Autotransformadores

Resumen

El autotransformador es una maquina que funciona como un
transformador común el autotransformador se caracteriza
por su construcción ya que este tiene un solo bobinado y
se caracteriza por tener una alta gama de ventajas en este ensayo
daremos a conocer su principio de funcionamiento y
operación de los autotransformadores también las
ventajas y desventajas que nos ofrecen y sus aplicaciones en el
medios de las maquinas eléctricas

PALABRAS CLAVES: autotransformador
funcionamiento, bobinado, potencia

Introducción

En un autotransformador, la porción 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 tensión entre ambos
circuitos, mediante la adición en serie con la
tensión del devanado común

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
(a través de la toma común) entre los dos circuitos
De igual manera, un transformador incrementa su capacidad de
transferir potencia al ser conectado como
autotransformador

Tipos de
autotransformador

• A. Autotransformador reductor

Si se aplica una tensión alterna entre los puntos
A y B, y se mide la tensión de salida entre

los puntos C y D, se dice que el autotransformador es
reductor de tensión.

Fig. 1. Autotransformador
reductor

Relación de vueltas Ns / Np < 1

• B. Autotransformador elevador

Si se aplica una tensión alterna entre los puntos
C y D, y se mide la tensión de salida entre los puntos A y
B, se dice que el autotransformador es elevador de
tensión.

Fig. 2 Autotransformador
Elevador

Relación de vueltas Ns / Np >
1

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO Y
OPERACIÓN

El principio de funcionamiento es el mismo que el
del transformador común, entonces
la relación de transformación entre
las tensiones y las corrientes y el número
devueltas se mantiene.

Las corrientes primaria y secundaria
están en oposición y la corriente total que circula
por las espiras en común es igual a la diferencia de la
corriente del devanado de baja tensión y el devanado de
alta tensión.

Para que un  autotransformador
funcione  Adecuadamente los dos devanados deben tener el
mismo sentido de bobinado

Operación

Tiene un solo bobinado arrollado sobre el núcleo,
pero dispone de cuatro bornes, dos para cada circuito, y por ello
presenta puntos en común con el transformador

Consta de un bobinado de extremos A y D, al cual se le
ha hecho una derivación en el punto intermedio B. Por
ahora llamaremos primario a la sección completa A D y
secundario a la porción B D, pero en la práctica
puede ser a la inversa, cuando se desea elevar la tensión
primaria.

Fig. 3 Operación del
Autotransformador

La tensión de la red primaria, a la cual se
conectará el autotransformador, es V1, aplicada a los
puntos A y D. mostrados en la fig. 3 Como toda bobina con
núcleo de hierro, en cuanto se aplica esa tensión
circula una corriente que hemos llamado
de vacío en la teoría anterior. Sabemos
también, que esa corriente de vacío está
formada por dos componentes; una parte es la corriente
magnetízate, que está atrasada 90° respecto de
la tensión, y otra parte que está en fase, y es la
que cubre las pérdidas en el hierro, cuyo monto se
encuentra multiplicando esa parte de la corriente de
vacío, por la tensión aplicada. Llamamos a la
corriente total de vacío I0, como lo hemos hecho en otras
oportunidades.

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.

También existen autotransformadores en los que la
toma secundaria se logra a través de una escobilla
deslizante, permitiendo una gama continua de tensiones
secundarias que van desde cero hasta la tensión 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 tensión. de esta manera tenemos una maquina
de CA más eficaz

Fig. 4 Tipo de Autotransformador"
Variac "

Limitaciones

Dentro de los autotransformadores existen
limitaciones de funcionamiento que se dará a conocer a
continuación

• a) 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.

• b) Las ventajas en ahorro de material 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.

• c) 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.

• d) 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.

Fig. 5 Conexión Zig – zag
(Z)

Ventajas y
desventajas

A continuación se dará a conocer las
ventajas y desventajas de los autotransformadores en resumen
decimos que existe una gran gama de ventajas de los
autotransformadores

• 1. VENTAJAS

• Solo un porcentaje de la energía se trasmite
  por inducción

• El autotransformador por sus características
  se viene a ser de menor tamaño por lo que
  ocuparía menor espacio

• Existe menor flujo del campo y menor tamaño
  del núcleo de hierro.

• Se obtienen autotransformadores más
  livianos.

• El autotransformador lleva un solo
  bobinado

• Menores caídas de tensión

• Menor intensidad de vacío

• Es más fácil de construir y requiere
  menos cobre.

• En consecuencia es más
  económico.

• Parte de la energía del autotransformador se
  transmite eléctricamente.

• Las perdidas eléctricas siempre son menores
  que las perdidas magnéticas

• El autotransformador tiene mayor
  rendimiento

• El autotransformador genera más potencia que
  un transformador normal de especificaciones
  similares

• Tiene una tensión de cortocircuito
  pequeña lo que plantea el inconveniente de que la
  corriente en caso de corto circuito es elevada

• Transfiere más potencia que un transformador
  normal

Fig. 6 Autotransformador de una
central

• 2. DESVENTAJAS

• La principal desventaja de los autotransformadores
  es que a diferencia de los transformadores ordinarios hay una
  conexión física directa entre el circuito
  primario y el secundario, por lo que se pierde el aislamiento
  eléctrico en ambos lados.

• Peligro del corte de una espira, lo que
  produciría que el secundario quede sometida a la
  tensión del primario

• Conducción galvánica entre el primario
  y secundario

• Baja regulación de tensión debido a su
  baja impedancia equivalente

• Debido a la construcción eléctrica del
  dispositivos, la impedancia de entrada del autotransformador
  es menor que de un transformador común Esto no es
  ningún problema durante el
  funcionamiento normal de la maquina, pero si por
  alguna razón se produce un cortocircuito a la
  salida

• La salida del transformador no está aislada
  con la entrada, este se vuelve inseguro para la persona que
  lo opera. 

• No tienen aislamientos en los primarios y
  secundario

Aplicaciones

Existe aplicaciones muy importantes para
el funcionamiento de otras maquinas que requieren
autotransformadores

• Los autotransformadores se utilizan a menudo
  en sistemas eléctricos de potencia, para
  interconectar circuitos que funcionan a tensiones diferentes,
  pero en una relación cercana a 2:1 (por ejemplo, 400
  kV / 230 kV ó 138 kV / 66 kV).

Fig. 7
Autotransformador

• 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 la tensión de
  alimentación y así compensar las apreciables
  caídas de tensión en los extremos de la
  línea.

Fig. 8 Autotransformador de
distribución

• 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

Fig. 9 Autotransformador de arranque
suave para motores

• En sistemas ferroviarios de Alta
  velocidad existen métodos de alimentación
  duales tales como el conocido como 2×25 kV. En este, los
  transformadores de las subestaciones alimentan a +25 kV a la
  catenaria, a -25 kV al feeder o alimentador negativo y con la
  toma intermedia o neutro puesta al carril. Cada cierto
  tiempo, 10 km típicamente, se conectan
  autotransformadores con 50 kV en el primario y 25 kV en el
  secundario De esta manera, la carga (trenes) se encuentra
  alimentada a 25 kV entre catenaria y carril pero la
  energía se transporta a 50 kV, reduciendo las
  pérdidas

Fig. 10 Autotransformador para
sistemas ferroviarios

Conclusiones

En esta investigación concluimos con lo
mencionado en los puntos requeridos anteriormente en que
encontramos una gran gama de ventajas del autotransformador y
desventajas explicamos el funcionamiento y como opera el
autotransformador en si decimos que el autotransformador se
caracteriza de los demás por tener un solo
bobinado

En otra parte decimos que los autotransformadores
ofrecen aplicaciones como en los sistemas de ferroviarios, en los
arrancadores de motores de jaula de ardilla y en el sistema de
distribución rural

Cita o
referencias

[1]
personales.unican.es/rodrigma/PDFs/autotrafos.pdf.

[2]www.nichese.com/trans-auto.html

[3]
es.wikipedia.org/wiki/Autotransformador

[4]
www.transformadores.net/productos/otros/autotransformadores

[5] Maquinas Eléctricas 3ed –
Stephen Chapman

Autor:

Javier Pillco