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15 enero, 2015

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El Autotransformador: Ventajas y desventajas

Resumen

 

El autotransformador es una maquina que funciona como un transformador común, pero con algunas diferencias en su construcción ya que este tiene un solo bobinado y se caracteriza por tener una alta gama de ventajas. En este artículo daremos a conocer su principio de funcionamiento, operación, ventajas/desventajas y sus aplicaciones.

 

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.

 

image001

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.

 

Autotranformador elevador

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.

 

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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 alternaregulable en tensión. de esta manera tenemos una maquina de CA más eficaz.

 

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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.

 

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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

 

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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).

 

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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.

 

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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.

 

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Fig. 9 Autotransformador de arranque suave para motores
Leer más: http://www.monografias.com/trabajos93/los-autotransformadores/los-autotransformadores.shtml#ixzz3GoW5uYOi

 

  • 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.

 

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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

 

Se agradece al profesional Javier Pillco por el valioso aporte.

 

Fuente: www.monografias.com

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5 Comentarios Publica un comentario
  1. avatar
    Ricardo Garcia
    May 14 2019

    Felicidades, Excelente articulo.

    Solo un comentario: Cuando explicas los diferentes tipos de auto-transformadores, en la sección B, la explicación del auto-transformador Elevador no corresponde a la figura-2.

    Saludos

    Responder
  2. avatar
    Ene 9 2019

    Alguien por favor podría explicar con más detalle este fragmento del artículo “…un transformador incrementa su capacidad de transferir potencia al ser conectado como autotransformador”.

    Responder
  3. avatar
    Deivis Rojas
    Jul 27 2018

    Excelente explicacion, mas claro estoy ahora… requiero un equipo de estos para mi trabajo en instalaciones para sonido en conciertos

    Responder
  4. avatar
    Jose nicolas
    Nov 17 2017

    Como llevar la tensión del punto neutro a cero

    Responder
  5. avatar
    Diego
    Nov 13 2017

    Excelente, muy claro todo. Solo se debe en el punto B “autotransformador elevador” verificar que lo escrito: “Si se aplica una tensión alterna entre los puntos C y D” debe ser entre los puntos A y B.
    Por lo tanto en “y se mide la tensión de salida entre los puntos A y B” debe ser “entre los puntos C y D”, esto con el fin de que este acorde con la Fig. 2 Autotransformador elevador.

    Responder

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