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3.2 网孔法

主观假想的在网孔回路中流动的电流称之为网孔电流。以网孔电流作为待求变量,根据和支路伏安关系列写电路方程,从而对电路进行分析的方法,称之为网孔回路法或网孔电流法,简称网孔法。

图3.3网孔法

如图3.3,网孔电流用表示,其参考方向均是任意设定的。

设各支路电流的大小和参考方向如图3.3中所示。若认为各网孔电流已被求出,则可得各支路电流为

   (3.7)

可见,只要求出网孔电流,就可以求得支路电流。

对于节点,其方程

即                       

此式为一恒等式。对于其它节点也能得到类似结果。说明各网孔电流之间不受约束,彼此独立,不能互求。

列写网孔的方程。为了使所列方程有规律和容易写出,一般设定网孔电流的参考方向都是均为顺时针或均为反时针,而且回路的绕行方向就取为与网孔电流的参考方向一致。显然,网孔电流的个数以及所列约束方程的个数,都一定是等于网孔数。

   (3.8)

此方程组称为网孔电压方程组,简称网孔方程。解之即得各网孔电流

在式(3.8)中,令,它们分别为网孔Ⅰ、网孔Ⅱ、网孔Ⅲ的自电阻,恒为正值;令

均称为网孔Ⅰ与网孔Ⅱ的互电阻,均称网孔Ⅰ与网孔Ⅲ的互电阻,均称网孔Ⅱ与网孔Ⅲ的互电阻。若设定网孔电流的参考方向均为同一方向(同为顺时针方向或同为反时针方向),则互电阻均为负值。

,它们分别为网孔Ⅰ、网孔Ⅱ、网孔Ⅲ的所有电源电压升高的代数和。这样式(3.8)即可写为

   (3.9)

可见网孔方程的列写是很有规律的。

由式(3.9)可求出网孔电流,再根据式(3.7)求出支路电流,用支路的伏安关系就可以求出支路电压了。这就是网孔分析法。

网孔法的一般步骤:

(1)画出电路图。

(2)设定各网孔电流的大小和参考方向。其参考方向一般都取为同一方向,即同为顺时针方向或同为反时针方向。

(3)对各网孔列写约束方程,方程个数与网孔个数相等。

(4)联立求解约束方程组,即可得各网孔电流。

(5)设定各支路电流的大小和参考方向,根据所求得的网孔电流,即可求出各支路电流和各支路电压,并进一步求出支路功率。

网孔法的物理意义是反映了在各电压源的共同作用下,沿网孔电流的方向,各元件电压降的代数和等于沿该方向回路电压源电压升的代数和。对于线性时不变平面电路,网孔方程中各项物理意义明确,规律性强,数目较少,求解速度快,因此也是较为广泛使用的一种方法。

网孔法的理论依据是,如果某条支路含有理想电流源,一般有3种处理方法:

(1)若电路仅含有理想电流源与电阻并联的支路,则可进行电源等效变换,使之变换为实际的电压源模型;

(2)可选适当的回路,使该理想电流源称为一个已知的网孔电流,再列写其余网孔的网孔方程;

(3)设理想电流源两端电压,将此电压暂当做电压源电压一样列写网孔的回路方程,然后利用理想电流源与相应网孔电流的关系补充方程,从而求得待求量。

如果电路含有受控源,则与独立源同样处理,将控制变量用待求的网孔电流表示,作为辅助方程。

    1. 如图3.4所示电路。试用网孔法求

图3.4

解法1:

进行电源等效变换,将理想电流源与电阻的并联变换为一个实际的电压源,如图3.5所示

图3.5

电路只有两个网孔了,其网孔方程为

可求得

解法2:

设定三个网孔电流的大小和参考方向如图3.4所示,于是可列出方程:

联解得

故得

解法3:

设电流源两端的电压为,把电流源当作电压源列方程,如图3.6所示,则可列出方程:

可求得


图3.6

例3.3图3.7所示电路,用网孔法求各支路电流,并求受控源所吸收的功率

图3.7

解:

对图3.7,可列网孔方程为:

联立解得:

各支路的参考方向如图示,有:

5u的受控源吸收的功率为:

例3.4图3.8所示电路,用网孔法电流法求各支路电流,并求受控源发出的功率

图3.8

解:根据网孔法,可列网孔方程为:

联立解得:

所以各支路电流为:           

受控源发出的功率