¿Qué es un autotransformador?

Un autotransformador es una especie de transformador eléctrico donde el primario y el secundario comparten el mismo bobinado común. Así que básicamente es un transformador de un solo devanado.

Teoría del autotransformador

En un autotransformador, se utiliza un solo bobinado como bobinado primario y secundario. Pero en un transformador de dos bobinas se usan dos bobinas diferentes para el propósito primario y secundario. A continuación se muestra un diagrama de circuito del autotransformador.

El bobinado AB de las vueltas totales N1 es considerado como el bobinado primario. Este devanado se aprovecha desde el punto C y la porción BC se considera como secundaria. Supongamos que el número de vueltas entre los puntos B y C es N2.

Si V1voltaje se aplica a través de la bobina, es decir, entre A y C.

Por lo tanto, el voltaje a través de la porción BC del bobinado, será,

Como la porción BC del devanado es considerada como secundaria, puede entenderse fácilmente que el valor de la constante k no es nada más que relación de vueltas o la relación de voltaje 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. El actual en el devanado secundario o común es la diferencia de I2 y yo1.

Ahorro de cobre en el autotransformador

Ahora discutiremos el ahorro de cobre en el autotransformador comparado con el transformador convencional de dos bobinas.
Sabemos que el peso del cobre de cualquier bobina depende de su longitud y área de corte transversal. De nuevo, la longitud del conductor en el bobinado 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 bobinado es directamente proporcional al producto del número de vueltas y la corriente nominal del bobinado.

Por lo tanto, el peso del cobre en la sección AC proporcional a,

y de manera similar, el peso del cobre en la sección BC proporcional a,

Por lo tanto, el peso total del cobre en el bobinado del autotransformador es proporcional,

De manera similar se puede probar que el peso del cobre en un transformador de dos bobinas es proporcional,

N1I1 + N2I22N1I1 (Ya que, en un transformador N1I1 = N2I2)
Supongamos que, Wa y Wtw son el peso del cobre en el autotransformador y el transformador de dos bobinas respectivamente,

Ahorro de cobre en el autotransformador comparado con el transformador de dos bobinas,


El autotransformador emplea sólo un bobinado por fase en comparación con los dos bobinados claramente separados de un transformador convencional.

Ventajas del uso de autotransformadores

1. Para la relación de transformación = 2, el tamaño de la autotransformador sería aproximadamente el 50% del tamaño correspondiente de un transformador de dos bobinas. Para la relación de transformación digamos 20, sin embargo el tamaño sería del 95 %. El ahorro en el costo del material no está, por supuesto, en la misma proporción. El ahorro de coste 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.
2. Un autotransformador tiene mayor eficiencia que un transformador de dos bobinas. Esto se debe a una menor pérdida óhmica y a la pérdida de núcleo debido a la reducción del material del transformador.
3. El autotransformador tiene mejor regulación de voltaje como Caída de tensión en resistencia y la reactancia del bobinado simple es menor.

Desventajas del uso del autotransformador

1. Debido a conductividad eléctrica de los devanados primario y secundario el circuito de menor voltaje es susceptible de ser impresionado por el de mayor voltaje. Para evitar la ruptura del circuito de baja tensión, se hace necesario diseñar el circuito de baja tensión para soportar la tensión más alta.
2. El flujo de fuga entre los bobinados primarios y secundarios es pequeña y por lo tanto la impedancia es baja. Esto da lugar a corrientes de cortocircuito más severas en condiciones de falla.
3. Las conexiones en los lados primario y secundario tienen que ser necesariamente iguales, excepto cuando se utilizan conexiones estelares interconectadas. Esto introduce complicaciones debido al cambio del ángulo de fase primario y secundario, especialmente en el caso de la conexión delta/delta.
4. Debido al neutro común en un autotransformador conectado a una estrella, no es posible poner a tierra el neutro de un solo lado. Ambos lados deben tener su neutralidad a tierra o aislados.
5. Es más difícil mantener el equilibrio electromagnético del devanado cuando se proporcionan tomas de ajuste de voltaje. Debe saberse que la provisión de tomas en un autotransformador aumenta considerablemente el tamaño de la estructura del transformador. Si el alcance de los golpes es muy grande, las ventajas obtenidas en el costo inicial se pierden para un gran evento.

Aplicaciones de los autotransformadores

1. Compensación caídas de tensión al aumentar el voltaje de suministro en los sistemas de distribución.
2. Se utilizan autotransformadores con varias tomas para arrancar motores de inducción y sincrónicos.
3. Autotransformador se utiliza como variac en el laboratorio o cuando se requiere una variable continua en amplios rangos.