凡不能用電阻串并聯(lián)等效變換化簡(jiǎn)的電路,一般稱(chēng)為復(fù)雜電路。在計(jì)算復(fù)雜電路的各種方法中,支路電流法是最基本的方法之一。它是以各支路電流為未知量,應(yīng)用基爾霍夫電流定律(kcl)和基爾霍夫電壓定律(kvl)分別對(duì)結(jié)點(diǎn)和回路列寫(xiě)方程組的電路分析方法。
列方程時(shí),必須先在電路圖上選定好未知支路電流以及電壓或電動(dòng)勢(shì)的參考方向。對(duì)于有n個(gè)結(jié)點(diǎn)、b條支路的電路,要求解支路電流,未知量共有b個(gè)。只要列出b個(gè)獨(dú)立的電路方程,便可以求解這b個(gè)變量。
獨(dú)立方程的列寫(xiě):
①?gòu)碾娐返膎個(gè)結(jié)點(diǎn)中任意選擇n-1個(gè)結(jié)點(diǎn)列寫(xiě)kcl方程;
②選擇基本回路列寫(xiě)b-(n-1)個(gè)kvl方程。
現(xiàn)以圖所示的電路為例,來(lái)說(shuō)明支路電流法的應(yīng)用。在本電路中,支路數(shù)b=6,結(jié)點(diǎn)數(shù)n=4,共需列出6個(gè)獨(dú)立方程。電動(dòng)勢(shì)和電流的參考方向如圖中所示。
圖 支路電流法應(yīng)用舉例
首先,應(yīng)用基爾霍夫電流定律(kcl)對(duì)分別對(duì)結(jié)點(diǎn)①②③列出
(1)
然后,應(yīng)用基爾霍夫電壓定律列出其余b-(n-1)個(gè)kvl方程。對(duì)網(wǎng)孔列寫(xiě)kvl方程的數(shù)目恰好等于b-(n-1)。
(2)
應(yīng)用基爾霍夫電流定律和電壓定律一共可列出(n-1)+b-(n-1)=b個(gè)獨(dú)立方程,所以能解出b個(gè)支路電流。
支路電流法的一般步驟:
①標(biāo)定各支路電流(電壓)的參考方向;
②選定(n–1)個(gè)結(jié)點(diǎn),列寫(xiě)其kcl方程;
③選定b–(n–1)個(gè)獨(dú)立回路,指定回路繞行方向,結(jié)合kvl和支路方程列寫(xiě);
④求解上述方程,得到b個(gè)支路電流;
⑤進(jìn)一步計(jì)算支路電壓和進(jìn)行其它分析。
支路電流法的特點(diǎn):
支路法列列寫(xiě)的是kcl和kvl方程,所以方程列寫(xiě)方便、直觀,但方程數(shù)較多,宜于在支路數(shù)不多的情況下使用。
例1求各支路電流及各電壓源發(fā)出的功率。
圖1
分析:應(yīng)用支路電流法以i1、i2、i3為求解變量;結(jié)點(diǎn)數(shù)n=2,支路數(shù)b=3,只能列寫(xiě)(n–1)=1個(gè)獨(dú)立kcl方程;余下b–(n–1)=2個(gè)方程,需要對(duì)網(wǎng)孔列寫(xiě)kvl方程。
解:
解得