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Autotransformador

Traducción
Autotransformador

Autotransformador

Esquema de conexión de un autotransformador

Un autotransformador es una máquina eléctrica, de construcción y características similares a las de un transformador, pero que a diferencia de éste, sólo posee un único devanado alrededor del núcleo. Dicho devanado debe tener al menos tres puntos de conexión eléctrica, llamados tomas. La fuente de tensión y la carga se conectan a dos de las tomas, mientras que una toma (la del extremo del devanado) es una conexión común a ambos circuitos eléctricos (fuente y carga). Cada toma corresponde a un voltaje diferente de la fuente (o de la carga, dependiendo del caso).

En un autotransformador, la porción común (llamada por ello "devanado común") del devanado único actúa como parte tanto del devanado "primario" como del "secundario". La porción restante del devanado recibe el nombre de "devanado serie" y es la que proporciona la diferencia de voltaje entre ambos circuitos, mediante la adición en serie (de allí su nombre) con el voltaje del devanado común.

Contenido

Operación

Teoría

Construcción de un autotransformador a partir de un transformador

En un transformador, las definiciones de primario y secundario son:

  •  V_1 \, : Tensión en el devanado primario
  •  i_1 \, : Corriente en el devanado primario
  •  V_2 \, : Tensión en el devanado secundario
  •  i_2 \, : Corriente en el devanado secundario

Al conectarlo como autotransformador, hay que redefinir primario y secundario como:

  •  V_H \, : Voltaje en el primario (devanado serie + común)
  •  V_X \, : Voltaje en el secundario (devanado común)
  •  i_H \, : Corriente en el primario (devanado serie + común)
  •  i_X \, : Corriente en el secundario (devanado común)


Comparando ambas posibilidades de conexión, se observa que se cumplen las siguientes relaciones:

 V_H = V_1 + V_2 \,\!
 V_X = V_2 \,\!
 i_H = i_1 \,\!
 i_X = i_1+i_2 \,\!


Pero:

 V_1 = \left(\frac{N_1}{N_2}\right)*V_2
 V_H = \left(\frac{N_1}{N_2}+1\right)*V_2
 V_H = \left(\frac{N_1+N_2}{N_2}\right)*V_2


Despreciando la rama en paralelo:

 i_H = i_1 \,\!
 i_X = i_H+i_2=\left(\frac{N_1}{N_2}+1\right)
 i_H = \left(\frac{N_2}{N_1+N_2}\right)*i_X


Con respecto a la potencia, para el transformador se cumple que:

 S = V_1*i_1 \,\!

o bien, despreciando las pérdidas,

 S = V_2*i_2 \,\!


La potencia al conectarlo como autotransformador es:

 S' = V_H*i_H \,\!

o bien, despreciando las pérdidas,

 S' = V_X*i_X \,\!

si se sustituyen los valores y se agrupa correctamente, se obtiene:

 S' = \left(\frac{N_2}{N_1}+1\right)*S

Por lo tanto, al conectar un transformador como autotransformador, este aumenta su capacidad para transferir potencia en una proporción determinada por la relación de transformación de la conexión como transformador. La implicación directa de esta deducción matemática es que para transferir la misma cantidad de potencia entre dos circuitos, un autotransformador es de menor tamaño que un transformador equivalente.

Funcionamiento

Al igual que los transformadores, los autotransformadores funcionan basados en el principio de campos magnéticos variantes en el tiempo, por lo que tampoco pueden ser utilizados en circuitos de corriente continua.

La transferencia de potencia entre dos circuitos conectados a un autotransformador ocurre a través de dos fenómenos: el acoplamiento magnético (como en un transformador común) y la conexión galvánica entre los dos circuitos (a través de la toma común). Por esta razón, un autotransformador resulta en un aparato más compacto (y a menudo más económico) que un transformador de la misma potencia y voltajes nominales. De igual manera, un transformador incrementa su capacidad de transferir potencia al ser conectado como autotransformador.

La relación de transformación de un autotransformador es la relación entre el número de vueltas del devanado completo (serie + común) y el número de vueltas del devanado común. Por ejemplo, con una toma en la mitad del devanado se puede obtener un voltaje de salida (en el devanado "común") igual a la mitad del de la fuente (o viceversa). Dependiendo de la aplicación, la porción del devanado que se utiliza sólo para el circuito de alta tensión se puede fabricar con alambre de menor calibre (puesto que requiere menos corriente) que la porción del devanado común a ambos circuitos; de esta manera la maquina resultante es aún más económica.

Tipos de construcción

Existen autotransformadores con varias tomas en el secundario y por lo tanto, con varias relaciones de transformación. De la misma manera que los transformadores, los autotransformadores también pueden equiparse con cambiadores de toma automáticos y utilizarlos en sistemas de transmisión y distribución para regular la tensión de la red eléctrica.

Con la incorporación de varias tomas, es posible obtener más de un valor para el voltaje secundario e incluso es posible obtener voltajes ligeramente mayores a los de la fuente -para ello, el devanado debe construirse para que su voltaje nominal sea ligeramente mayor que el del lado fijo o primario-. También existen autotransformadores en los que la toma secundaria se logra a través de una escobilla deslizante, permitiendo una gama continua de voltajes secundarios que van desde cero hasta el voltaje de la fuente. Este último diseño se comercializó en Estados Unidos bajo el nombre genérico de Variac y en la práctica funciona como una fuente de corriente alterna regulable en voltaje.

Aplicaciones

Los autotransformadores se utilizan a menudo en sistemas eléctricos de potencia, para interconectar circuitos que funcionan a voltajes diferentes, pero en una relación cercana a 2:1 (por ejemplo, 400 kV / 230 kV ó 138 kV / 66 kV). En la industria, se utilizan para conectar maquinaria fabricada para tensiones nominales diferentes a la de la fuente de alimentación (por ejemplo, motores de 480 V conectados a una alimentación de 600 V). Se utilizan también para conectar aparatos, electrodomésticos y cargas menores en cualquiera de las dos alimentaciones más comunes a nivel mundial (100-130 V a 200-250 V).

En sistemas de distribución rural, donde las distancias son largas, se pueden utilizar autotransformadores especiales con relaciones alrededor de 1:1, aprovechando la multiplicidad de tomas para variar el voltaje de alimentación y así compensar las apreciables caídas de tensión en los extremos de la línea.

Se utilizan autotransformadores también como método de arranque suave para motores de inducción tipo jaula de ardilla, los cuales se caracterizan por demandar una alta corriente durante el arranque. Si se alimenta el motor conectándolo a la toma menor de un autotransformador, el voltaje reducido de la alimentación resultará en una menor corriente de arranque y por lo tanto en condiciones más seguras de operación, tanto para el motor como para la instalación eléctrica. Una vez que el motor ha alcanzado suficiente velocidad, se puede ir aumentando el voltaje de alimentación (en tantos pasos como tomas posea el autotransformador) gradualmente, hasta llegar al voltaje de la red (cuando la relación de tomas es 1:1).

Limitaciones

Una falla en el aislamiento de los devanados de un autotransformador puede producir que la carga quede expuesta a recibir plena tensión (la de la fuente). Se debe tener en cuenta esta situación al decidir utilizar un autotransformador para una determinada aplicación.

Las ventajas en ahorro de material (tanto en los devanados como en el núcleo) tienen una limitación física, que en la práctica es una relación de voltajes de 3:1. Para relaciones de tensión mayores a ésta, o bien el transformador convencional de dos devanados es más compacto y económico, o bien resulta imposible construir el autotransformador.

En sistemas de transmisión de energía eléctrica, los autotransformadores tienen la desventaja de no filtrar el contenido armónico de las corrientes y de actuar como otra fuente de corrientes de falla a tierra. Sin embargo, existe una conexión especial -llamada "conexión en zig-zag"- que se emplea en sistemas trifásicos para abrir un camino de retorno a la corriente de tierra que de otra manera no sería posible lograr, manteniendo la referencia de tierra del sistema.

Véase también

Obtenido de "Autotransformador"

Wikimedia foundation. 2010.

Mira otros diccionarios:

  • autotransformador — autotransformador. m. Electr. Transformador de un solo arrollamiento con dos conexiones, de entrada y salida. * * * ► masculino ELECTRICIDAD Transformador en el que el primario y el secundario forman el mismo arrollamiento …   Enciclopedia Universal

  • autotransformador — |ô| s. m. [Eletricidade] Transformador cujos enrolamentos principal e secundário coincidem parcialmente.   ‣ Etimologia: auto + transformador …   Dicionário da Língua Portuguesa

  • autotransformador — au|to|trans|for|ma|dor Mot Agut Nom masculí …   Diccionari Català-Català

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