¿Es posible modelar un transformador de cambio de fase monofásico en LTspice/Multisim/PSpice?

Como usted sabe, los transformadores trifásicos de dos devanados pueden producir un desfase entre las tensiones fasoriales línea a línea o línea a neutro de un lado y las respectivas tensiones fasoriales línea a línea o línea a neutro. voltajes del otro lado. Esto se tiene en cuenta como se explica en la norma IEC 60076-1 indicando los grupos vectoriales del transformador.

Como también sabrá, podemos analizar circuitos trifásicos balanceados usando circuitos equivalentes monofásicos (o por fase), ya sea usando valores unitarios o valores reales. En tales circuitos monofásicos, sustituimos el transformador trifásico por un transformador monofásico. ¿Cómo se tiene en cuenta el cambio de fase? Al menos en los libros de texto populares de Grainger & Stevenson y de Glover & Sarma, los autores usan una "relación de vueltas compleja". Por ejemplo, utilizando valores por unidad, a continuación se muestran los circuitos por fase:

ingrese la descripción de la imagen aquí

Figura 1. Tomado del libro de texto de Glover & Sarma.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Figura 2. Tomado del libro de texto de Grainger & Stevenson.

Esto está bien, lo entiendo. Pero supongamos que quiero simular un circuito por fase (usando valores reales) en un simulador como Multisim, PSpice, LTspice, etc. y usar el modo de análisis de CA (que resuelve los voltajes y corrientes fasoriales). ¿Hay alguna manera de modelar el transformador monofásico para incluir el cambio de fase (por ejemplo, con una relación de transformación compleja)?

Primer intento

Leí las funciones, operadores y constantes matemáticos admitidos en Multisim , pero parece que no hay soporte para la unidad imaginaria, que usaría para modelar la relación de vueltas complejas.

También leí las funciones complejas disponibles en Multisim , pero dice que la unidad imaginaria está disponible solo en el posprocesador. Ahora, de acuerdo con esta página, el posprocesador (y, por lo tanto, la unidad imaginaria) solo se puede usar después de ejecutar una simulación, lo cual es inútil en mi caso.

Segundo intento

Como sabrá, es posible modelar un transformador monofásico ideal utilizando fuentes dependientes. Pero en tal caso, para incluir el cambio de fase del transformador trifásico (es decir, la relación de transformación compleja), necesitaría una "ganancia compleja" para las fuentes dependientes. Dado que Multisim no admite la unidad imaginaria, no puedo usar una ganancia compleja.

Por supuesto, si no es posible modelar el cambio de fase del transformador trifásico en el transformador monofásico, en lugar de simular el circuito monofásico equivalente, podría simplemente simular el circuito trifásico real. La desventaja es que me llevaría más tiempo configurar todo el sistema de energía.

Los transformadores monofásicos se derivan en el centro para hacer salidas de fase dividida. Delta Y 3 fases crea 3 fases individuales mediante el acoplamiento mutuo de 2 fases con una referencia neutra con una separación de 120 grados
Para modelos de transformadores de cambio de fase, puede buscar en Google 'flujo de carga ltspice'

Respuestas (3)

¿Hay alguna manera de modelar el transformador monofásico para incluir el cambio de fase (por ejemplo, con una relación de transformación compleja)?

y

Pero supongamos que quiero simular un circuito por fase (usando valores reales) en un simulador como Multisim, PSpice, LTspice, etc. y usar el modo de análisis de CA

La forma más fácil (en el análisis de CA) es establecer el voltaje aplicado en el primario para tener el cambio de fase apropiado. No uso ninguno de los simuladores antes mencionados, así es como lo haría microcap: -

ingrese la descripción de la imagen aquí

Espero que todos los simuladores de Spice tengan una característica similar en sus fuentes de voltaje. Consulte también la abreviatura numérica de una fuente de voltaje: configuré la fase para que sea 30 grados: -

CC 1 CA 0 30 Sin 0 2,5 1 mega 0 0 0

O simplemente use un subcircuito de retardo de tiempo (si trabaja en análisis transitorio): -

ingrese la descripción de la imagen aquí

No puedo imaginar que LTSpice no tenga esto.

Necesita que la relación de espiras monofásica real sea compleja. Simplemente configurar el primario en algún ángulo de fase no acomoda el cambio de fase en el transformador que está buscando.
@ relayman357 no, no lo es: el OP ya se dio cuenta de esto: pero parece que no hay soporte para la unidad imaginaria, que usaría para modelar la relación de giros compleja. por lo tanto, él está buscando un trabajo alrededor.
El primer método (cambiar la fase de la fuente de voltaje) no parece factible cuando tiene un gran sistema de energía con mallas. Quiero decir, creo que no sería posible desfasar las fuentes para que todos los transformadores se adapten al desfase.
En cuanto al segundo método (utilizando un dispositivo de retardo), Multisim lo tiene . El único problema es que tengo que simular en modo transitorio, por lo que tengo que medir manualmente el ángulo de fase (en comparación con una onda sinusoidal sin cambio de fase) y la amplitud de cada voltaje y corriente. Creo que esto llevaría bastante tiempo. De todos modos, ¡gracias!

¿Hay alguna manera de modelar el transformador monofásico para incluir el cambio de fase (por ejemplo, con una relación de transformación compleja)?

El cambio de fase es un artefacto de fasores ( estado estacionario ). El cambio de fase de 30 ° que describe solo está presente en condiciones equilibradas (por ejemplo, trifásico equilibrado o en los fasores de secuencia positiva / negativa en componentes simétricos).

Los solucionadores numéricos (programas transitorios como LTSpice) no son solucionadores basados ​​en fasores. No pueden hacer lo que les pides (relación de vueltas complejas). Incluso si pudieran, solo produciría resultados correctos para problemas específicos; sería incorrecto para otros.

Se pueden usar programas transitorios (como ATP o EMTP) que tienen capacidades de "flujo de carga". Necesita una herramienta basada en fasores como PSS/CAPE , MATPOWER, etc. para estudios de esta naturaleza. MATPOWER hará exactamente lo que desee y es gratuito y se ejecuta sobre MATLAB u Octave (el equivalente gratuito de MATLAB).

Cuando trabajamos problemas de cortocircuito a mano con componentes simétricos, acomodamos este cambio de fase manualmente. Solo necesitaría hacer esto si le importa la relación del ángulo de fase entre las cantidades en lados opuestos del banco, lo que rara vez hace. Por ejemplo, si está analizando la operación de un relé de protección, solo le importarán las corrientes y voltajes fasoriales donde está conectado el relé.

Dado que, como descubrió, los simuladores SPICE no funcionan con valores complejos en .TRAN, la única forma de hacerlo es hacer su propia mezcla que agregue un cambio de fase. Como parece que está interesado en casi cualquier cosa, recurriré al (llamado) transformador de CC básico, sobre el cual puede construir/modificar/etc. usted mismo, según sea necesario:

prueba

Usé solo primitivos verdaderos, por lo que deberían ser independientes de SPICE. F1y E1forman el transformador, G[2:4]& co forman un SOGI (integrador generalizado de segundo orden), que generan una cuadratura basada en una sola entrada. G1y G5hacer uso de la fórmula:

pecado ⁡ ( a + b ) = pecado ⁡ ( a ) porque ⁡ ( b ) + porque ⁡ ( a ) pecado ⁡ ( b )

El SOGI y el resto del circuito están aislados, por lo que la funcionalidad no se ve afectada. Tal como está, E1es la salida, pero puede deshacerse de ella y usar la salida directamente desde R2, lo que proporcionaría una resistencia de salida; tendrá que modificar las ganancias de G1y G5en consecuencia.

La simulación usa un .STEPfor phide -180 o a 180 o , y la salida no es exactamente instantánea. Eso es de esperar, causalidad y todo. Podría intentar modificar el valor de R1, lo que afectaría la función de transferencia del SOGI (y, por lo tanto, la respuesta transitoria), pero tal como está, debería proporcionar el mejor compromiso. A menos que esté interesado en estudiar los transitorios iniciales, debería poder comenzar a guardar la simulación uno o dos períodos después del comienzo, para estar en estado estable.

No olvide que este "transformador" funcionará de CC a luz.

En caso de que no sea inmediatamente obvio, lo anterior no se limita a una .TRANsimulación solamente. Por ejemplo, este es el resultado de .ac list {f}:

V(in):  mag:          1 phase: 3.18055e-015°    voltage
V(out): mag:        0.5 phase:         45°  voltage
...
I(R3):  mag:       0.01 phase:         45°  device_current
...
I(V1):  mag:      0.005 phase:       -135°  device_current

El uso de un barrido de frecuencia mostrará una respuesta no plana, pero se obedece la frecuencia de interés.

Además, si necesita usar inductores acoplados, puede agregarlos con la misma facilidad entre V1y F1. No olvide que agregar acoplamiento (una kdeclaración) hará que el valor predeterminado Rser=1mde los inductores sea cero, lo que puede generar un error sobre un "bucle de voltaje". Así que asegúrese de agregar una resistencia en serie, externa o específica Rseren la fuente de voltaje o en el inductor primario.

En la imagen, F1debe tener el valor E1 {-1/N}.
Muy buena idea.
He actualizado la respuesta con un poco más de información, tal vez ayude.
¿Es posible modelar un transformador de cambio de fase monofásico en LTspice/Multisim/PSpice?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v