Qué es un autotransformador : Construcción y su funcionamiento

Como sabemos, un transformador incluye dos devanados y la función principal de estos devanados es cambiar el nivel de tensión al nivel deseado. El transformador de dos devanados incluye dos bobinas magnéticas acopladas por separado sin conexión eléctrica entre ellas. En este artículo, hablaremos del transformador que cambia el nivel de tensión a través de una sola bobina. Ya que el nivel de tensión también se puede convertir a través de una sola bobina con bastante eficacia utilizando un autotransformador. Así que podemos reducir el nivel de tensión de 400 V a 200 a través de un transformador de una sola bobina con las cintas adecuadas. En este artículo se trata una visión general de lo que es un autotransformador, su construcción con funcionamiento y sus aplicaciones.

¿Qué es un autotransformador?

Definición: Un transformador que tiene un solo devanado se conoce como autotransformador. El término "auto" procede de una palabra griega y su significado es que una sola bobina funciona sola. El principio de funcionamiento del autotransformador es similar al de un transformador de 2 devanados, pero la única diferencia es que las partes del devanado único de este transformador funcionan en ambos lados de los devanados, como el primario y el secundario. En un transformador normal, incluye dos devanados separados que no están aliados entre sí. El diagrama del autotransformador se muestra a continuación.

Los autotransformadores son más ligeros, más pequeños y más baratos que otros transformadores, pero no proporcionan aislamiento eléctrico entre dos devanados.

Construcción del autotransformador

Sabemos que el transformador incluye dos devanados, el primario y el secundario, que están conectados magnéticamente pero aislados eléctricamente. Pero en el autotransformador, se utiliza un único devanado como los dos devanados

Hay dos tipos de autotransformadores según su construcción. En un tipo de transformador, hay un devanado continuo con las derivaciones sacadas en puntos convenientes determinados por la tensión secundaria deseada. Sin embargo, en otro tipo de autotransformador, hay dos o más bobinas distintas que se conectan eléctricamente para formar un devanado continuo. La construcción del autotransformador se muestra en la siguiente figura.

El devanado primario AB del que se toma una derivación en "C", de forma que CB actúa como devanado secundario. La tensión de alimentación se aplica a través de AB, y la carga se conecta a través de CB. En este caso, la toma puede ser fija o variable. Cuando se aplica una tensión alterna V1 a través de AB, se crea un flujo alterno en el núcleo, por lo que se induce una emf E1 en el devanado AB. Una parte de esta emf inducida se lleva al circuito secundario.

En el diagrama anterior, el devanado se representa como "AB", mientras que el total de vueltas "N1" se considera el devanado primario. En el devanado anterior, a partir del punto 'C' está derivado, así como la sección 'BC' puede considerarse como devanado secundario. Supongamos que el número de vueltas entre los puntos B&C es 'N2'. Si se aplica la tensión "V1" a través del devanado AC, entonces la tensión de cada vuelta dentro del devanado será V1/N1.

Por tanto, la tensión a través de la sección BC del devanado será (V1/N1)*N2

De la construcción anterior, la tensión de este devanado BC es "V2

Por tanto, (V1/N1)*N2 =V2

V2/V1 = N2/N1 = K

Cuando la sección BC en el devanado AB puede considerarse secundaria. Así que "K" es el valor constante, no es más que la relación de tensión o de vueltas en el transformador.

Cuando la carga se conecta entre los terminales BC, la corriente de carga "I2" comienza a fluir. El flujo de corriente dentro del devanado secundario será la principal diferencia de corrientes 'I1&I2'.

Ahorro de cobre

En el autotransformador, se puede hablar del ahorro de cobre en comparación con los transformadores convencionales de dos devanados. En el devanado anterior, el peso del cobre depende principalmente de su longitud, así como del área de la sección transversal.

De nuevo, la longitud del conductor dentro del devanado puede ser proporcional al número de vueltas, así como el área de la sección transversal cambia con la corriente nominal. Por tanto, el peso del cobre en el bobinado puede ser directamente proporcional al producto del número de espiras y la corriente nominal del bobinado.

Así, el peso del cobre en la sección de CA es proporcional a I1 (N1-N2). Del mismo modo, el peso del cobre en la sección de corriente alterna es proporcional a N2 (I2-I1).

Por tanto, todo el peso del cobre dentro del devanado de este transformador es proporcional a,

= I1 (N1-N2) + N2 (I2-I1)

= I1N1-I1N2 + I2N2-N2I1

= I1N1+I2N2-2I1N2

Sabemos que N1I1=N2I2

= I1N1+I1N1-2I1N2

= 2I1N1-2I1N2 = 2(I1N1-I1N2)

De este modo, se demuestra que el peso del cobre en los transformadores de dos devanados puede ser proporcional a N1I1-N2I2

Como en un transformador, N1I1=N2I2

2N1I1 (Ya que en un transformador N1I1 = N2I2)

En el autotransformador, supongamos los pesos del cobre como Wa y Wtw, así como dos devanados respectivamente,

Así, Wa/Wtw = 2 (N1I1-N2I1)/2N1I1

= N1I1-N2I1/2N1I1 = 1-N2I1/N1I1

= 1-N2/N1 = 1-K

Por tanto, Wa = Wtw (1-K) = Wtw- k Wtw

Por tanto, el ahorro de cobre dentro del transformador cuando evaluamos con transformadores de dos devanados es

Wtw- Wa = k Wtw

Este transformador utiliza simplemente un único devanado para cada fase, frente a dos devanados especialmente separados en un transformador convencional.

Ventajas del autotransformador

Las ventajas son

• Utiliza un solo devanado, por lo que son más pequeños y económicos.
• Estos transformadores son más eficientes
• Necesitan menos corrientes de excitación en comparación con los transformadores de tipo convencional.
• En estos transformadores, la tensión puede cambiarse fácilmente y sin problemas
• Regulación mejorada
• Menos pérdidas
• Necesita menos cobre
• La eficiencia es alta debido a las bajas pérdidas en el óhmico y el núcleo. Estas pérdidas se producen por la reducción del material del transformador.

Desventajas del autotransformador

Las desventajas son

• En este transformador, el devanado secundario no puede aislarse del primario.
• Es aplicable en zonas restringidas donde es necesaria una pequeña diferencia entre la tensión o/p y la tensión i/p.
• Este transformador no se utiliza para interconectar sistemas de alta y baja tensión.
• El flujo de fuga es pequeño entre los dos devanados, por lo que la impedancia será inferior.
• Si el devanado del transformador se rompe, el transformador no funcionará, ya que toda la tensión del primario pasa por el o/p.
• Puede ser peligroso para la carga si utilizamos un autotransformador como un transformador reductor. Así que este transformador se utiliza sólo para hacer pequeños cambios dentro de la tensión del o/p.

Aplicaciones del autotransformador

Las aplicaciones son

• Aumenta la caída de tensión del cable de distribución
• Se utiliza como regulador de tensión
• Se utiliza en audio, distribución, transmisión de energía y ferrocarriles
• El autotransformador con varias tomas se utiliza para arrancar los motores, tanto de inducción como sincrónicos.
• Se utiliza en los laboratorios para obtener una tensión variable de forma continua.
• Se utiliza como los transformadores de regulación en los estabilizadores de tensión.
• Aumenta la tensión en los alimentadores de CA
• Es aplicable en los centros de pruebas electrónicas donde se requieren tensiones que cambian con frecuencia.
• Se utiliza cuando se necesitan tensiones elevadas, como en el caso de los amplificadores
• Se utiliza en dispositivos de audio, como altavoces, para igualar la impedancia, así como para ajustar el dispositivo para un suministro de tensión sin interrupciones.
• Se utiliza en centrales eléctricas en las que es necesario bajar y subir la tensión para igualar la tensión en el extremo receptor que es necesaria para el aparato.

Preguntas frecuentes

1). ¿Cuál es la función del autotransformador?

Este transformador se utiliza para controlar la tensión en la línea de transmisión y también cambia las tensiones una vez que la relación entre el primario y el secundario se acerca a la unidad.

2). ¿Por qué el autotransformador no se utiliza como transformador de distribución?

Porque no proporciona aislamiento eléctrico entre sus devanados como lo hace un transformador normal.

3). ¿Cuál es la función de un autotransformador en una subestación?

El autotransformador se utiliza con frecuencia en las subestaciones para elevar o reducir la tensión cuando la relación entre la alta y la baja tensión es pequeña.

Por tanto, se trata de una visión general de un autotransformador, construcción, funcionamiento, ventajas, inconvenientes y aplicaciones. Aquí tienes una pregunta, ¿cuál es la principal diferencia entre autotransformador y transformador de potencia?