Qué es un autotransformador?
Un autotransformador (o autotransformador) es un tipo de transformador eléctrico con un solo devanado. El prefijo «auto» se refiere a la bobina única que actúa sola (en griego significa «yo»), no a ningún mecanismo automático. Un autotransformador es similar a un transformador de dos devanados, pero varía en la forma en que se interrelacionan el devanado primario y el secundario del transformador.
Teoría del autotransformador
En un autotransformador, se utiliza un solo devanado como devanado primario y como devanado secundario. Pero en un transformador de dos devanados se utilizan dos devanados diferentes para el primario y el secundario. A continuación se muestra un diagrama de circuito del autotransformador.
El devanado AB de vueltas totales N1 se considera como devanado primario. Este devanado está derivado desde el punto ′C′ y la porción BC se considera como secundario. Supongamos que el número de vueltas entre los puntos ′B′ y ′C′ es N2.
Si se aplica la tensión V1 a través del devanado, es decir, entre ′A′ y ′C′.
Por lo tanto, la tensión a través de la porción BC del devanado, será,
Como la porción BC del devanado se considera como secundaria, se puede entender fácilmente que el valor de la constante ′k′ no es más que la relación de vueltas o la relación de tensión de ese autotransformador. Cuando la carga se conecta entre los terminales secundarios, es decir, entre ′B′ y ′C′, la corriente de carga I2 comienza a fluir. La corriente en el devanado secundario o devanado común es la diferencia de I2 e I1.
Ahorro de cobre en el autotransformador
Ahora vamos a discutir el ahorro de cobre en el autotransformador en comparación con el transformador convencional de dos devanados.
Sabemos que el peso del cobre de cualquier devanado depende de su longitud y área de la sección transversal. De nuevo, la longitud del conductor en el devanado es proporcional a su número de vueltas y el área de la sección transversal varía con la corriente nominal.
Así que el peso del cobre en el devanado es directamente proporcional al producto del número de vueltas y la corriente nominal del devanado.
Por lo tanto, el peso del cobre en la sección AC es proporcional a,
y, análogamente, el peso del cobre en la sección BC es proporcional a,
Por lo tanto, el peso total del cobre en el devanado del autotransformador es proporcional a,
De forma similar se puede demostrar, que el peso del cobre en el transformador de dos devanados es proporcional a,
Supongamos, Wa y Wtw son el peso del cobre en el autotransformador y en el transformador de dos devanados respectivamente,
∴ Ahorro de cobre en el autotransformador en comparación con el transformador de dos devanados,
El autotransformador emplea un solo devanado por fase frente a los dos devanados distintos de un transformador convencional.
Ventajas del uso de autotransformadores
Las ventajas de un autotransformador incluyen:
- Para una relación de transformación = 2, el tamaño del autotransformador sería aproximadamente el 50% del tamaño correspondiente del transformador de dos devanados. Sin embargo, para una relación de transformación digamos de 20, el tamaño sería del 95 %. El ahorro en el coste del material no es, por supuesto, en la misma proporción. El ahorro de costes es apreciable cuando la relación de transformación es baja, es decir, inferior a 2. Por lo tanto, el autotransformador es de menor tamaño y más barato.
- Un autotransformador tiene una mayor eficiencia que el transformador de dos devanados. Esto es debido a la menor pérdida óhmica y la pérdida del núcleo debido a la reducción del material del transformador.
- Un autotransformador tiene una mejor regulación de la tensión, ya que la caída de tensión en la resistencia y la reactancia del devanado único es menor.
Desventajas del uso de un autotransformador
Las desventajas de un autotransformador incluyen:
- Debido a la conductividad eléctrica de los devanados primario y secundario, el circuito de baja tensión es susceptible de ser impresionado por una tensión más alta. Para evitar la rotura del circuito de baja tensión, es necesario diseñar el circuito de baja tensión para que soporte una tensión más alta.
- El flujo de fuga entre los devanados primario y secundario es pequeño y, por tanto, la impedancia es baja. Esto da lugar a corrientes de cortocircuito más severas en condiciones de fallo.
- Las conexiones en los lados primario y secundario tienen que ser necesariamente las mismas, excepto cuando se utilizan conexiones en estrella interconectadas. Esto introduce complicaciones debido al cambio del ángulo de fase del primario y del secundario, especialmente en el caso de la conexión delta/triángulo.
- Debido al neutro común en un autotransformador conectado en estrella/estrella, no es posible poner a tierra el neutro de un solo lado. Ambos lados deben tener su neutro a tierra o aislado.
- Es más difícil mantener el equilibrio electromagnético del devanado cuando se proporcionan tomas de ajuste de tensión. Hay que saber que la provisión de tomas en un autotransformador aumenta considerablemente el tamaño del bastidor del transformador. Si el rango de tomas es muy grande, las ventajas obtenidas en el coste inicial se pierden en gran medida.
Aplicaciones de los autotransformadores
Las aplicaciones de un autotransformador incluyen:
- Compensar las caídas de tensión reforzando la tensión de alimentación en los sistemas de distribución.
- Los autotransformadores con un número de tomas se utilizan para el arranque de motores de inducción y síncronos.
- El autotransformador se utiliza como variac en el laboratorio o donde se requiere una variable continua en rangos amplios.