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例如下图所示电路中的 a、b、c、d 4个节点写出的 KCL方程分别为: KCL方程是以支路电流为变量的常系数线性齐次代数方程,它对连接到该节点的各支路电流施加了线性约束。 若已知i1=1A, i3=3A和i5=5A,则由 KCL可求得: 此例说明,根据KCL,可以从一些电流求出另一些电流。 3A 5A 1A -4A -2A 5A 3.KCL的物理本质——电荷守恒公理: 证明:∵电荷守恒 即: 对上式两边同除Δt,并取极限及: 定理得证 四、KCL使用条件及注意事项 1.使用条件:只适用于集中参数电路,不适用于分布参数电路。 2. 注意事项: (1)仅是对电路中节点或高斯面上各支路电流施加的线性拓扑约束,与各支路元件性质无关。 2.广义KCL:对于任一集中参数电路中的任高斯面(或称封闭面、广义节点),在任一时刻流出高斯面的所有支路电流的代数和为零,即: (2)回路电流或网孔电流不受KCL约束。 (3)KCL方程是以O、+1、-1为系数的线性代数方程,0、+1、-1表明了各支路电流与节点间的关联关系。注意方程中有两套符号: ●KCL方程中各项系数的“+”、“-”是由KCL规定的。 ● KCL方程中各项本身的符号(数值),取决于真实方向与参考方向的关系。 (4)对于具有N个节点,B条支路的集中参数电路,独立的KCL方程数m为:m=N-1 §1.3 基尔霍夫电压定律(KVL) 和能量守恒公理 一、能量守恒公理 公理:任一时刻电路中的能量既不能创生,也不能消灭,只能由一种形式的能量转变为另一种形式的能量,即能量守恒。 二、基尔霍夫电压定律(KVL) 1. KVL:对于任一集中参数连通电路中的任一闭合回路,在任一时刻,沿此回路任一巡行方向巡行一周,则该回路中所支路电压降的代数和为零。即: 若规定:支路电压ub的参考方向与电路巡行方向 则KVL又可表示为: 一致,ub为“+”(电压降) 相反,ub为“-”(电压升) 例如对图1-5电路的三个回路,沿顺时针方向绕行回路一周,写出的KVL方程为: KVL方程是以支路电压为变量的常系数线性齐次代数方程,它对支路电压施加了线性约束。 图—5 L3 L1 L2 例如图1-11电路中,若已知u1=1V, u2=2V和u5=5V,则由KVL可求得: u1=1V u2=2V u5=5V 此例说明,根据KVL,可以从一些电压求出另一些电压。 KVL可以从由支路组成的回路,可以推广到加上待求节点电位差后任一闭合的节点序列,即在任一时刻,沿任一闭合节点序列的各段电压(不一定是支路电压)的代数和等于零。对图l-5电路中闭合节点序列abca和 abda列出的 KVL方程分别为: 这表明电路中任两节点间电压uab等于从 a点到 b点的任一路径上各段电压的代数和。即计算两点间压降与所选择路径无关。 图—5 - + 2. 物理本质——能量守恒公理 证明: 根据静电场的环路定理(它可以等价描述为:电荷在电场中运动,电场力对它做的功与路径无关,只与起始位置有关),取任意闭合回路为积分路径,它的始末位置是同一点,因此电场力做功为0,电势差就是0. 所以: 沿回路环绕一周,电位降落的代数和为0. 三、使用条件及注意事项 1. 使用条件:①集中参数电路;②闭合回路 2. 注意事项: (1)仅是对回路中各支路电压施加的线性拓朴约束,仅与元件连接方式有关,而与支路元件性质无关。 (2)KVL方程是以0、+1、-1表明了各支路电压与回路巡行方向间的关系,而各项本身的“+”、“-”号(数值)是由其真实方向与参考方向间关系决定的,即有两套符号。 (3)对于一个具有N个节点,B条支路的集中参数电路,独立的KVL方程数m为:m=B -(N -1) §1.4 特勒根(Tellegen)定理 Tellegen 定理是荷兰科学家Tellegen在1952年建立的,它是集中参数电路的拓朴规律之一,在计算机辅助分析中获得了广泛的应用。 一、Tellegen定理: 集中参数网络π 含(B-2)条支路 ib1(t) ibB(t) b1 _ ub1(t) + UbB(t) _ + bB 1、定理描述 若集中参数网络π具有N个节点,B条支路,设其支路电压矢量ub(t) 和支路电流矢量ib(t)为: ub(t)=[ub1(t), ub2(t)…… ubB(t)]T ib(t)=[ib1(t), ib2(t)…… ibB(t)]T 只要ub(t)与ib(t)取关联一致参考方向,则不论网络中支路元件的性质如何,恒有:
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