Δ形电路和Y形电路 Y-Δ变换 或稱為星角變換 ,是一种把Y形电路 转换成等效的Δ形电路 ,或把Δ形电路转换成等效的Y形电路的方法。它可以用来简化电路的分析。这一变换理论是由亚瑟·肯内利 於1899年发表。[1]
设R1 、R2 、和R3 分别是Y形电路中从N1 、N2 、N3 到中点的阻抗 ,Ra 、Rb 、Rc 分别是Δ形电路中N1 与N3 、N1 与N2 、N2 与N3 之间的阻抗。希望把Y形电路换成Δ形电路,或把Δ形电路换成Y形电路后,任意两个端点之间的阻抗仍然与原来的电路相等。
变换的基本思路是用
R
′
{\displaystyle R'}
和
R
″
{\displaystyle R''}
计算Y形电路端点的阻抗
R
y
{\displaystyle R_{y))
,其中
R
′
{\displaystyle R'}
和
R
″
{\displaystyle R''}
是Δ形电路中对应节点到邻接节点间的阻抗:
R
y
=
R
′
R
″
∑
R
Δ
{\displaystyle R_{y}={\frac {R'R''}{\sum R_{\Delta ))))
其中
R
Δ
{\displaystyle R_{\Delta ))
是Δ形电路的阻抗之和。具体公式如下:
R
1
=
R
a
R
b
R
a
+
R
b
+
R
c
{\displaystyle R_{1}={\frac {R_{a}R_{b)){R_{a}+R_{b}+R_{c))))
R
2
=
R
b
R
c
R
a
+
R
b
+
R
c
{\displaystyle R_{2}={\frac {R_{b}R_{c)){R_{a}+R_{b}+R_{c))))
R
3
=
R
a
R
c
R
a
+
R
b
+
R
c
{\displaystyle R_{3}={\frac {R_{a}R_{c)){R_{a}+R_{b}+R_{c))))
口訣为 Y形阻抗 = Δ形同側相邻阻抗乘积 / Δ形阻抗之和
变换的基本思路是计算Δ形电路的
R
Δ
{\displaystyle R_{\Delta ))
:
R
Δ
=
R
P
R
o
p
p
o
s
i
t
e
{\displaystyle R_{\Delta }={\frac {R_{P)){R_{\mathrm {opposite} ))))
其中
R
P
=
R
1
R
2
+
R
2
R
3
+
R
3
R
1
{\displaystyle R_{P}=R_{1}R_{2}+R_{2}R_{3}+R_{3}R_{1))
是Y形电路中的阻抗两两相乘之和,
R
o
p
p
o
s
i
t
e
{\displaystyle R_{\mathrm {opposite} ))
是
R
Δ
{\displaystyle R_{\Delta ))
所在支路对侧的端点在Y形电路中对应端点的阻抗。每一支路的阻抗计算公式为:
R
a
=
R
1
R
2
+
R
2
R
3
+
R
3
R
1
R
2
{\displaystyle R_{a}={\frac {R_{1}R_{2}+R_{2}R_{3}+R_{3}R_{1)){R_{2))))
R
b
=
R
1
R
2
+
R
2
R
3
+
R
3
R
1
R
3
{\displaystyle R_{b}={\frac {R_{1}R_{2}+R_{2}R_{3}+R_{3}R_{1)){R_{3))))
R
c
=
R
1
R
2
+
R
2
R
3
+
R
3
R
1
R
1
{\displaystyle R_{c}={\frac {R_{1}R_{2}+R_{2}R_{3}+R_{3}R_{1)){R_{1))))
口訣为 Δ形阻抗 = Y形阻抗两两相乘之和 / Y形对側端点阻抗
在图论 中,Y-Δ变换表示将一个图的Y形子图 用等价的Δ形子图代替。变换後的边数不变,但顶点 数和回路 数会变化。如果这两个图可以通过一系列的Y-Δ变换互相变换得到,那么就可以成这两个图Y-Δ等价 。例如,佩特森圖 就是一个Y-Δ等价类 。
要将Δ形负载{
R
a
,
R
b
,
R
c
{\displaystyle R_{a},R_{b},R_{c))
}变换成Y形负载{
R
1
,
R
2
,
R
3
{\displaystyle R_{1},R_{2},R_{3))
},需要比较二者对应节点的阻抗。要计算两种接法的阻抗,需要将电路中的一个节点断开。
Δ形电路中N 3 断开後,N 1 与N 2 间的阻抗为
R
Δ
(
N
1
,
N
2
)
=
R
b
∥
(
R
a
+
R
c
)
=
1
1
R
b
+
1
R
a
+
R
c
=
R
b
(
R
a
+
R
c
)
R
a
+
R
b
+
R
c
.
{\displaystyle {\begin{aligned}R_{\Delta }(N_{1},N_{2})&=R_{b}\parallel (R_{a}+R_{c})\\[8pt]&={\frac {1}((\frac {1}{R_{b))}+{\frac {1}{R_{a}+R_{c))))}\\[8pt]&={\frac {R_{b}(R_{a}+R_{c})}{R_{a}+R_{b}+R_{c))}.\end{aligned))}
将{
R
a
,
R
b
,
R
c
{\displaystyle R_{a},R_{b},R_{c))
}之和用
R
T
{\displaystyle R_{T))
表示以简化方程:
R
T
=
R
a
+
R
b
+
R
c
{\displaystyle R_{T}=R_{a}+R_{b}+R_{c))
得到
R
Δ
(
N
1
,
N
2
)
=
R
b
(
R
a
+
R
c
)
R
T
{\displaystyle R_{\Delta }(N_{1},N_{2})={\frac {R_{b}(R_{a}+R_{c})}{R_{T))))
Y形电路中N1 与2 的对应阻抗为
R
Y
(
N
1
,
N
2
)
=
R
1
+
R
2
{\displaystyle R_{Y}(N_{1},N_{2})=R_{1}+R_{2))
由以上两式得到:
R
1
+
R
2
=
R
b
(
R
a
+
R
c
)
R
T
{\displaystyle R_{1}+R_{2}={\frac {R_{b}(R_{a}+R_{c})}{R_{T))))
(1)同理,对於
R
(
N
2
,
N
3
)
{\displaystyle R(N_{2},N_{3})}
与
R
(
N
1
,
N
3
)
{\displaystyle R(N_{1},N_{3})}
,也分别有
R
2
+
R
3
=
R
c
(
R
a
+
R
b
)
R
T
{\displaystyle R_{2}+R_{3}={\frac {R_{c}(R_{a}+R_{b})}{R_{T))))
(2)
R
1
+
R
3
=
R
a
(
R
b
+
R
c
)
R
T
.
{\displaystyle R_{1}+R_{3}={\frac {R_{a}(R_{b}+R_{c})}{R_{T))}.}
(3)由此,{
R
1
,
R
2
,
R
3
{\displaystyle R_{1},R_{2},R_{3))
}的值可以由以上式子的线性组合(相加或相减)求出。
例如,将式(1)和式(3)相加,然後减去式(2)会得到
R
1
+
R
2
+
R
1
+
R
3
−
R
2
−
R
3
=
R
b
(
R
a
+
R
c
)
R
T
+
R
a
(
R
b
+
R
c
)
R
T
−
R
c
(
R
a
+
R
b
)
R
T
{\displaystyle R_{1}+R_{2}+R_{1}+R_{3}-R_{2}-R_{3}={\frac {R_{b}(R_{a}+R_{c})}{R_{T))}+{\frac {R_{a}(R_{b}+R_{c})}{R_{T))}-{\frac {R_{c}(R_{a}+R_{b})}{R_{T))))
2
R
1
=
2
R
b
R
a
R
T
{\displaystyle 2R_{1}={\frac {2R_{b}R_{a)){R_{T))))
於是
R
1
=
R
b
R
a
R
T
.
{\displaystyle R_{1}={\frac {R_{b}R_{a)){R_{T))}.}
其中
R
T
=
R
a
+
R
b
+
R
c
{\displaystyle R_{T}=R_{a}+R_{b}+R_{c))
求出所有的阻抗值如下:
R
1
=
R
b
R
a
R
T
{\displaystyle R_{1}={\frac {R_{b}R_{a)){R_{T))))
(4)
R
2
=
R
b
R
c
R
T
{\displaystyle R_{2}={\frac {R_{b}R_{c)){R_{T))))
(5)
R
3
=
R
a
R
c
R
T
{\displaystyle R_{3}={\frac {R_{a}R_{c)){R_{T))))
(6)令
R
T
=
R
a
+
R
b
+
R
c
{\displaystyle R_{T}=R_{a}+R_{b}+R_{c))
.则Δ形电路到Y形电路的变换方程变为
R
1
=
R
a
R
b
R
T
{\displaystyle R_{1}={\frac {R_{a}R_{b)){R_{T))))
(1)
R
2
=
R
b
R
c
R
T
{\displaystyle R_{2}={\frac {R_{b}R_{c)){R_{T))))
(2)
R
3
=
R
a
R
c
R
T
.
{\displaystyle R_{3}={\frac {R_{a}R_{c)){R_{T))}.}
(3)将以上式子两两相乘得到
R
1
R
2
=
R
a
R
b
2
R
c
R
T
2
{\displaystyle R_{1}R_{2}={\frac {R_{a}R_{b}^{2}R_{c)){R_{T}^{2))))
(4)
R
1
R
3
=
R
a
2
R
b
R
c
R
T
2
{\displaystyle R_{1}R_{3}={\frac {R_{a}^{2}R_{b}R_{c)){R_{T}^{2))))
(5)
R
2
R
3
=
R
a
R
b
R
c
2
R
T
2
{\displaystyle R_{2}R_{3}={\frac {R_{a}R_{b}R_{c}^{2)){R_{T}^{2))))
(6)上式之和为
R
1
R
2
+
R
1
R
3
+
R
2
R
3
=
R
a
R
b
2
R
c
+
R
a
2
R
b
R
c
+
R
a
R
b
R
c
2
R
T
2
{\displaystyle R_{1}R_{2}+R_{1}R_{3}+R_{2}R_{3}={\frac {R_{a}R_{b}^{2}R_{c}+R_{a}^{2}R_{b}R_{c}+R_{a}R_{b}R_{c}^{2)){R_{T}^{2))))
(7)将右侧式子中的公因式
R
a
R
b
R
c
{\displaystyle R_{a}R_{b}R_{c))
提出,约去分子中的
R
T
{\displaystyle R_{T))
和分母中的一个
R
T
{\displaystyle R_{T))
後得到
R
1
R
2
+
R
1
R
3
+
R
2
R
3
=
(
R
a
R
b
R
c
)
(
R
a
+
R
b
+
R
c
)
R
T
2
{\displaystyle R_{1}R_{2}+R_{1}R_{3}+R_{2}R_{3}={\frac {(R_{a}R_{b}R_{c})(R_{a}+R_{b}+R_{c})}{R_{T}^{2))))
R
1
R
2
+
R
1
R
3
+
R
2
R
3
=
R
a
R
b
R
c
R
T
{\displaystyle R_{1}R_{2}+R_{1}R_{3}+R_{2}R_{3}={\frac {R_{a}R_{b}R_{c)){R_{T))))
(8)注意式(8)和式{(1),(2),(3)}的相似性,
将式(8)除以式(1)得到
R
1
R
2
+
R
1
R
3
+
R
2
R
3
R
1
=
R
a
R
b
R
c
R
T
R
T
R
a
R
b
,
{\displaystyle {\frac {R_{1}R_{2}+R_{1}R_{3}+R_{2}R_{3)){R_{1))}={\frac {R_{a}R_{b}R_{c)){R_{T))}{\frac {R_{T)){R_{a}R_{b))},}
R
1
R
2
+
R
1
R
3
+
R
2
R
3
R
1
=
R
c
,
{\displaystyle {\frac {R_{1}R_{2}+R_{1}R_{3}+R_{2}R_{3)){R_{1))}=R_{c},}
得到
R
c
{\displaystyle R_{c))
的表达式。同理,将式(8)除以
R
2
{\displaystyle R_{2))
或
R
3
{\displaystyle R_{3))
也能得到相应的表达式。
William Stevenson,“Elements of Power System Analysis 3rd ed.”,McGraw Hill, New York, 1975, ISBN 0-07-061285-4
^ A.E. Kennelly, Equivalence of triangles and stars in conducting networks , Electrical World and Engineer, vol. 34, pp. 413-414, 1899.