第三电阻电路的一般分析PPT课件

1、l 网络图论BDACDCBA哥尼斯堡七桥难题 图论是拓扑学的一个分支，是富有趣味和应用极为广泛的一门学科。下 页上 页返 回第1页/共49页3.1 电路的图1. 电路的图R4R1R3R2R5uS+_i抛开元件性质一个元件作为一条支路元件的串联及并联组合作为一条支路65432178543216有向图下 页上 页返 回第2页/共49页(1) 图的定义(Graph)G=支路，节点 电路的图是用以表示电路几何结构的图形，图中的支路和结点与电路的支路和结点一一对应。a. 图中的结点和支路各自是一个整体。b. 移去图中的支路，与它所联接的结点依然存在， 因此允许有孤立结点存在。c. 如把结点移去，则应把与

2、它联接的全部支路同时移去。下 页上 页返 回第3页/共49页从图G的一个节点出发沿着一些支路连续移动到达另一节点所经过的支路构成路经。(2) 路径 （3）连通图图G的任意两节点间至少有一条路经时称为连通图，非连通图至少存在两个分离部分。下 页上 页返 回第4页/共49页(3) 子图 若图G1中所有支路和结点都是图G中的支路和结点，则称G1是G的子图。l 树 (Tree)T是连通图的一个子图满足下列条件：(1)连通(2)包含所有节点(3)不含闭合路径下 页上 页返 回第5页/共49页树支：构成树的支路连支：属于G而不属于T的支路2）树支的数目是一定的：连支数：不是树树特点1）对应一个图有很多的树

3、下 页上 页返 回第6页/共49页l 回路 (Loop)L是连通图的一个子图，构成一条闭合路径，并满足：(1)连通，(2)每个节点关联2条支路12345678253124578不是回路回路2）基本回路的数目是一定的，为连支数特点1）对应一个图有很多的回路3）对于平面电路，网孔数为基本回路数下 页上 页返 回第7页/共49页基本回路(单连支回路)12345651231236支路数树枝数连支数结点数1基本回路数结论结点、支路和基本回路关系基本回路具有独占的一条连枝下 页上 页返 回第8页/共49页例87654321图示为电路的图，画出三种可能的树及其对应的基本回路。876586438243下 页上

4、 页返 回第9页/共49页l 割集Q (Cut set )Q是连通图G中支路的集合，具有下述性质：(1)把Q中全部支路移去，图分成二个分离部分。(2)任意放回Q 中一条支路，仍构成连通图。876543219876543219割集：（1 9 6）（2 8 9）（3 6 8）（4 6 7）（5 7 8）（3 6 5 8 7）（3 6 2 8）是割集吗？基本割集只含有一个树枝的割集。割集数n-1连支集合不能构成割集下 页上 页返 回第10页/共49页3.2 KCL和KVL的独立方程数1.KCL的独立方程数0641 iii654321432114320543 iii0652 iii0321 iii41

5、23 0 结论n个结点的电路, 独立的KCL方程为n-1个。下 页上 页返 回第11页/共49页2.KVL的独立方程数KVL的独立方程数=基本回路数=b(n1)结论n个结点、b条支路的电路, 独立的KCL和KVL方程数为：下 页上 页返 回第12页/共49页3.3 支路电流法 (branch current method )对于有n个节点、b条支路的电路，要求解支路电流,未知量共有b个。只要列出b个独立的电路方程，便可以求解这b个变量。以各支路电流为未知量列写电路方程分析电路的方法。1. 支路电流法2. 独立方程的列写（1）从电路的n个结点中任意选择n-1个结点列写KCL方程（2）选择基本回路

6、列写b-(n-1)个KVL方程下 页上 页返 回第13页/共49页R1R2R3R4R5R6+i2i3i4i1i5i6uS1234例0621 iii1320654 iii0432 iii有6个支路电流，需列写6个方程。KCL方程:取网孔为基本回路，沿顺时针方向绕行列KVL写方程:0132 uuu0354 uuuSuuuu 651结合元件特性消去支路电压得：0113322 iRiRiR0335544 iRiRiRSuiRiRiR 665511回路1回路2回路3123下 页上 页返 回第14页/共49页支路电流法的一般步骤：(1) 标定各支路电流（电压）的参考方向；(2) 选定(n1)个节点，列写其

7、KCL方程；(3) 选定b(n1)个独立回路，列写其KVL方程； (元件特性代入)(4) 求解上述方程，得到b个支路电流；(5) 进一步计算支路电压和进行其它分析。支路电流法的特点：支路法列写的是 KCL和KVL方程， 所以方程列写方便、直观，但方程数较多，宜于在支路数不多的情况下使用。下 页上 页返 回第15页/共49页例1.节点a：I1I2+I3=0(1) n1=1个KCL方程：求各支路电流及电压源各自发出的功率。解(2) b( n1)=2个KVL方程：11I2+7I3= 6U=US7I111I2=70-6=641270V6V7ba+I1I3I271120371100117111 1218

8、7116011641101 40676006471012 AI620312181 AI22034062 AIII426213 WP42070670 WP12626 下 页上 页返 回第16页/共49页例2.节点a：I1I2+I3=0(1) n1=1个KCL方程：列写支路电流方程.(电路中含有理想电流源）解1.(2) b( n1)=2个KVL方程：11I2+7I3= U7I111I2=70-Ua1270V6A7b+I1I3I2711增补方程：I2=6A+U_1解2.70V6A7b+I1I3I2711a由于I2已知，故只列写两个方程节点a：I1+I3=6避开电流源支路取回路：7I17I3=70下

9、页上 页返 回第17页/共49页例3.节点a：I1I2+I3=0列写支路电流方程.(电路中含有受控源）解11I2+7I3= 5U7I111I2=70-5U增补方程：U=7I3a1270V7b+I1I3I2711+5U_+U_有受控源的电路，方程列写分两步：(1) 先将受控源看作独立源列方程；(2) 将控制量用未知量表示，并代入(1)中所列的方程，消去中间变量。下 页上 页返 回第18页/共49页ab例求: Rab解1连接等电位点对称线ab23RRab 解2断开中点。解3确定电流分布。ii/2i1i24/21iii RiiiiRUab23)2422( 下 页上 页返 回第19页/共49页3.4

10、回路电流法 (loop current method)l基本思想为减少未知量(方程)的个数，假想每个回路中有一个回路电流。各支路电流可用回路电流的线性组合表示。来求得电路的解。1.回路电流法以基本回路中的回路电流为未知量列写电路方程分析电路的方法。当取网孔电流为未知量时，称网孔法i1i3uS1uS2R1R2R3ba+i2il1il2独立回路为2。选图示的两个独立回路，支路电流可表示为：1222311lllliiiiiii 下 页上 页返 回第20页/共49页回路电流在独立回路中是闭合的，对每个相关节点均流进一次，流出一次，所以KCL自动满足。因此回路电流法是对独立回路列写KVL方程，方程数为：

11、l列写的方程与支路电流法相比，方程数减少n-1个。回路1：R1 il1+R2(il1- il2)-uS1+uS2=0回路2：R2(il2- il1)+ R3 il2 -uS2=0整理得：(R1+ R2) il1-R2il2=uS1-uS2- R2il1+ (R2 +R3) il2 =uS2)(1 nbi1i3uS1uS2R1R2R3ba+i2il1il22. 方程的列写下 页上 页返 回第21页/共49页R11=R1+R2 回路1的自电阻。等于回路1中所有电阻之和。观察可以看出如下规律：R22=R2+R3 回路2的自电阻。等于回路2中所有电阻之和。自电阻总为正。R12= R21= R2 回路1

12、、回路2之间的互电阻。当两个回路电流流过相关支路方向相同时，互电阻取正号；否则为负号。ul1= uS1-uS2 回路1中所有电压源电压的代数和。ul2= uS2 回路2中所有电压源电压的代数和。当电压源电压方向与该回路方向一致时，取负号；反之取正号。下 页上 页返 回第22页/共49页R11il1+R12il2=uSl1R12il1+R22il2=uSl2由此得标准形式的方程：对于具有 l=b-(n-1) 个回路的电路，有:其中:Rjk:互电阻+ : 流过互阻的两个回路电流方向相同- : 流过互阻的两个回路电流方向相反0 : 无关R11il1+R12il1+ +R1l ill=uSl1 R21

13、il1+R22il1+ +R2l ill=uSl2Rl1il1+Rl2il1+ +Rll ill=uSllRkk:自电阻(为正)下 页上 页返 回第23页/共49页例1.用回路电流法求解电流 i.解1独立回路有三个，选网孔为独立回路：i1i3i2SSUiRiRiRRR 3421141)(0)(35252111 iRiRRRiR0)(35432514 iRRRiRiR（1）不含受控源的线性网络 Rjk=Rkj , 系数矩阵为对称阵。（2）当网孔电流均取顺（或逆时 针方向时，Rjk均为负。表明32iii RSR5R4R3R1R2US+_i下 页上 页返 回第24页/共49页RSR5R4R3R1R2

14、US+_i解2只让一个回路电流经过R5支路SSUiRRiRiRRR 34121141)()(0)()(321252111 iRRiRRRiR0)()()(34321221141 iRRRRiRRiRRi1i3i22ii 特点（1）减少计算量（2）互有电阻的识别难度加大，易遗漏互有电阻下 页上 页返 回第25页/共49页回路法的一般步骤：(1) 选定l=b-(n-1)个独立回路，并确定其绕行方向；(2) 对l 个独立回路，以回路电流为未知量，列写其KVL方程；(3) 求解上述方程，得到l 个回路电流；(5) 其它分析。(4) 求各支路电流(用回路电流表示)；下 页上 页返 回第26页/共49页3

15、.理想电流源支路的处理l 引入电流源电压，增加回路电流和电流源电流的关系方程。例RSR4R3R1R2US+_iSU_+i1i3i2SSUiRiRiRRR 3421141)(UiRRiR 22111)(UiRRiR 34314)(32iiiS 电流源看作电压源列方程增补方程：下 页上 页返 回第27页/共49页l 选取独立回路，使理想电流源支路仅仅属于一个回路, 该回路电流即 IS 。RSR4R3R1R2US+_iSi1i3i2SSUiRRiRiRRR 34121141)()(例0)()()(34321221141 iRRRRiRRiRRSii 2为已知电流，实际减少了一方程下 页上 页返 回第

16、28页/共49页l 与电阻并联的电流源，可做电源等效变换IRIS转换+_RISIR4.受控电源支路的处理 对含有受控电源支路的电路，可先把受控源看作独立电源按上述方法列方程，再将控制量用回路电流表示。下 页上 页返 回第29页/共49页例RSR4R3R1R2US+_5U_+_+Ui1i3i2SSUiRiRiRRR 3421141)(UiRRiR522111 )(UiRRiR534314 )(受控电压源看作独立电压源列方程33iRU 增补方程：下 页上 页返 回第30页/共49页例列回路电流方程解1选网孔为独立回路1432_+_+U2U3233131UiRiRR )(3222UUiR 0 )(4

17、5354313 iRiRRRiR134535UUiRiR 111iRU 增补方程：Siii 21124gUii R1R4R5gU1R3R2U1_+_U1iS下 页上 页返 回第31页/共49页解2回路2选大回路Sii 114gUi 134242111 )(UiRiRRRiR 0)(4525432413 iRiRRRiRiR)(2111iiRU 增补方程：R1R4R5gU1R3R2U1_+_U1iS1432下 页上 页返 回第32页/共49页例求电路中电压U，电流I和电压源产生的功率。4V3A2+IU312A2Ai1i4i2i3Ai21 Ai33 Ai22 44363214 iiii解Ai26/

18、)41226(4 AI1232 ViU8424 吸吸收收）(844WiP 下 页上 页返 回第33页/共49页3.5 结点电压法 (node voltage method)选结点电压为未知量，则KVL自动满足，就无需列写KVL 方程。各支路电流、电压可视为结点电压的线性组合，求出结点电压后，便可方便地得到各支路电压、电流。l基本思想：以结点电压为未知量列写电路方程分析电路的方法。适用于结点较少的电路。1.结点电压法l列写的方程结点电压法列写的是结点上的KCL方程，独立方程数为：与支路电流法相比，方程数减少b-(n-1)个。)(1 n下 页上 页返 回第34页/共49页任意选择参考点：其它结点与

19、参考点的电压差即是结点电压(位)，方向为从独立结点指向参考结点。(uA-uB)+uB-uA=0KVL自动满足说明uA-uBuAuB2. 方程的列写iS1uSiS3R1i1i2i3i4i5R2R5R3R4+_(1) 选定参考结点，标明其余n-1个独立结点的电压132下 页上 页返 回第35页/共49页iS1uSiS2R1i1i2i3i4i5R2R5R3R4+_132 (2) 列KCL方程： iR出= iS入i1+i2=iS1+iS2-i2+i4+i3=0把支路电流用结点电压表示：S2S1n2n1n1iiRuuRu 210432 RuRuuRuun2n3n2n2n1-i3+i5=iS2253SSi

20、RuuRuu n3n3n2下 页上 页返 回第36页/共49页整理，得：S2S1n2n1)( )(iiuRuRR 2211110111113324322 nuRuRRRuRnn1 )(令 Gk=1/Rk，k=1, 2, 3, 4, 5上式简记为：G11un1+G12un2 G13un3 = iSn15533111RuiuRRuRS S2n3n2 )()(G21un1+G22un2 G23un3 = iSn2G31un1+G32un2 G33un3 = iSn3标准形式的结点电压方程等效电流源下 页上 页返 回第37页/共49页其中G11=G1+G2 结点1的自电导，等于接在结点1上所有 支路的

21、电导之和。 G22=G2+G3+G4 结点2的自电导，等于接在结点2上所有 支路的电导之和。G12= G21 =-G2 结点1与结点2之间的互电导，等于接在 结点1与结点2之间的所有支路的电导之 和，为负值。自电导总为正，互电导总为负。G33=G3+G5 结点3的自电导，等于接在结点3上所有支路的电导之和。G23= G32 =-G3 结点2与结点3之间的互电导，等于接在结 点1与结点2之间的所有支路的电导之和， 为负值。下 页上 页返 回第38页/共49页iSn2=-iS2uS/R5 流入结点2的电流源电流的代数和。iSn1=iS1+iS2 流入结点1的电流源电流的代数和。流入结点取正号，流出

22、取负号。1n11Rui 4n2Rui 43n3n2Ruui 32n2n1Ruui 25SRuuin 35由结点电压方程求得各结点电压后即可求得各支路电压，各支路电流可用结点电压表示：下 页上 页返 回第39页/共49页一般情况G11un1+G12un2+G1,n-1un,n-1=iSn1G21un1+G22un2+G2,n-1un,n-1=iSn2 Gn-1,1un1+Gn-1,2un2+Gn-1,nun,n-1=iSn,n-1其中Gii 自电导，等于接在结点i上所有支路的电导之和(包括电压源与电阻串联支路)。总为正。 当电路不含受控源时，系数矩阵为对称阵。iSni 流入结点i的所有电流源电流

23、的代数和(包括由电压源与电阻串联支路等效的电流源)。Gij = Gji互电导，等于接在结点i与结点j之间的所支路的电导之和，总为负。下 页上 页返 回第40页/共49页结点法的一般步骤：(1) 选定参考结点，标定n-1个独立结点；(2) 对n-1个独立结点，以结点电压为未知量，列写其KCL方程；(3) 求解上述方程，得到n-1个结点电压；(5) 其它分析。(4) 求各支路电流(用结点电压表示)；下 页上 页返 回第41页/共49页试列写电路的节点电压方程。(G1+G2+GS)U1-G1U2GsU3=USGS-G1U1+(G1 +G3 + G4)U2-G4U3 =0GSU1-G4U2+(G4+G5+GS)U3 =USGS例3. 无伴电压源支路的处理（1）以电压源电流为变量，增补结点电压与电压源间的关系UsG3G1G4G5G2+_GS312UsG3G1G4G5G2+_312下 页上 页返 回第42页/共49页I(G1+G2)U1-G1U2 =I-G1U1+(G1 +G3 + G4)U2-G4U3 =0-G4U2+(G4+G5)U3 =IU1-U3 = US看成电流源增补方程（2） 选择合适的参考点U1= US-G1U1+(G1+G3+G4)U2- G3U3 =0-G2U1-G3U2+(G2+G3+G5)U3=0UsG3G1G4G5G2+_312UsG3G1G4G5G2+_312下 页