CN106569978A - 电路中流经用电器的电流计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电路电流计算技术领域，本发明提供一种电路中流经用电器的电流计算方法，根据基尔霍夫电压定律获取电路中的电压方程，并根据电压方程获取电压方程向量；根据基尔霍夫电流定律获取电路中的电流方程，并根据所述电流方程获取电流方程向量；根据所述电压方程向量和所述电流方程向量建立矩阵，根据高斯消元法对矩阵进行处理，并根据处理后的矩阵的最后一列获取流经用电器的电流，本发明仅根据基尔霍夫电压定律和霍夫电流定律实现获取流经用电器的电流，计算方法简单实用，即使电路结构复杂，也能快速获取流经用电器的电流。

Description

电路中流经用电器的电流计算方法

技术领域

本发明涉及电路电流计算技术领域，尤其涉及电路中流经用电器的电流计算方法。

背景技术

电路中电灯泡、电阻以及二极管等用电器通常会形成复杂的电路，不能简单的归为树状结构或者图结构，在电路模拟时比较困难，不容易计算流经各用电器的电流，综上所述，现有技术中存在由于电路结构复杂导致不容易计算流经各用电器的电流问题。

发明内容

本发明的目的在于提供电路中流经用电器的电流计算方法，旨在解决现有技术中存在由于电路结构复杂导致不容易计算流经各用电器的电流问题。

本发明是这样实现的，第一方面提供一种电路中流经用电器的电流计算方法，所述电流计算方法包括：

根据基尔霍夫电压定律获取电路中的电压方程，并根据所述电压方程获取电压方程向量；

根据基尔霍夫电流定律获取电路中的电流方程，并根据所述电流方程获取电流方程向量；

根据所述电压方程向量和所述电流方程向量建立矩阵，根据高斯消元法对矩阵进行处理，并根据处理后的矩阵的最后一列获取流经用电器的电流。

本发明第二方面提供一种电路中流经用电器的电流计算方法，所述电流计算方法包括：

根据基尔霍夫电压定律获取电路中的电压方程，并根据所述电压方程获取电压方程向量，其中，二极管的向量为0或者1；

根据基尔霍夫电流定律获取电路中的电流方程，并根据所述电流方程获取电流方程向量；

根据所述电压方程向量和所述电流方程向量建立矩阵，根据高斯消元法对矩阵进行处理，并根据处理后的矩阵的最后一列获取流经用电器的电流；

判断流经所述二极管的电流值是否小于0，如果否，则判定处理后的矩阵的最后一列为流经用电器的电流，如果是，则重新获取电路中的电压方程和电流方程，直至流经所述二极管的电流值不小于0。

本发明实施例提供一种电路中流经用电器的电流计算方法，根据基尔霍夫电压定律获取电路中的电压方程，并根据电压方程获取电压方程向量；根据基尔霍夫电流定律获取电路中的电流方程，并根据所述电流方程获取电流方程向量；根据所述电压方程向量和所述电流方程向量建立矩阵，根据高斯消元法对矩阵进行处理，并根据处理后的矩阵的最后一列获取流经用电器的电流，本发明仅根据基尔霍夫电压定律和霍夫电流定律实现获取流经用电器的电流，计算方法简单实用，即使电路结构复杂，也能快速获取流经用电器的电流。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种实施例提供的一种电路中流经用电器的电流计算方法的流程图；

图2是本发明一种实施例提供的一种电路的电路图；

图3是本发明一种实施例提供的一种电路中流经用电器的电流计算方法中的步骤S103的流程图；

图4是本发明另一种实施例提供的一种电路中流经用电器的电流计算方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了说明本发明的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

本发明一种实施例提供一种电路中流经用电器的电流计算方法，如图1所示，电流计算方法包括：

步骤S101.根据基尔霍夫电压定律获取电路中的电压方程，并根据电压方程获取电压方程向量。

在步骤S101中，基尔霍夫电压定律为：在一个闭合回路中，各段电压的代数和恒等于0。

在步骤S101中，具体的，根据基尔霍夫电压定律获取电路中的电压方程包括：获取电源正极，从电源的正极出发获取闭合回路，根据闭合回路获取电压方程。

其中，在电路中，元器件之间通过接线柱相连，在回溯电流的时候，能根据接线柱一步步往下查找，有利于查找到一条回路或者一个节点，每一个元器件有两个或者多个接线柱，那么回溯一条回路时，遍历一下路过的接线柱，只要路过的接线柱有两个是属于同一个元器件，那么这条回路就会穿过这个元器件，这个元器件在这个回路中就会起到降压的功能。

对所有的接线柱进行遍历，找到所有的电源正极接线柱，因为电路有电流流动，必须先找到电源，而且后面便于找到从电源正极到电源负极的一条回路，找到一个电源之后，运用基尔霍夫电压定律查找电压方程，称之为KVL方程。

运用基尔霍夫电压定律查找电压方程，下面以图2为例进行说明：

假设流经电阻R1和R2和电源E的电流分别是I1、I2和I3，那么就有电压方程I1R1+I2R2+I3RE＝E，其中，RE是电源的内阻，根据电压方程可以得到一个向量为(R1,R2,RE,E)。

由于此例中只有一个电路回路，所以只得到一个KVL方程。当电路中是一个并联电路，或者更复杂的串并联混合电路、桥接电路等时，就可以得到多个方程，这些方程的未知量是流经他们的电流量，该点流量是一个矢量，是有方向的。

具体的，在程序实现中，可以从电源的正极接线柱开始查找，遇见有分支的话，先深度遍历下去，然后再广度遍历，找到所有的从电源正极到电源负极的回路。

步骤S102.根据基尔霍夫电流定律获取电路中的电流方程，并根据电流方程获取电流方程向量。

在步骤S102中，基尔霍夫电流定律为在一个电路节点上，所有流经这个节点的电流的代数和恒等于0(这里指明代数和，是因为电流是有方向的，方向与我们设定的方向相反即视为负电流)。

在步骤S102中，具体的，根据基尔霍夫电流定律获取电路中的电流方程包括：

获取电源正极，从电源的正极出发获电路节点，根据流经电路节点的电流的代数和为0获取电压方程。

具体的，在步骤S101中，找到所有KVL方程，且没有重复的之后，还不能求出该方程。因为未知量的个数还是大于方程数。在这样的情况下，方程组的解会是无穷个。但是电路中通过的电流在某一个时间内是唯一的。因此还需要再找出几个方程。

这里运用基尔霍夫电流定律查找出方程，称之为KCL方程。

同样举上面电路图为例：

有方程I1＝I2，I1＝IE。

那么得到向量为(1,-1,0,0)和(1,0,-1,0)。

在程序实现中，从电源正极接线柱出发，广度遍历找到所有与电源相连的用电器，得到这样的电流方程，通过递归的方式继续深度往下查找出所有的电流方程。

步骤S103.根据电压方程向量和电流方程向量建立矩阵，根据高斯消元法对矩阵进行处理，并根据处理后的矩阵的最后一列获取流经用电器的电流。

在步骤S103中，具体的，根据高斯消元法对矩阵进行处理包括：

步骤S1031.将矩阵转换成上三角矩阵。

步骤S1032.逐行消去上三角矩阵中不为0的向量，以得到对角线矩阵。

步骤S1033.将对角线矩阵转换成单位矩阵。

在程序实现中，需要构建一个Matrix类，里面的元素以二维数组的方式存储，然后在函数里实现三角化和对角线化，返回处理过的矩阵最后一列，即为矩阵的解。

本发明实施例提供一种电路中流经用电器的电流计算方法，根据基尔霍夫电压定律获取电路中的电压方程，并根据电压方程获取电压方程向量；根据基尔霍夫电流定律获取电路中的电流方程，并根据所述电流方程获取电流方程向量；根据所述电压方程向量和所述电流方程向量建立矩阵，根据高斯消元法对矩阵进行处理，并根据处理后的矩阵的最后一列获取流经用电器的电流，本发明仅根据基尔霍夫电压定律和霍夫电流定律实现获取流经用电器的电流，计算方法简单实用，即使电路结构复杂，也能快速获取流经用电器的电流。

本发明另一种实施例提供一种电路中流经用电器的电流计算方法，电流计算方法包括：

步骤S201.根据基尔霍夫电压定律获取电路中的电压方程，并根据电压方程获取电压方程向量，其中，二极管的向量为0或者1。

在步骤S201中，具体的，根据基尔霍夫电压定律获取电路中的电压方程包括：

获取电源正极，从电源的正极出发获取闭合回路，根据闭合回路获取电压方程。

其中，当电路中设有二极管时，由于二极管是非线性用电器，此时，将二极管的向量设为0或者1，以获取多个不同的方程。

步骤S202.根据基尔霍夫电流定律获取电路中的电流方程，并根据电流方程获取电流方程向量。

在步骤S202中，具体的，根据基尔霍夫电流定律获取电路中的电流方程包括：

获取电源正极，从电源的正极出发获电路节点，根据流经电路节点的电流的代数和为0获取电压方程。

步骤S203.根据电压方程向量和电流方程向量建立矩阵，根据高斯消元法对矩阵进行处理，并根据处理后的矩阵的最后一列获取流经用电器的电流。

在步骤S203中，具体的，根据高斯消元法对矩阵进行处理包括：

将矩阵转换成上三角矩阵；

逐行消去上三角矩阵中不为0的向量，以得到对角线矩阵；

将对角线矩阵转换成单位矩阵。

步骤S204.判断流经二极管的电流值是否小于0，如果否，则执行步骤S205，判定处理后的矩阵的最后一列为流经用电器的电流，如果是，则重新获取电路中的电压方程和电流方程，直至流经二极管的电流值不小于0。

本实施例与上述实施例的不同点在于电路中设有二极管，二极管是非线性用电器，所以当电路中有二极管时，需要另外的方式处理，主要思想是将所有的二极管做0、1向量编码，0表示二极管是倒接在电路中，即断路的，1表示正接在电路中的，即通路的，假设有n个二极管的话，那么就会有2ⁿ种情况，计算每一种情况的电路，因为二极管正接时电流为正，负接时电流为0，所以不可能有负电流的情况，如果得到的二极管电流为负数的话，那么这种假设情况就是错误的。

本发明实施例提供的一种电路中流经用电器的电流计算方法，当电路中有二极管时，将所有的二极管设置成0或者1向量，并根据获取的二极管的电流判定获取的电流值是否正确，实现了电路中包括二极管的电流获取。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。

Claims (8)

1.一种电路中流经用电器的电流计算方法，其特征在于，所述电流计算方法包括：

根据基尔霍夫电压定律获取电路中的电压方程，并根据所述电压方程获取电压方程向量；

根据基尔霍夫电流定律获取电路中的电流方程，并根据所述电流方程获取电流方程向量；

根据所述电压方程向量和所述电流方程向量建立矩阵，根据高斯消元法对矩阵进行处理，并根据处理后的矩阵的最后一列获取流经用电器的电流。

2.如权利要求1所述的电流计算方法，其特征在于，所述根据基尔霍夫电压定律获取电路中的电压方程包括：

获取电源正极，从电源的正极出发获取闭合回路，根据所述闭合回路获取电压方程。

3.如权利要求1所述的电流计算方法，其特征在于，所述根据基尔霍夫电流定律获取电路中的电流方程包括：

获取电源正极，从电源的正极出发获电路节点，根据流经所述电路节点的电流的代数和为0获取电压方程。

4.如权利要求1所述的电流计算方法，其特征在于，所述根据高斯消元法对矩阵进行处理包括：

将所述矩阵转换成上三角矩阵；

逐行消去所述上三角矩阵中不为0的向量，以得到对角线矩阵；

将所述对角线矩阵转换成单位矩阵。

5.一种电路中流经用电器的电流计算方法，其特征在于，所述电流计算方法包括：

根据基尔霍夫电压定律获取电路中的电压方程，并根据所述电压方程获取电压方程向量，其中，二极管的向量为0或者1；

根据基尔霍夫电流定律获取电路中的电流方程，并根据所述电流方程获取电流方程向量；

根据所述电压方程向量和所述电流方程向量建立矩阵，根据高斯消元法对矩阵进行处理，并根据处理后的矩阵的最后一列获取流经用电器的电流；

判断流经所述二极管的电流值是否小于0，如果否，则判定处理后的矩阵的最后一列为流经用电器的电流，如果是，则重新获取电路中的电压方程和电流方程，直至流经所述二极管的电流值不小于0。

6.如权利要求5所述的电流计算方法，其特征在于，所述根据基尔霍夫电压定律获取电路中的电压方程包括：

获取电源正极，从电源的正极出发获取闭合回路，根据所述闭合回路获取电压方程。

7.如权利要求5所述的电流计算方法，其特征在于，所述根据基尔霍夫电流定律获取电路中的电流方程包括：

获取电源正极，从电源的正极出发获电路节点，根据流经所述电路节点的电流的代数和为0获取电压方程。

8.如权利要求5所述的电流计算方法，其特征在于，所述根据高斯消元法对矩阵进行处理包括：

将所述矩阵转换成上三角矩阵；

逐行消去所述上三角矩阵中不为0的向量，以得到对角线矩阵；

将所述对角线矩阵转换成单位矩阵。