对具有个节点,条支路的电路,直接以条支路的电流为待求变量,依据、和支路伏安关系列写方程,从而对电路进行分析求解的方法,称之为支路电流法。
如图3.1电路,该电路具有的节点数,支路树,网孔数(内网孔),回路数为7。利用支路电流法需要列写出个方程。
图3.1支路电流法
分别对节点列写方程,有:
节点 (3.1)
节点 (3.2)
节点 (3.3)
由式(3.1)—(3.3)可以看出,这三个方程是相互独立的。若将这三个式子相加,则
即为节点的方程。对具有个节点的电路,其方程只有个独立方程。
应用列写回路方程,图3.1电路中具有7个回路,可以任选3个回路列写。为了方便期间,我们以3个网孔回路列写。
回路Ⅰ: (3.4)
回路Ⅱ: (3.5)
回路Ⅲ: (3.6)
显然,这三个方程式互相独立的,因为其中的任一个都不能从其余两个相加而得到。但若再对其余4个回路中的任一个,譬如外网孔(循行方向也取为顺时针)列约束方程,则有
显然,这个方程是不独立的。若将(3.4)—(3.6)相加即可得到此式。故得到结论:对平面电路列出约束方程,其独立方程的个数正好等于网孔的个数。我们把能列出独立约束方程的回路称为独立回路。平面电路中的网孔即为一组独立回路。
对式(3.1)—(3.6)联立求解,即可求得支路电流,再根据支路的伏安关系,进而可以求得支路电压。这就是支路电流法的解题思想。
支路电流法的步骤可归纳如下:
(1)画出电路图。
(2)设定各支路电流的大小和参考方向。
(3)选取个独立节点,列写出个KCL约束方程。
(4)选列写出个回路的约束方程(一般选网孔回路)。
(5)联立求解所列出的个独立方程,即得条支路电流。
(6)根据支路的伏安关系,即得条支路的电压。
(7)利用求得的支路电流和支路电压,可求得支路功率。
支路电流法也适用于含受控源的电路,这在写支路的伏安方程时对受控源的特点予以注意,并写出必要的辅助方程(将控制量用待求的支路电流变量表示)即可。
例3.1如图3.2所示电路,利用支路电流法列写出求解支路电流的独立方程组。
图3.2
解:该电路含有一个受控源,处理的原则是:受控源与独立源同样处理;将受控变量用待求的支路电流表示,作为辅助方程。
(1)设定各个支路电流的大小和参考方向。对节点列写方程为
(2)列写回路的方程。本题选网孔回路,其参考方向如图示。有
(3)列写辅助方程
联立求解以上4式,即可求得各支路电流。