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DESIGN BY:
Daniel Gálvez
AUTOTRANSFORMADORES
Fuente: https://eva.fing.edu.uy/Transformadores/Autotransformadores.pdf
El autotransformador es un transformador de características especiales.
En efecto, puede ser concebido como un transformador con un solo bobinado con sus dos
bornes accesibles y con un tercer borne accesible que conecta a una toma intermedia del
bobinado y el cuarto borne común a alguno de los dos primeros o, lo que sería equivalente,
dos bobinados conectados de tal manera que tienen dos de sus cuatro bornes accesibles
conectados en común.
La principal ventaja de este tipo de transformadores radica en que se puede disminuir el
tamaño y los materiales utilizados respecto al transformador clásico para igual potencia
nominal implicando una disminución sustancial en los costos del equipo, aunque con
algunas desventajas que deben ser tenidas en cuenta al momento de seleccionar la
aplicación de esta máquina.
En la figura siguiente se ilustra el esquema del autotransformador, en el mismo se definen
el devanado común, como aquel que se “ve” tanto desde el primario como desde el
secundario (Vc) y el devanado, que llamaremos serie, como aquel que se encuentra
conectado “en serie” con el devanado común (Vse).
La principal desventaja del autotransformador que inmediatamente surge de la conexión
planteada es que no dispone de aislación galvánica entre los bobinados primarios y
secundarios, por lo que una elevación de potencial en un bobinado respecto a un punto
repercute directamente en el otro. Por otra parte un cortocicuito en el bobinado “serie”
aplica gran parte –o la totalidad en caso de un cortocicuito franco- de la tensión aplicada de
un lado en el otro lado del transformador.
En general este tipo de transformadores se utilizan con relaciones de transformación bajas,
en general del orden inferior de 3:1 o bien como reguladores de tensión.
Según que bobinado se asigne como entrada el autotransformador podrá ser “elevador”
como “reductor”
.
Ecuaciones que describen su funcionamiento
A continuación se desarrollan las ecuaciones que definen el funcionamiento de un
autotransformador, consecuencia de las ecuaciones generales según la nomenclatura
indicada en la figura 1, y para el caso de un autotransformador utilizado como reductor, si
se deseara un elevador se debe intercambiar el “A” por el “B”.
AUTOTRANSFORMADORES
MONOFÁSICOS
Al tener un solo devanado para el primario y el secundario un autotransformador es mas barato que un transformador convencional y, además, tiene menos pérdidas, es mejor rendimiento.
El principal inconveniente de un autotransformador es que no existe aislamiento entre los circuitos primario y secundario de cada fase, en un transformador normal los dos devanados de una fase están aislados entre sí.
AUTOTRANSFORMADORES
TRIFÁSICOS
En un autotransformador trifásico cada fase está constituida por un bobinado ejecutado como el que se ha expuesto para el autotransformador monofásico.
Las tres fases de un autotransformador trifásico son unidas en estrella, para lo
cual se unen los extremos libres de las bobinas comunes. Las bornas de alta tensión, son los extremos libres de las bobinas serie, mientras que las bornas de baja tensión salen de los puentes de conexión de las bobinas serie y común.
En un autotransformador trifásico se puede disponer de conductor neutro si fuera necesario.
La teoría y reglas expuestas para los autotransformadores monofásicos son aplicables a los trifásicos sin más que tener en cuenta que en éstos la tensión por fase es /3 veces más pequeña que la tensión de línea.
Potencia en un autotransformador
Como mencionamos antes unas de las características de un autotransformador es el hecho
de que a diferencia de los transformadores de varios bobinados, este transformador no
brinda un aislamiento galvánico entre el primario y el secundario dado que ambos están
conectados físicamente mediante el devanado común. Esta característica, como
mencionamos, es una de sus principales desventajas, pero también le brinda una de sus
principales ventajas, como es el hecho de poder manejar mayor potencia que un
transformador conectado en forma convencional
A continuación se demuestra esta afirmación:
Queda claro que cuanto más pequeño es el número de vueltas del devanado serie respecto
al devanado común mayor será la ventaja en cuanto a la potencia, ya que los devanados
manejarán menos potencia que la que realmente circula por el transformador.
De la ecuación número 10 se desprende entonces que el conectar un transformador estándar
en configuración autotransformado me permitiría manejar una potencia mayor que la que
podría manejar dicho transformador en una conexión estándar.
Impedancia de cc del autotransformador.
El hecho de conectar un transformador estándar como autotransformador tiene otro efecto
importante, la reducción de su impedancia interna, esta reducción en valores p.u es en una
proporción inversa a la ganancia en potencia que obtenemos de conectar el transformador
común como autotransformador.
AUTOTRANSFORMADORES
VARIABLES
El autotransformador variable consiste en un simple devanado, realizado en un núcleo de fierro toroidal. El autotransformador llamado VARIAC, tiene una escobilla de carbón unida a un eje rotatorio, que hace contacto con las espiras expuestas del devanado del transformador.
El autotransformador es uno de los dispositivos más eficientes que conoce la tecnología. Las eficiencias típicas de los autotransformadores van desde más de 99 hasta muy ceca de 100%. Además para el mismo tamaño de núcleo y construcción de devanados. La capacidad de transferencia de KVA en los autotransformadores es mucho mayor que la de los transformadores convencionales de aislamiento.
La desventaja de los autotransformadores es que no brindan seguridad al personal que los utiliza, por que no tiene un aislamiento entre el primario y el secundario. Son utilizados en situaciones en las que intervienen bajos voltajes.
VENTAJAS:
Fuente: http://www.nichese.com/trans-auto.html
En contra de los que muchos creen, un autotransformador no necesariamente tiene que estar constituido de una única bobina, puede llevar dos, tres o más bobinas, todo dependerá de la clase de autotransformador de que se trate.
Los autotransformadores por sus características técnicas se usan, principalmente, cuando se desea transformar una tensión y la relación de vueltas entre la bobina primaria y la bobina secundaria es casi 1. Pero también se suelen emplear para los arranques de motores y para regular las líneas de transmisión.
Entre sus ventajas tenemos que destacar el bajo precio económico frente a un transformador normal con idénticas especificaciones técnicas. Esto en lo que se refiere a lo económico, en cuanto al rendimiento propiamente dicho, hay que reseñar las siguientes ventajas:
1. Menos corriente.
El autotransformador necesita menos cantidad de corriente para generar el flujo en el núcleo
.
2. La potencia.
El autotransformador genera más potencia que un transformador normal de especificaciones similares.
3. Eficiencia.
El autotransformador es más eficiente (mejor rendimiento) que un transformador normal, con potencias parecidas.
En cuanto a los inconvenientes, cabe reseñar la pérdida de aislamiento eléctrico entre la tensión del primario y la tensión del secundario.
Los autotransformadores se pueden utilizar del mismo modo que los transformadores convencionales, es decir, tienen las mismas utilidades. Asimismo, los transformadores convencionales o de dos bobinas se pueden convertir en autotransformadores si se conectan de determinadas formas, algo que veremos más adelante.
Como podemos observar en el dibujo N1 y N2 representan el primario y el secundario del autotransformador, lo que no quiere decir que sean dos bobinas diferentes, como ya hemos explicado puede ser una sola bobina, dos o más bobinas conectadas en serie sobre el mismo núcleo.
También podemos observar que entre el primario y el secundario existe una línea común 2-4, de aquí la desventaja de la pérdida de aislamiento eléctrico entre las dos tensiones (entrada y salida).
La tensión E1 alimenta al primario y se utiliza de común. Asimismo, la intensidad I0 es la que genera el flujo Φm. El valor del flujo Φm se mantendrá constante, siempre y cuando se mantenga constante E1
Por otro lado, tenemos que entre los puntos 3-4 hemos redefinido el secundario y, por tanto tenemos una tensión E2 cuya ecuación será, teniendo en cuenta la relación de vueltas entre N1 y N2, la siguiente:
Ahora bien, si conectamos una carga Z, como sale en el siguiente gráfico, obtendremos la intensidad I2:
Al existir una corriente I2 tiene que surgir, por compensación, la corriente I1 . La corriente que circulará por la carga será I2-I1, además la fuerza magnetomotriz generada por I1 tiene que ser opuesta e igual a la generada por I2-I1, asi que tenemos:
que reduciendo la ecuación nos quedaría:
Suponiendo de que se trate de un autotransformador ideal, es decir, que no tenga pérdidas y que la corriente necesaria para provocar el flujo sea mínima, tendremos que las potencias de entrada y salida serán iguales:
FIGURA 1.