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1.网孔电流法
2.无伴电流源
新题型★★★★
挑战★★★★★
电路的图是平面图,则该电路为平面电路。网孔电流法(也称网孔分析法)只适用于平面电路。
1.网孔电流法
在平面电路中,以网孔电流为未知量,根据KVL列写电路方程求解电路的方法,称为网孔电流法。网孔是最简单的回路,网孔数同基本回路数,为b-n+1。
⑴列写网孔电流方程的一般步骤为:
①指定网孔电流参考方向;
②按照下式规则对网孔列写KVL方程
式中,为第k个网孔的自阻,为第k个网孔和第j个网孔间的互阻,自阻总是为正,互阻的正、负由两个网孔电流在共有支路上参考方向的异同而定,即方向相同时为正,反之为负。和分别为第k和第j个网孔电流。为第k个网孔的总电压源的电压,电压源的方向与网孔电流方向一致时取“”,不一致时取“”。
⑵对受控源的处理
当电路中含受控源支路时,先把受控源当作独立源,按常规方法列写网孔电流方程,再将受控源的控制量用网孔电流表示,作为附加方程,也可直接代入方程,并将方程整理为标准形式。
题1图1所示电路中,已知,,求。
图1
解析:采用网孔电流法,设网孔电流如图2所示,代入已知量,列写网孔电流方程及附加方程(关于受控源控制量的方程)为
图2
解得
2.无伴电流源
⑴当一条支路仅含电流源而不存在与之并联的电阻时,就无法将支路电压用支路电流表示,这种无并联电阻的电流源称为无伴电流源。
⑵在网孔分析法中,对无伴电流源,有两种处理方法:
①当无伴电流源仅处于一个网孔时,可将电流源电流作为本网孔电流;
②当无伴电流源处于两个网孔的公共支路上时,可将无伴电流源端电压设为未知量(称为附加变量法),同时,增加一个描述无伴电流源的网孔电流方程。
题2用两种方法求解图3所示电路中各支路电流。
图3
解析:前面在《电路的图、独立方程数及分析方法总览》一文中采用支路分析法做过这道题(题2),这里试用网孔电流法来解。
图4
设各网孔电流参考方向如图4所示,3A无伴电流源仅处于网孔3,作为网孔电流即可,列网孔电流方程为
解得
则各支路电流
题3用网孔电流法求图5所示电路中的I。
图5
解析: 3.5A无伴电流源处于网孔2和网孔3的公共支路上,设其两端电压为U,设各网孔电流的参考方向如图6所示,列网孔电流方程及附加方程为
图6
解得
新题型★★★★
题4在一个三网孔的电路中,若网孔电流可由网孔方程解得为
求该电路的一种可能的形式。
解析:题中的表达式是利用克莱姆法则求解方程的算式,分母为联立方程组的系数行列式,分子第一列为联立方程组等式右侧数值,由此得原方程为
由方程的互阻项可知网孔1和网孔3、网孔2和网孔3之间有1Ω电阻,网孔1和网孔2之间没有公共电阻,但根据等式右边可判断网孔1和网孔2之间存在1V电压源,故,一种可能的电路如图7所示。
图7
挑战★★★★★
题5图8所示电路中,所有电阻R=1Ω,求各电阻支路电流及10V电压源发出的功率。
图8
解析:取网孔电流参考方向如图9所示,列网孔电流方程及附加方程为
图9
解得
故,各支路电流为
10V电压源发出的功率为