掌握电路故障处理的网格分析

当电路停止按预期运行时,原因可以埋藏在互联组件的缠绕中。 网格分析提供了一种系统、基于方程式的方法,可以自信地确定断层。 通过将电路破解成闭环,并应用基什霍夫的电压定律(KVL),技术人员可以计算预期电流,并将其与测量值进行比较,以识别开关、短线或故障部分。 这个扩展的指南走过了理论、步步程序、实际故障排除实例和高级提示,将网格分析转化为可靠的诊断工具。

网格分析的基本原理

是什么"梅什"吗?

网格是一个闭路圈,内部没有其它任何网格。在平面电路(一个不穿越电线的绘制)中,每个“窗口”都是网格。例如,一个带有两个电阻器的电路,一个电压源组成一个网格;加一个平行分支,就会产生第二个网格。识别网格是写独立方程的第一步。

基什霍夫的梅谢斯电压法

KVL 表示,所有电压的代数和环绕任何闭合环路的电压总和等于零。在网格分析中,您在跨越电阻器、源和其他元素时,会按一个选定的方向(通常是顺时针)和总和电压增益(正数)和下降(负数)来绕过循环。结果就是每个网格的线性方程。解决系统产生未知的网格电流。

关于对KVL的更深入回顾,见[ 汉学院的KVL教程[.

进行网格分析的步态程序

步骤1:识别和标记所有网格

在您的电路图中, 列出每个独立的网格。 在每圈内使用一个顺时针箭头。 标记它们 [[FLT: 0]] M [[FLT: 2]] M [FLT: 2] M [[FLT: 3] ] 2,... [[FLT: 4] Mn [FLT: 5]] 如果电路包含 [[FLT: 6] n [FLT: 7] 的网格, 您将写 [FLT: 8] n [FLT: 9] 方程 。

步骤2: 指定网状电流

将当前变量( ] I 1, I ]2,... in ] 指定为每个网格。通过常规,网格流总是向箭头方向流。实际分支流是相邻网格流的代数总和。

步骤 3: 为每个网格写 KVL 方程式

对于 Mesh 1 , 电压会下降, 跨越路径中的所有组件。 对于电阻器, 使用 OM 定律, 将电流与电流通过电阻器( 可能包括邻近的 meshes 的贡献 ) 。 对于电压源, 加入电源电压, 并具有适当的极性( 如果从 — — 改为+ ) 。 将电压设为零。

] 实例
: [2 ⁇ 米电路带电阻器]R1, ]R,R3和电源V]]:
:梅什1:V+1I]1]R]]2]]2]]] =[F:322]][FLT][F:2]]][FLT][F:2]]][F][F]][F]]]][F]][F]][F]]

步骤4:解决方程式系统

您现在有一套线性方程。 使用替代、 矩阵方法( Cramer 规则) 或计算器来解决。 结果可以给每个网格电流以安培。

步骤5:计算分支电流和节点电流

使用网格电流,确定每个组件的实际电流。对于共享电阻器,分支电流=[]I1]1 —I2](反之亦然,视方向而定 ) 。然后,计算电压会相对地面而跨越每个电阻器和节点电压。

步骤6:将计算值与预期值或计量值进行比较

从断层电路中取出电压和电流读数( 使用多米) 。 把它们与分析结果相比较。 重大偏差 — 如应该带2 A 的分支, 但显示 0 A 的偏差点是特定的断层位置 。

在解决问题时使用网格分析:实际实例

例1: 抗震器分支中的开放电路

考虑三串电源电路。 在进行网格分析后, 您通过100个网格反馈电路来期望50 mA。 多米读 0 mA。 重新对网格方程进行检测: 如果网格电路是开的, 电流的实际电流将是零, 网格电流会成正向。 通过比较测量和计算电流, 您可以确认电路是开的组件, 而不使其变老 。 FLT: unil] All About Circules 提供了一个详细的网格分析示例[[FLT: 1] , 用于此方案 。

示例2: 跨组件的短路

短电容器显示自己是含有电容器的网格中异常高的电流。假设您的分析预测过滤分支中为10 mA, 但您测量了200 mA。 将网格公式与该分支中零-ohm的短相匹配, 会产生高得多的电流。 错配确认短相。 如果存在多个可疑部件, 网格分析还有助于定位哪个组件短相 。

例3:虚电压源

如果一个电压源下降到其额定值以下(例如,12 V而不是15 V),则每个网格电流将成比例地降低. 用实际测量的网格电压解决网格方程,则给出了与错误读数相符的电流. 这证实了源是根源,而不是次要的加载效应.

常见的陷阱和如何避免它们

当前方向分配错误

指定网格流不一致, 会导致 KVL 方程中出现错误。 [[FLT: 0]] 总是使用每网格[[[FLT: 1]] 的顺时针箭头来维持一个统一的常规。 如果您必须逆向, 请明确注意更改并相应调整标记 。

在伏特洛夫中签名错误

对于电阻器,电压下降在网格电流从正端到负端(箭头方向)时为正端. 如果邻位电流向相反方向流动,则净电流为差. Double X检查每个词:R]] (1]–I2]双网格电流都跨越电阻器.

忘却到依赖源账户

具有依赖源的电路(例如电压控制电压源)需要额外的约束方程,将控制变量与网格电流联系起来。忽略此选项会产生一个定义不足的系统。在解析前,将依赖源值作为网格电流的一个函数。

高级技术:用依赖源进行网格分析

当一个电路包含一个依赖源时,在写入KVL方程时将其作为一个独立的源处理,但用电路电流或电压表达其值。例如,一个电流的Q-控制电压源,其收益[k(V = k]]]Ix]引入了一个额外的变量——控制电流[Ix——必须用网格电流的组合来表示。产生的系统仍然是线性化的,可以通过相同的矩阵方法解决。对于解决现代数字-纳洛格混合信号板的故障,使用这种电路程的做法是必不可少的。

网格分析与节点分析

两种方法都有优点。 当电路有许多平行分支或电流源时, 网格分析更容易, 因为直接解决电流。 节点分析对许多系列元素或电压源更有效。 对于故障排除, 网格分析往往更可取, 因为大多数断层都显示为电流异常( 开关、 短线、 超载) 。 然而, 有经验的技术人员同时使用网格分析, 例如, 你可能会用网格分析来怀疑电压下降会跨越短线组件。 [[FLT: 0]] 电子导览提供了节点和网格方法的比较 。

高效解决问题的实用提示

  • 总是在开始分析前绘制准确的电路图[。包含所有组件值和连接。一个小的起草错误可能导致数小时的混乱。
  • 对大型系统使用计算工具[. A+ SPICE模拟器或矩阵解析器(如MATLAB,Python NumPy)可以在秒内解析10 ⁇ mesh方程. 在可能的情况下用这些工具验证您的手算.
  • 测量和递增比较. 如果电路复杂,首先探究关键节点(如供应电线,关键信号路径). 利用网格分析结果预测这些节点的电压并快速检查.
  • 断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断断
  • 保留一个对每个组件的测量值对计算值的故障排除日志。模式(例如,一个网格中的所有电流都倾斜)加速诊断。
  • 将网格分析与简单的连续性检查结合起来。 开路将显示网格中的零电流; 短路将显示过多电流。 方程将精确量化多出多少 。

结论

网格分析将一个混乱的电路转换成一套可溶解的代数方程。通过将计算出来的分支电流和电压与真实世界的测量进行比较,你可以在开阔电阻器、电容器短路、故障源或断裂痕迹上零入比猜想工作更快。掌握基本原理 — KVL、签署公约和方程解决 — — 每次面对故障板都能够支付费用。为了进一步研究,请查阅Nilsson & amp的电路分析教科书(例如;Riedel )或在线资源,如 电路网分析指南。 实践后,你会在每次花费几个小时的时间里诊断断层 — — 节省时间、部件和挫折感。