点列写KCL方程方程(2)选择基本回路列写)选择基本回路列写b-(n-1)个个KVL方程方程R1R2R3R4R5R6+i2i3i4i1i5i6uS1234例例132有有6个支路电流,需列写个支路电流,需列写6个方程。个方程。KCL方程方程:取网孔为基本回路,沿顺时取网孔为基本回路,沿顺时针方向绕行列针方向绕行列KVL写方程写方程:结合元件特性消去支路电压得:结合元件特性消去支路电压得:回路回路1回路回路2回路回路3123支路电流法的一般步骤:支路电流法的一般步骤:(1)(1)标定各支路
10、电流(电压)的参考方向;标定各支路电流(电压)的参考方向;(2)(2)选定选定(n n1)1)个节点个节点,列写其列写其KCL方程;方程;(3)(3)选定选定b b(n n1)1)个独立回路,列写其个独立回路,列写其KVL方程;方程;(元件特性代入元件特性代入)(4)(4)求解上述方程,得到求解上述方程,得到b b个支路电流;个支路电流;(5)(5)进一步计算支路电压和进行其它分析。进一步计算支路电压和进行其它分析。支路电流法的特点:支路电流法的特点:支支路路法法列列写写的的是是 KCL和和KVL方方程程,所所以以方方程程列列写写方方便便、直直观观,但但方方程程数数较较多多,宜宜于于在在支支路
11、路数数不不多多的的情况下使用。情况下使用。例例1.节点节点a:I1I2+I3=0(1)n1=1个个KCL方程:方程:求各支路电流及电压源各自发出的功率。求各支路电流及电压源各自发出的功率。解解(2)b(n1)=2个个KVL方程:方程:11I2+7I3=6 U=US7I111I2=70-6=641270V6V7 ba+I1I3I27 11 例例2.节点节点a:I1I2+I3=0(1)n1=1个个KCL方程:方程:列写支路电流方程列写支路电流方程.(电路中含有理想电流源)电路中含有理想电流源)解解1.(2)b(n1)=2个个KVL方程:方程:11I2+7I3=U7I111I2=70-Ua1270V
12、6A7 b+I1I3I27 11 增补方程:增补方程:I2=6A+U_ _1解解2.70V6A7 b+I1I3I27 11 a由于由于I2已知,故只列写两个方程已知,故只列写两个方程节点节点a:I1+I3=6避开电流源支路取回路:避开电流源支路取回路:7I17I3=70例例3.节点节点a:I1I2+I3=0列写支路电流方程列写支路电流方程.(电路中含有受控源)电路中含有受控源)解解11I2+7I3=5U7I111I2=70-5U增补方程:增补方程:U=7I3a1270V7 b+I1I3I27 11+5U_ _+U_有受控源的电路,方程列写分两步:有受控源的电路,方程列写分两步:(1)(1)先将
13、受控源看作独立源列方程;先将受控源看作独立源列方程;(2)(2)将将控控制制量量用用未未知知量量表表示示,并并代代入入(1)(1)中中所所列列的的方程,消去中间变量。方程,消去中间变量。ab例例求求:Rab解解1连接等电位点连接等电位点对称线对称线ab解解2断开中点。断开中点。解解3确定电流分布。确定电流分布。ii/2i1i23.4 3.4 回路电流法回路电流法 (loop current method)(loop current method)l基本思想基本思想为减少未知量为减少未知量(方程方程)的个数,假想每个回路中有的个数,假想每个回路中有一个回路电流。各支路电流可由回路电流求解。一个回
14、路电流。各支路电流可由回路电流求解。如图:如图:两个独立回路电流两个独立回路电流il1,il2,支路电流可表,支路电流可表示为:示为:1.1.回路电流法回路电流法以基本回路中的回路电流为未知量以基本回路中的回路电流为未知量列写电路方程分析电路的方法。当列写电路方程分析电路的方法。当取网孔电流为未知量时,称网孔法。取网孔电流为未知量时,称网孔法。i1i3uS1uS2R1R2R3ba+i2il1il2沿着回路边沿流动的电沿着回路边沿流动的电流称回路电流,是假想流称回路电流,是假想的,不存在的电流。的,不存在的电流。与与支支路路电电流流法法相相比比,方程数减少方程数减少n-1个。个。回路回路1:R1
15、 il1+R2(il1-il2)-uS1+uS2=0回回路路2:R2(il2-il1)+R3 il2-uS2=0整理得:整理得:(R1+R2)il1-R2il2=uS1-uS2-R2il1+(R2+R3)il2=uS22 2.方程的列方程的列写写绕行方向绕行方向和和回路电流方向回路电流方向取为取为一致一致i1i3uS1uS2R1R2R3ba+i2il1il2电阻压降电阻压降电源电压升电源电压升R11=R1+R2 回路回路1 1的的自阻自阻。等于回路。等于回路1 1中所有电阻之和。中所有电阻之和。观察可以看出如下规律:观察可以看出如下规律:R22=R2+R3 回路回路2 2的自阻。等于回路的自阻
16、。等于回路2 2中所有电阻之和。中所有电阻之和。自阻总为正自阻总为正。R12=R21=R2 回路回路1 1、回路、回路2 2之间的之间的互阻互阻。当两个回路电流流过公共支路方向相同时,互阻为正当两个回路电流流过公共支路方向相同时,互阻为正号;否则为负号。号;否则为负号。u11=uS1-uS2 回路回路1 1中所有电压源中所有电压源电压升电压升的代数和。的代数和。u22=uS2 回路回路2 2中所有电压源中所有电压源电压电压升升的代数和。的代数和。当当电电压压源源电电压压方方向向与与该该回回路路方方向向一一致致时时,取取负负号号;反反之之取正号。取正号。R11il1+R12il2=uS11R12
17、il1+R22il2=uS22由此得标准形式的方程:由此得标准形式的方程:对于具有对于具有 l=b-(n-1)个回路的电路,有个回路的电路,有:其中其中:Rjk:互阻互阻+:流过流过公共电阻公共电阻两个回路电流方向相同;两个回路电流方向相同;-:流过公共电阻两个回路电流方向相反;流过公共电阻两个回路电流方向相反;0:没有公共电阻。没有公共电阻。R11il1+R12il1+R1l ill=uS11 R21il1+R22il1+R2l ill=uS22Rl1il1+Rl2il1+Rll ill=uSllRkk:自阻自阻(为正为正)例例1.用回路电流法求解电流用回路电流法求解电流 i.解解1独立回路
18、有三个,选网孔为独立回路:独立回路有三个,选网孔为独立回路:i1i3i2(1 1)不含受控源的线性网络)不含受控源的线性网络 Rjk=Rkj,系数矩阵为对称阵。系数矩阵为对称阵。(2 2)当网孔电流均取顺(或逆时)当网孔电流均取顺(或逆时 针方向时,针方向时,Rjk均为负。均为负。表明表明RSR5R4R3R1R2US+_iRSR5R4R3R1R2US+_i解解2只让一个回路电流经过只让一个回路电流经过R5支路支路i1i3i2特点特点(1)减少计算量)减少计算量(2)互有电阻的识别难度加)互有电阻的识别难度加大,易遗漏互有电阻大,易遗漏互有电阻回路法的一般步骤:回路法的一般步骤:(1)(1)选定
19、选定l=b-(n-1)个独立回路,并确定其绕行方向;个独立回路,并确定其绕行方向;(2)(2)对对l 个独立回路,以回路电流为未知量,列写其个独立回路,以回路电流为未知量,列写其KVL方程;方程;(3)(3)求解上述方程,得到求解上述方程,得到l 个回路电流;个回路电流;(5)(5)其它分析。其它分析。(4)(4)求各支路电流求各支路电流(用回路电流表示用回路电流表示);3.3.理想电流源支路的处理理想电流源支路的处理l 方法方法1 1:引入电流源电压,增加回路电流和电流源电流的关系:引入电流源电压,增加回路电流和电流源电流的关系方程。方程。例例2RSR4R3R1R2US+_iSU_+i1i3
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- 第03章 电阻电路的一般分析 03 电阻 电路 一般 分析
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