Definición de autotransformador
El autotransformador tiene un solo devanado en un núcleo de hierro. Uno de los terminales de bobina es común tanto a la entrada como a la salida, y el otro terminal de salida es móvil para que pueda hacer contacto con cualquier giro en el devanado.
Autotransformador escalonado/ escalonado
Un autotransformador se puede utilizar como transformador escalonado o escalonado. Como un paso hacia arriba, a menudo se conoce como un impulso, y como un paso hacia abajo, se llama una conexión buck. La figura 1 muestra la representación esquemática de la conexión buck, mientras que la figura 2 muestra la conexión boost.
Principio de funcionamiento del autotransformador
El autotransformador cumple una función similar a la del transformador ordinario para elevar o reducir la tensión. Consiste en un único devanado continuo con un grifo que sale en algún punto intermedio, como se muestra en la Fig.1. Debido a que los devanados primario y secundario del autotransformador están conectados físicamente, la tensión de alimentación y la de salida no están aisladas entre sí.
Fig.1: Diagrama de autotransformador
Cuando se aplica un voltaje V1 al primario del autotransformador, los voltajes inducidos están relacionados por
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Descuidar las caídas de tensión en los devanados
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Cuando se conecta una carga al secundario del autotransformador, una corriente I2 fluye en la dirección indicada en la Fig.1. Por la ley actual de Kirchhoff,
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Al igual que en el transformador ordinario, las vueltas de amperio primarias y secundarias se equilibran entre sí, excepto por la pequeña corriente necesaria para la magnetización del núcleo:
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La ecuación 4 también se puede escribir como
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Sustituyendo la ecuación (5) en la Ecuación (3), la relación de la corriente de devanado se encuentra como
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En un autotransformador, la potencia total transmitida del primario al secundario en realidad no pasa a través de todo el devanado. Esto significa que se puede transferir una mayor cantidad de potencia sin exceder la potencia nominal de los devanados del transformador.
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Del mismo modo, la potencia aparente de salida viene dada por
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Sin embargo, la potencia aparente en los devanados del transformador es
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Esta potencia es el componente de la potencia transferida por acción del transformador o por inducción electromagnética.
La diferencia (S2-Sw) entre la potencia aparente de salida y la potencia aparente en los devanados es el componente de la salida transferida por conducción eléctrica. Esto es igual a
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Ventajas de un autotransformador
Tenga en cuenta que si la relación de vueltas del transformador es grande, la potencia nominal como autotransformador será mucho mayor que la nominal como transformador convencional. En un transformador convencional, toda la potencia se transforma, mientras que en un autotransformador, la mayor parte de la potencia se conduce a un potencial elevado. Como resultado, un autotransformador es mucho más pequeño que un transformador convencional de la misma clasificación.
Otras ventajas de un autotransformador sobre un transformador de dos devanados son:
- Más barato
- Más eficiente, porque las pérdidas permanecen iguales mientras la clasificación aumenta en comparación con un transformador convencional
- Menor corriente de excitación
- Mejor regulación de voltaje
Desventajas de un Autotransformador
Algunas de las desventajas de un autotransformador
- Corriente de cortocircuito más grande
- No existe aislamiento entre los devanados primario y secundario
- Solo útil para cambios de voltaje moderadamente más pequeños
Las aplicaciones de Autotransformador
Las aplicaciones prácticas de autotransformadores incluyen:
- Generalmente se utilizan para conectar líneas de transmisión de tensiones ligeramente diferentes ( p. ej., 115 kV y 138 kV o 138 kV y 161 kV)
- Se emplean para compensar las caídas de tensión en circuitos de alimentación largos donde es importante que cada dispositivo de carga reciba el mismo voltaje ( por ejemplo, en circuitos de iluminación de aeródromos para garantizar una intensidad de lámpara uniforme)
- Ofrecen control de tensión variable en la configuración del laboratorio: a medida que movemos el contacto deslizante, prácticamente toda la bobina puede convertirse en la bobina de serie. Por lo tanto, toda la bobina debe dimensionarse para la corriente máxima.
- Se utilizan para ajustar el voltaje de salida del transformador para mantener el voltaje del sistema constante con carga variable.
Ejemplo de autotransformador
Un transformador monofásico, de 10 kVA, 440/110 V, de dos devanados está conectado como autotransformador para suministrar una carga a 550 V desde una fuente de 440 V como se muestra a continuación. Calcule lo siguiente.
- Clasificación kVA como autotransformador
- potencia aparente transferida por conducción
- potencia aparente transferida por inducción electromagnética
Solución
El transformador monofásico de dos devanados se vuelve a conectar como autotransformador, como se muestra en la Fig.2. Las clasificaciones actuales de los devanados están dadas por
Fig.2: Ejemplo de Autotransformador
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A carga completa o nominal, las corrientes terminales primaria y secundaria son
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Por lo tanto, la calificación kVA del autotransformador es
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Tenga en cuenta que este transformador, cuya calificación como transformador ordinario de dos devanados es de solo 10 kVA, es capaz de manejar 50 kVA como autotransformador. Sin embargo, no todos los 50 kVA se transforman por inducción electromagnética. Una gran parte se transfiere simplemente eléctricamente por conducción.
La potencia aparente transformado por inducción es
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La potencia aparente transformado por conducción es
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