KCL和KVL的独立方程

可以证明,对于具有n个节点(顶点)的电路,在任意(n-1)个节点(定点)上可以得出(n-1)个独立的KCL方程。相应的(n-1)个节点称为独立节点。

将对应于一组线性独立的KVL方程的回路称为独立回路,回路和独立回路的概念与支路的方向无关,因此可以用无向图的概念叙述。

当图(Graph)的任意两个结点(顶点)之间至少存在一条路径时,图就称为连通图。如果一条路径的起点和终点重合,且经过的其他节点不出现重复,这条闭合路径就构成图的一个回路。

利用“树”的概念有助于寻找一个图的独立回路组,从而得到独立的KVL方程组。

连通图的书定义为:包含图的全部节点(顶点)且不包含任何回路的连通字图。树本身也是连通图,是连通图的一部分。

可以证明,任一个具有n个节点(顶点)的连通图,它的任何一个树的树枝数为(n-1)。首先要保证所有节点相连,那么就是·-·-·-·-·这种形式,如果再连一下,就一定会出现回路,那所以是(n-1)个树枝。

由于连通图的树支连接所有节点又不形成回路,因此,对于图的任意一个树,加入一个连支后,就会形成一个回路,并且此回路除所加连支外均由树支组成,这种回路称为单连支回路或基本回路。

如果对基本回路组列KVL方程,由于每个连支只在一个回路中出现,因此止血KVL方程必构成独立方程组。

对于一个具有b条支路和n个结点(顶点)的电路,连支数l=b-n+1,这也就是一个图的独立回路的数目。基本回路也就是独立回路。支路数=连支数+树支数→连支数=支路数-树枝数→l=b-(n-1)→l=b-n+1

支路电流法

(1)选定各支路电流的参考方向。

(2)对(n-1)个独立结点(顶点)列出KCL方程。

(3)选取(b-n+1)个独立回路,指定回路的绕行方向,按照式∑Rkik=∑usk列出KVL方程。就是KCR和KVL的结合体,KCR有b个方程。

支路电流法要求b个支路电压均能以支路电流表示。当一条支路仅含电流源而不存在与之并联的电阻时,就无法将支路电压以支路电流表示。这种无并联电阻的电流源称为无伴电流源。

网孔电流法

在网孔电流法中,以网孔电流作为电路的独立变量它仅适用于平面电路。

对具有m个网孔的平面电路,网孔电流方程的一般形式:

R11im1+R12im2+R13im3+…+R1mimm=us11

R21im1+R22im2+R23im3+…+R2mimm=us22

……

Rm1im1+Rm2im2+Rm3im3+…+Rmmimm=usmm

回路电流法

网孔电流法仅适用于平面电路,回路电流法则无此限制,它适用于平面或非平面电路。

基本回路电流可以作为电路的独立变量来求解。

对具有l个独立回路的电路可写出回路电流方程的一般形式

R11i11+R12i12+R13i13+…+R1li1l=us11

R21i11+R22i12+R23i13+…+R2li1l=us22

……

Rl1i11+Rl2i12+Rl3i13+…+Rlli1l=usll

如果电路中有电流源和电阻的并联组合,可经等效变换成为电压源和电阻的串联组合后再列回电流方程。但当电路中存在无伴电流源时,就无法进行等效变换。此时可采用下述方法处理。除回路电流外,将无伴电流源两端的电压作为一个求解变量列入方程。这样,虽然多了一个变量,但是无伴电流源所在支路的电流为已知,故增加了一个回路电流的附加方程,这样,独立方程数与独立变量数任然相同。

回路电流法的步骤:

(1)根据给定的电路,通过选择一个树确定一组基本回路,并指定各回路电流(即连支电流)的参考方向。

(2)按一般公式列出回路电流方程,注意自阻总是正的,互阻的正、负由相关的两个回路电流通过共有电阻时,两者的参考方向是否相同而定。并注意该式右边项取代数和时各有关电压源前面的“+”、“-”号。

(3)当电路中有受控源或无伴电流源时,需另行处理。

(4)对于平面电路可用网孔电流法。

具有(n-1)个独立结点的电路

G11un1+G12un2+G13un3+…+G1(n-1)un(n-1)=is11

G21un1+G22un2+G23un3+…+G2(n-1)un(n-1)=is22

……

G(n-1)1un1+G(n-1)2un2+G(n-1)3un3+…+G(n-1)(n-1)un(n-1)=is(n-1)(n-1)

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