電工學基礎

2023-01-18 17:54:07 字數 2512 閱讀 7493

網孔電流法

網孔電流是一種假想的電流,例如圖四的電路,有兩個網孔,假想每個網孔中都有乙個電流(iⅰ、iⅱ)在流動,該電流叫網孔電流,圖中標出的方向是參考方向。

如果能確定網孔電流,便可以求出支路電流。因為支路電流和網孔電流存在著簡單的關係。在第一支路中,只有網孔電流iⅰ。

所以i1=iⅰ,同理可知,在第三支路中,i3=iⅱ。而在第二支路中,兩個網孔電流反向流過,如支路電流的參考方向是向下的,即與iⅰ同向,則i2=iⅰ-iⅱ。總之,圖四電路中支路電流與網孔電流的關係可歸納如下:

i1=iⅰ

i3=i7

i2=iⅰ-iⅱ

所以,只要求得網孔電流,便可利用式(6)算出各支路電流。這種方法叫做網孔電流法。網孔電流的數目一般較支路電流少(圖四的電路,網孔數目是2,而支路電流是3),所以叫易求解。

經過上面分析,可見問題就在於如何求解網孔電流。當然還得根據基爾霍夫定律列寫方程來求解。不過,由於網孔電流是在網孔內流動,故對於每一節點,網孔電流是有進有出的,所以必然是符合基爾霍夫kcl電流定律的。

例如,在節點a,進入節點的電流是iⅰ+iⅱ,見圖5所示。換句話說,引用網孔電流以後,就不必用基爾霍夫電流定律了。網孔電流是一種假想的電流,電路中實際流動的並不是網孔電流。

例如,在e2、r2支路上,實際上只有i2乙個電流,而不是兩股電流(iⅰ、iⅱ)。網孔電流是為簡化分析過程而引入的假象電流。但是,這種假象是符合電路基本定律的,所以是允許。

至於基爾霍夫電壓定律kcv列方程的方法,原側上與支路電流法一樣,但是這時應該用網孔電流表示各電阻上的電壓降。有些電阻上會有幾個網孔電流流過,列方程

時應把各網孔電流引起電壓降都算進。迴路饒行方向,一般就假定與網孔電流的方向

1相同。於是根據基爾霍夫kcv電壓定律,網孔ⅰ的方程是:

e1-e2=iⅰr1+iⅰr2-iⅱr2

將右邊第

一、二項合併,得:

e1-e2=iⅰ(r1+r2)-iⅱr2………………………8

上式右邊第一項是本網孔電流在本網孔各電阻上

的電壓降,因為iⅰ必定流過網孔各電阻,故可用iⅰ

乘以ⅰ網孔各電阻之和來表示。而且因為假定迴路

繞行方向與網孔電流相同,所以這項是正當。第二項

是相鄰網孔電流iⅱ在r2上的電壓降,因iⅱ流經r2時與

iⅰ方向相反,所以這項是負的(若方向相同,則為正)。用

同樣方法可以寫出網孔ⅱ的方程為:

e2=-iⅰr2+iⅱ(r2+r39

聯立求解式(8)式(9)兩方程,就可以求出iⅰiⅱ。然後代入式(7)計算各支路電流。為了便於討論,再把上述兩個方程重寫一遍,即:

e1-e2=iⅰ(r1+r2)-iⅱr2

e2=-iⅰr2+iⅱ(r2+r3)

通常把iⅰ流過的個電阻元件阻值之和即(r1+r2)叫網孔ⅰ的自電阻;(r2+r3)則是網孔ⅱ的自電阻。幾個網孔電流都流過的電阻,反映出這幾個網孔的聯絡,叫做它們的互電阻。如r2是網孔ⅰ、ⅱ兩個網孔的互電阻。

如果各網孔電流參考方向都是一致的,例如都是順時針方向,根據基爾霍夫電壓定律列方程時,迴路饒行的方向與各網孔電流方向相同。那麼,列出的方程便具有兩個特點:①自電阻相為正,互電阻相為負;②方程組右邊對於自電阻項形成的對角線是對稱的。

可以根據這些特點來初步檢查所列方程組是否正確。

原理上說,也可以取回路電流為未知量。例如對於圖4的電路,若選用圖6所示兩個迴路電流iⅰ、iⅱ作為未知數,

則由基爾霍夫電壓定律列寫的方程為:

e1=iⅰ(r1+r3)+iⅱr3

e12=iⅰr3+iⅱ(r2+r3)

而三個支路電流與兩個迴路電流的關係是:

i1=iⅰ

i2=iⅱ

i3=iⅰ+iⅱ

顯然也能求出各支路電流。這種選取迴路電流為未知量,然後計算支路電流的方法叫

2迴路電流法。但在一般情況下,由於獨立的迴路不好判別,而且列出的方程也沒有一

定的特點,故通常仍選用網孔電流法。

【例】用網孔電流法求解圖7,已知條件是:

e1=5(v);e2=4(v);e3=8(v);r1=2(ω)

r2=r3=10(ω)。

【解】(1) 設網孔電流為iⅰ、iⅱ,其參考方向

如圖7所示。

(2) 根據kvl基爾霍夫電壓定律,在網孔ⅰ

有:e1-e2=iⅰ(r1+r2)-iⅱr2

在網孔ⅱ有:e2+e1=-iⅰr2+iⅱ(r2+r3)

(3)代入數值,聯立求解:5-4=(2+10)iⅰ-10 iⅱ

1=12 iⅰ-10 iⅱ

4+8=-10 iⅰ+(10+10)iⅱ

12=-10 iⅰ+20 iⅱ

1 -10

12 20 20+120

i1(a)

12 -10 240-100

-10 20

12 1

-10 12 144+10

i1.1(a)

12 -10 240-100

-10 20

i1=iⅰ=1(a);i3=iⅱ=1.1(a)

i2=iⅱ-iⅰ=1.1-1=0.1(a)3

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