Question

节点电压法的节点方程

Answer 1

图1中已标明节点和支路的编号、各有关支路电压和电流的参考方向以及节点电压的参考方向。参照各支路电流的方向，对节点“1”和“2”写出KCL方程;参照各支路电压和节点电压的方向,使用KVL写出支路电压通过节点电压表达的方程（又称KVL方程）;参照支路电压、电流、电源的方向以及支路的连接方式，使用KVL（或KCL）写出支路方程。这样写出的3组方程见表。节点电压法
将KVL方程代入支路方程，消去支路电压,再将所得新的支路方程,即支路电流与节点电压的关系式代入KCL方程，消去支路电流后可得方程组
此方程组的2个方程就是用节点电压法计算图1所示电路时需要列出的方程。这种方程通常称为电路的节点方程。显然，由节点方程可得出电路的2个节点电压。
将节点电压代入KVL方程可求出电路的6个支路电压，再将支路电压代入支路方程（将节点电压代入新的支路方程亦可）,又能求出电路的6个支路电流。
对照图1可以发现,式(1)中Vn1的系数
(G1+G2+G3+G6)是与节点“1”相连接的支路具有的电导之和,Vn2的系数【-(G3+G6)】是连接在节点“1”和节点“2”之间的支路具有的电导之和取负号；式(2)中的两个系数类似。这4个系数可分别简记为G11、G12、、。其中G11=G1+G2+G3+G6，称为节点“1”的自电导；G12==-(G3+G6)，称为节点“1”与节点“2”间的互电导；=G3+G4+G5+G6,称为节点“2”的自电导。还可发现，两式右端项中的Is3是电流源的电流,因方向是指向节点“1”而取正号，背向节点“2”而取负号；另外几项与电压源有关的项是含电压源的串联支路变换成含电流源的并联支路后,支路中电流源的电流,而且这些电流取正号或负号亦视方向是指向还是背向节点而定。同样是指向者取正,背向者取负。例如式(1)中的就是图1中支路2变换成如图2所示支路中电流源的电流,余类推。节点电压法
式(1)和式(2)可改写成(3)
式中的和分别是进入节点“1”和“2”的电流源电流之总和。
式(3)是3节点电路的通用节点方程，并可由它推出具有n个节点电路的通用节点方程
式中左端项前的诸系数和右端项的含义以及正、负号的确定同前。式(4)可简写成(5)
式中媠n是以自电导和互电导为元素的(n-1)×(n-1)矩阵，尓n是以节点电压为分量的n-1维矢量,Is是以式(4)中的右端项为分量的n-1维矢量。
对电路进行正弦稳态分析时，用相量法和节点电压法写出的节点方程为
对电路进行暂态分析时，用拉普拉斯变换和节点电压法写出的节点方程为