第03章线性网络的一般分析方法优秀PPT.ppt
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1、第03章线性网络的一般分析方法现在学习的是第1页,共43页目的目的:找出:找出一般一般(对任何线性电路均适用对任何线性电路均适用)的求解线性网络的的求解线性网络的 系统方法系统方法。对象对象:含独立源、受控源的:含独立源、受控源的电阻网络电阻网络的直流稳态解。的直流稳态解。应用应用:主要用于复杂的线性电路的求解。:主要用于复杂的线性电路的求解。两类约束两类约束元件特性约束元件特性约束 (对电阻电路,即欧姆定律对电阻电路,即欧姆定律)拓扑结构约束拓扑结构约束KCL,KVL相互独立相互独立基础基础:支路电流(电压)法支路电流(电压)法回路电流法回路电流法节点电压法节点电压法割集分析法割集分析法线性
2、网络线性网络:由线性元件或独立源(属非线性)构成的电路。:由线性元件或独立源(属非线性)构成的电路。现在学习的是第2页,共43页3.1 支路电流法支路电流法(branch current method)n个节点、个节点、b条支路的电路条支路的电路:支路电流:支路电流:b个个 支路电压:支路电压:b个个 需需2b个独立的电路方程个独立的电路方程例:例:R1R2R3R4R5R6+i2i3i4i1i5i6uS1234b=6n=4独立方程数应为独立方程数应为2b=12个。个。支路电流法支路电流法:以各支路电流为未知量列写电路方程分析电路的方法。以各支路电流为未知量列写电路方程分析电路的方法。现在学习的
3、是第3页,共43页R1R2R3R4R5R6+i2i3i4i1i5i6uS1234(1)标定各支路电流、电压的参考方向标定各支路电流、电压的参考方向并列写各支路特性方程并列写各支路特性方程u1=R1i1,u2=R2i2,u3=R3i3,u4=R4i4,u5=R5i5,u6=uS+R6i6(1)(b=6,6个方程,关联参考方向个方程,关联参考方向)(2)对节点,根据对节点,根据KCL列方程列方程节点节点 1:i1+i2 i6=0节点节点 2:i2+i3+i4=0节点节点 3:i4 i5+i6=0节点节点 4:i1 i3+i5=0(2)独立独立KCL方程数为方程数为n1=41=3个个(设流出节点为正
4、,流入设流出节点为正,流入节点为负节点为负)现在学习的是第4页,共43页 对对有有n个个节节点点的的电电路路,就就有有n个个KCL方方程程,但但独独立立KCL方方程程数数最多为最多为(n1)个。个。一般情况:一般情况:独立节点:独立节点:与独立与独立KCL方程对应的节点。方程对应的节点。任选任选(n1)个节点即为独立节点。个节点即为独立节点。对上例,尚缺对上例,尚缺2b-b b-(-(n n-1)=-1)=b b-(-(n n-1)=6-(4-1)=3-1)=6-(4-1)=3个独立方程。个独立方程。可由可由KVLKVL,对回路列支路电压方程得到。对回路列支路电压方程得到。现在学习的是第5页,
5、共43页3R1R2R3R4R5R6+i2i3i4i1i5i6uS1234(3)选选定定图图示示的的3个个回回路路,由由KVL,列列写写关于支路电压的方程。关于支路电压的方程。回路回路1:u1+u2+u3=0回路回路2:u3+u4 u5=0回路回路3:u1+u5+u6=0(3)可以检验,式可以检验,式(3)的的3个方程是独立的,个方程是独立的,即所选的回路是独立的。即所选的回路是独立的。独立回路独立回路:独立:独立KVL方程所对应的回路。方程所对应的回路。12现在学习的是第6页,共43页 i1+i2 i6=0 i2+i3+i4=0 i4 i5+i6=0R1 i1+R2 i2+R3 i3=0R3
6、i3+R4 i4 R5 i5=0 R1 i1+R5 i5+R6 i6 uS=0KCLKVLR1R2R3R4R5R6+i2i3i4i1i5i6uS3123412综综 合合 式式(1)、(2)和和(3),便便 得得 到到 所所 需需 的的6+3+3=12=2b个个独独立立方方程程。将将式式(1)的的6个个支支路路VAR代代入入三三个个KVL方方程程,消消去去6个个支支路路电电压压,保保留留支支路路电电流流,便便得得到到关关于于支支路路电电流流的的方方程如下:程如下:现在学习的是第7页,共43页独立回路的选取:独立回路的选取:每每增增选选一一个个回回路路使使这这个个回回路路至至少少具具有有一一条条新
7、新支支路路。因因这这样样所所建建立立的的方方程程不不可可能能由由原原来来方方程程导导出出,所所以以,肯肯定定是是独独立立的的(充充分分条条件件)。可可以以证证明明:用用KVL只只能能列列出出b(n1)个独立回路电压方程。个独立回路电压方程。对对平面电路平面电路,b(n1)个网孔即是一组独立回路。个网孔即是一组独立回路。53241平面电路。平面电路。支路数支路数b=12节点数节点数n=8独立独立KCL数:数:n-1=7独立独立KVL数:数:b-(n-1)=5现在学习的是第8页,共43页平面电路平面电路:可以画在平面上:可以画在平面上,不出现支路交叉的电路。不出现支路交叉的电路。非平面电路非平面电
8、路:在平面上无论将电路怎样画,总有支路相:在平面上无论将电路怎样画,总有支路相互交叉。互交叉。是平面电路是平面电路 总有支路相互交叉总有支路相互交叉是非平面电路是非平面电路现在学习的是第9页,共43页支路法的一般步骤:支路法的一般步骤:(1)标定各支路电流、电压的参考方向;标定各支路电流、电压的参考方向;(2)选定选定(n1)个节点个节点,列写其,列写其KCL方程;方程;(3)选定选定b(n1)个独立回路,列写其个独立回路,列写其KVL方程;方程;(元件元件 特特性代入,将性代入,将KVL方程中支路电压用支路电流表示方程中支路电压用支路电流表示)(4)求解上述方程,得到求解上述方程,得到b个支
9、路电流;个支路电流;(5)其它分析。其它分析。注:注:在步骤(在步骤(3)中若消去支路电流,保留支路电压,得到关)中若消去支路电流,保留支路电压,得到关于支路电压的方程,就是于支路电压的方程,就是支路电压法支路电压法。现在学习的是第10页,共43页12例例1.节点节点a:I1I2+I3=0(1)n1=1个独立个独立KCL方程:方程:I1I3US1US2R1R2R3ba+I2US1=130V,US2=117V,R1=1,R2=0.6,R3=24.求各支路电流。求各支路电流。解解(2)b(n1)=2个独立个独立KVL方程:方程:R2I2+R3I3=US2 UR降降=US升升R1I1R2I2=US1
10、US20.6I2+24I3=117I10.6I2=130117=13现在学习的是第11页,共43页(3)联立求解得联立求解得I1=10 AI3=5 AI2=5 A现在学习的是第12页,共43页123例例2.列写如图电路的支路电流方程列写如图电路的支路电流方程(含理想电流源支路含理想电流源支路)。b=5,n=3KCL方程:方程:-i1-i2+i3=0 (1)-i3+i4-i5=0 (2)R1 i1-R2i2 =uS (3)R2 i2+R3i3+R4 i4=0 (4)-R4 i4+u=0 (5)i5=iS (6)KVL方程:方程:*理理想想电电流流源源的的处处理理:由由于于i5=iS,所所以以在在
11、选选择择独独立立回回路路时时,可可不不选选含此支路的回路。含此支路的回路。对对此此例例,可可不不选选回回路路3,即即去去掉掉方方程程(5),而只列,而只列(1)(4)及及(6)。i1i3uSiSR1R2R3ba+i2i5i4ucR4解解现在学习的是第13页,共43页解解列写下图所示含受控源电路的支路电流方程。列写下图所示含受控源电路的支路电流方程。1i1i3uS i1R1R2R3ba+i2i6i5uc24i4R4+R5 u2+u23方程列写分两步:方程列写分两步:(1)先先将将受受控控源源看看作作独独立立源源列列方方程;程;(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)中中
12、所所列列的的方方程程,消消去中间变量。去中间变量。KCL方程:方程:-i1-i2+i3+i4=0 (1)-i3-i4+i5 i6=0 (2)例例3.现在学习的是第14页,共43页1i1i3uS i1R1R2R3ba+i2i6i5uc24i4R4+R5 u2+u23KVL方程:方程:R1i1-R2i2=uS (3)R2i2+R3i3+R5i5=0 (4)R3i3-R4i4=u2 (5)R5i5=u (6)补充控制量方程:补充控制量方程:i6=i1 (7)u2=-R2i2 (8)注:可去掉方程注:可去掉方程(6)。现在学习的是第15页,共43页支路法的特点及不足:支路法的特点及不足:优点优点:直接
13、。直接针对各支路电压或电流列写方程:直接。直接针对各支路电压或电流列写方程能否找到一种方法,使方程数最少,且规律性较强?能否找到一种方法,使方程数最少,且规律性较强?答案是肯定的。回路(网孔)分析法、节点分析法以及答案是肯定的。回路(网孔)分析法、节点分析法以及割集分析法就具有这样的特点。它们选择一组最少的割集分析法就具有这样的特点。它们选择一组最少的独立独立完备完备的基本变量作为待求变量,使得方程数目最少。的基本变量作为待求变量,使得方程数目最少。缺缺点点:需需要要同同时时列列写写 KCL和和KVL方方程程,方方程程数数较较多多(等等于于支支路路数数b),且且规规律律性性不不强强(相相对对于
14、于后后面面的的方方法法)。各各支支路路电电流流(或或电电压压)并不独立,彼此线性相关。并不独立,彼此线性相关。独立独立:每个基本变量不能由其他基本变量表示出来。:每个基本变量不能由其他基本变量表示出来。完备完备:所选的基本变量数目足够多,足以将其它变量表示出来。:所选的基本变量数目足够多,足以将其它变量表示出来。现在学习的是第16页,共43页3.2 回路电流法回路电流法(loop current method)基本思想:基本思想:假想假想每个回路中有一个回路电流。每个回路中有一个回路电流。各支路电流可用回路电流线性组合表示。各支路电流可用回路电流线性组合表示。回回路路电电流流对对每每个个相相关
15、关节节点点均均流流进进一一次次,流流出出一一次次,所所以以KCL自自动满足动满足。回路电流法只需对独立回路列写。回路电流法只需对独立回路列写KVL方程。方程。i1i3uS1uS2R1R2R3ba+i2il1il2b=3,n=2。独独立立回回路路为为l=b-(n-1)=2。选选图图示示的的两两个个独独立立回回路路,回回路路电电流流分分别别为为il1、il2。支支路路电电流流i1=il1,i2=il2-il1,i3=il2。即即:一组独立回路的回路电流具有:一组独立回路的回路电流具有独立性独立性和和完备性完备性现在学习的是第17页,共43页回路电流法回路电流法:以回路电流为未知量列写电路方程分析电
16、路的方法。以回路电流为未知量列写电路方程分析电路的方法。i1i3uS1uS2R1R2R3ba+i2il1il2回回路路电电流流法法的的独独立立方方程程数数为为b-(n-1)。与与支支路路电电流流法法相相比比,方方程数可减少程数可减少n-1个个。回路回路1:R1 il1+R2(il1-il2)-uS1+uS2=0回路回路2:R2(il2-il1)+R3 il2-uS2=0整理得,整理得,(R1+R2)il1-R2il2=uS1-uS2-R2il1+(R2+R3)il2=uS2电压与回路绕行方向一致时取电压与回路绕行方向一致时取“+”;否则取;否则取“-”。现在学习的是第18页,共43页R11=R
17、1+R2 回路回路1的的自电阻自电阻。等于回路。等于回路1中所有电阻之和。中所有电阻之和。令令R22=R2+R3 回路回路2的的自电阻自电阻。等于回路。等于回路2中所有电阻之和。中所有电阻之和。自电阻总为正。自电阻总为正。R12=R21=R2 回路回路1、回路、回路2之间的之间的互电阻互电阻。当两个回路电流流过相关支路方向相同时,互电阻取正号;当两个回路电流流过相关支路方向相同时,互电阻取正号;否则为负号。否则为负号。us11=uS1-uS2 回路回路1中所有电压源中所有电压源电位升电位升的代数和。的代数和。us22=uS2 回路回路2中所有电压源中所有电压源电位升电位升的代数和。的代数和。当
18、当电电压压源源电电位位升升方方向向与与该该回回路路方方向向一一致致时时,取取正正号号;反反之之取取负负号。号。现在学习的是第19页,共43页R11il1+R12il2=uS11R12il1+R22il2=uS22标准形式的方程:标准形式的方程:一般情况下,对于具有一般情况下,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Rkk:自电阻自电阻(为正为正),k=1,2,l(绕行方向取参考方向绕行方向取参考方向)。Rjk:互电阻互电阻+:流过互阻两个回路电流方向相同流过互阻两个回路电流方向相同-:流过互阻两个回路电流方向相反流过互阻两个回路电流方向相反0:无关无关特例:不含受控
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