3·23

Y–Δ 转换 (Y–Delta / wye–delta)

有些电阻网络(比如不平衡电桥)找不到任何串联或并联可以合并。Y–Δ 转换把一个三端网络换成另一个三端网络,保证三个端子之间的关系完全不变,之后就能继续串并联化简。

1 Rc Rb Ra 2 3 Δ ⇄ 1 R₁ R₂ R₃ 2 3 Y(中心节点是新加的) Ra 对着端子 1,Rb 对着 2,Rc 对着 3
图 9-6(第 9 讲 41:00):Δ 里每个电阻按"它对面的端子"命名,这是避免套错公式的关键。

命名规则(避免套错公式的关键):Δ 中的电阻按"它对面的端子"命名,RaR_a 对着端子 1(即接在 2、3 之间),RbR_b 对着 2,RcR_c 对着 3。Y 中 R1,R2,R3R_1, R_2, R_3 分别从端子 1、2、3 接到新的中心点。

Δ → Y:Y 的某条臂 = 碰到这个端子的两个 Δ 电阻之积 ÷ 三个 Δ 电阻之和。

R1=RbRcRa+Rb+Rc,R2=RaRcRa+Rb+Rc,R3=RaRbRa+Rb+RcR_1 = \frac{R_b R_c}{R_a+R_b+R_c},\quad R_2 = \frac{R_a R_c}{R_a+R_b+R_c},\quad R_3 = \frac{R_a R_b}{R_a+R_b+R_c}

Y → Δ:先算 S=R1R2+R1R3+R2R3S = R_1R_2 + R_1R_3 + R_2R_3(两两乘积之和),然后 Ra=S/R1, Rb=S/R2, Rc=S/R3R_a = S/R_1,\ R_b = S/R_2,\ R_c = S/R_3。分母是"对面那条 Y 臂"。

快速检查:三个 Δ 电阻都等于 RΔR_\Delta 时,Y 每臂 = RΔ/3R_\Delta/3。任意两端之间(第三端悬空),Y 是 2RΔ/32R_\Delta/3,Δ 是 RΔ∥2RΔ=2RΔ/3R_\Delta \parallel 2R_\Delta = 2R_\Delta/3 ✓。

老师提到的应用:电桥化简、三相电力系统。

本章补充练习 · 时间不够可以跳过

练习 Y1 自编 不平衡电桥

A 6 Ω 3 Ω 9 Ω 3 Ω 4.5 Ω B C D
练习 Y1(自编):不平衡电桥,没有串联或并联可以直接合并。

求 A、B 之间的等效电阻。

解答
  1. A、C、D 三个节点之间的 6 Ω、3 Ω、9 Ω 构成一个 Δ,和 = 18 Ω。
  2. 换成 Y(中心点 N):A 臂 = (6×3)/18 = 1 Ω(碰到 A 的是 6 和 3);C 臂 = (6×9)/18 = 3 Ω;D 臂 = (3×9)/18 = 1.5 Ω。
A 1 Ω N 3 Ω 1.5 Ω 3 Ω 4.5 Ω C D B
练习 Y1 解:把上面的三角形 A–C–D 换成 Y 之后,剩下的全是串并联。
  1. 左支路 3 + 3 = 6 Ω,右支路 1.5 + 4.5 = 6 Ω,并联 = 3 Ω。
  2. RAB=1+3=4 ΩR_{AB} = 1 + 3 = 4\,\Omega。

检验:原电路在 A 注入 1 A、B 接地,节点法解得 vA=4 Vv_A = 4\,\text{V} ✓。