星网变换在什么条件下可逆?

电器工程 电路分析
2022-01-31 15:21:55

我们都知道并喜欢用于简化三电阻网络的 Δ-Y (delta-wye) 和 Y-Δ (wye-delta) 变换:

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Δ-Y 和 Y-Δ 变换具有很好的特性,即无论所涉及的电阻值如何,Δ 总是可以变成 Y,Y 总是可以变成 Δ。

Y-Δ 变换有一个通用版本,称为星形网格变换这会将 \$ N \$ 电阻的“星形”转换为 \$ ^{N}C_{2} \$ 电阻的“网格”。

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Wikipedia 建议星到网格的变换将始终存在 - 但逆变换,网格到星,可能存在。以机智:

该变换将 N 个电阻替换为 \$^{N}C_{2}\$ 电阻。对于 N > 3,结果是增加了电阻器的数量,因此在没有额外约束的情况下,变换没有一般的逆。

为了逆存在必须满足哪些约束?

我对将 4 节点网状网络转换为 4 电阻星形网络特别感兴趣。


问题的动机:我有一个包含约 2,000 个节点的工业电力系统模型(实际上只是一个非常大的恒压源和阻抗网络)。我试图将其减少到只有四个感兴趣的节点。


编辑:

有一些关于这个主题的已发表论文。

  • Versfeld, L.,“关于电网星网转换的评论”,《电子快报》,第 6 卷,第 19 期,第 597,599 页,1970 年 9 月 17 日

    研究了众所周知的星网变换的两个新方面:(a)将给定的一般网状网络转换为等效星形网络的必要和充分条件;(b) 扩展包含资源的网络。

  • Bapeswara Rao, VV; Aatre, VK,“Mesh-star 转换”, Electronic Letters,第 10 卷,第 6 期,第 73,74 页,1974 年 3 月 21 日

    如果给定的网状网络满足惠斯通关系,则对于给定的网状网络存在等效的星形网络。利用这一事实,可以证明这种网状网络的基准节点导纳矩阵的所有非对角余因子都是相等的。从这个性质,可以推导出两个网络的元素之间的简单关系。

我没有 IEEE Xplore 访问权限,所以我无法阅读它们。

2个回答

对于网格星形转换,问题在于方程多于变量,因此键数 \$N_b\$ 为: \$N_b=N_e-N_v\$,其中 \$N_e\$ 是方程数,也等于网格中的电阻个数,\$N_v\$是变量的个数,等于星形中的电阻个数。在第 4 种情况下,我证明了转换的键是 \$G_{AB}G_{CD}=G_{AC}G_{BD}=G_{AD}G_{BC}\$,在其他情况下换句话说,没有公共节点的电阻之间的乘积必须相同。

Ps:“演示”是:星网变换的公式是\$G_{XY}=\frac{G_XG_Y}{G_{TOT}}\$,其中\$G_{TOT}=\sum_{i= 1}^nG_i\$. 因此,假设 \$G_{XY}\ne0\$,我们可以将其中两个等式相除,得到 \$\frac{G_X}{G_Y}=\frac{G_{XZ}}{G_{YZ}}\$对于不同于 X 或 Y 的每个 Z。在 4 种情况下,这意味着 6 个方程,其中一个如下: \$\frac{G_A}{G_B}=\frac{G_{AC}}{G_{BC}}= \frac{G_{AD}}{G_{BD}}\Rightarrow G_{AC}G_{BD}=G_{AD}G_{BC}\$。我们从以下得到相同的结果:\$\frac{G_C}{G_D}=\frac{G_{AC}}{G_{AD}}=\frac{G_{BC}}{G_{BD}}\$。从最后 4 个方程我们得到 \$G_{AB}G_{CD}=G_{AD}G_{BC}\$ 和 \$G_{AB}G_{CD}=G_{AC}G_{BD}\$所以我们终于有了 \$G_{AB}G_{CD}=G_{AC}G_{BD}=G_{AD}G_{BC}\$ 条件。所以这是一个必要条件。但是如果网格的任意两个电导之间的比率是已知的,我们可以仅根据其中一个来表达 \$G_{TOT}\$,例如 \$G_{TOT}=G_{A}+G_B+G_C+G_D=G_A(1+\beta+\gamma+\delta)\ $,其中 \$\beta=\frac{G_B}{G_A}=\frac{G_{BC}}{G_{AC}}=\frac{G_{BD}}{G_{AD}}\$,并且依此类推..\$\Rightarrow G_{AB}=\frac{G_AG_B}{G_{TOT}}=\frac{G_AG_B}{G_A(1+\beta+\gamma+\delta)}=\frac{G_B}{ (1+\beta+\gamma+\delta)}\Rightarrow G_B=G_{AB}(1+\beta+\gamma+\delta)\$。通过类似的计算,我们可以找到恒星的所有 4 个电导(电阻)。

我想所有这些都意味着条件也是充分条件。

这就是说(无论是否属实)存在不止一种方法可以将值分配给由五个电阻组成的星形网络,因此根据所有外部“黑盒”电阻测量值,所有配置似乎都无法区分。

网格转换在这里是一个红鲱鱼。如果星形网络是唯一确定的,那么从那个网络到任何其他类型的任何映射,当然总是有一个逆映射,再回到那个网络。