Definición y Funcionamiento

Un autotransformador es un transformador especial que para cada fase tiene un único devanado que actúa a la vez de primario y de secundario. Esto es debido al pequeño valor de su tensión relativa de cortocircuito.

En esencia se caracteriza el autotransformador por poseer un solo circuito eléctrico, del cual parten cuatro salidas, dos primarias A y B y dos secundarias C y B (Fig.1). Entre las bornas A y B, el bobinado tiene N1 espiras, cuyo número corresponde a la alta tensión.

Figura 1

En este bobinado se ha efectuado una derivación en el punto C distante, N2 espiras del extremo B, de forma que el trozo BC corresponde a la baja tensión. Así pues, en este bobinado se distinguen dos partes distintas, una CB común a los circuitos de alta y baja tensión y otra AC conectada en serie con la anterior, que pertenece sólo a la alta tensión.  Los conductores que forman el bobinado pueden ser:


1._Funcionamiento en vació

Un autotransformador funciona en vacío cuando, estando abierto el circuito secundario, existe la tensión nominal entre las bornas primarias. Así en el autotransformador monofásico de la figura 1, funciona en vacío y entre las bornas A-B. Existe la tensión V1. Por el bobinado circula la corriente de vacío de Intensidad io pequeña respecto de la corriente de carga, ya que toma solamente el valor necesario para mantener el flujo en el circuito magnético.

Al igual que en los transformadores, si se divide la tensión en alta entre la tensión en baja, resulta una cantidad m que se llama relación de transformación  Dividiendo el número de espiras N1 del primario entre el número de espiras del secundario N2 también se obtiene el mismo valor m.

Se da el nombre de relación de transformación de un autotransformador, al cociente de los números de espiras, total y secundario.
También es interesante saber que número de voltios por espira de un transformador o de un autotransformador:

2._Funcionamiento en carga:

Un autotransformador monofásico funciona en carga, cuando se conecta entre las bornas secundarias B y C un circuito exterior (figura 2). Entonces el circuito secundario es recorrido por la corriente de carga de valor I2 y el autotransformador absorbe de la red primaria una corriente de mayor intensidad que la absorbida en vacío, ya que es preciso que los amperios-vueltas primarios se opongan a los creados por la, corriente secundaria a fin de que resulte constante el valor del flujo.

Al objeto de llegar a conocer el sentido relativo de las distintas corrientes que existen en un autotransformador que funciona en carga, es necesario establecer el instante en el cual la carga de un autotransformador tensión V1 es de sentido tal que el potencial de A es mayor que el de B, lo que determina que la fuerza electromotriz generada en la bobina tenga el sentido opuesto, es decir, de B a A.

En cuanto al sentido de la corriente primaria, en el instante considerado, que ha de ser el mismo que el de la tensión aplicada, viene representado por la flecha I1 Por su parte, el sentido de la corriente secundaria I2 es el mismo que el de la fuerza electromotriz, por serlo también el de la tensión en bornas secundarias. Así pues, su sentido queda representado por la flecha I2.

Figura 2

La intensidad de corriente en la parte común ha de ser igual a la diferencia de intensidades de corriente primaria y secundaria, resultado que pone de manifiesto la gran ventaja del autotransformador, consistente en que la parte común del bobinado puede ser construida con un conductor de sección relativamente pequeña, ya que por él circula una corriente de intensidad también pequeña.

El sentido de la corriente en la parte común BC viene señalado por la flecha I2-I1, lo que se hace evidente teniendo en cuenta que la corriente secundaria I2 es mayor que la primaria I1. En efecto, en carga resultan muy aproximados los amperios-vueltas primarios y secundarios, es decir, que se verifica.

N1.I1 = N2.I2

De donde se deduce que las intensidades de corriente están en razón inversa que las tensiones y que la corriente I2 es mayor que I1.

Referencias Bibliográficas 

• Transformadores y Autotransformadores, ensayos en vació y verificación [PDF] <http://www.educarchile.cl/UserFiles/P0029/File/Objetos_Didacticos/ELE_06/Recursos%20Conceptuales/Transformadores.pdf>  [Consulta: 16/01/2013].



Constitución General de un Autotransformador

La construcción de un autotransformador es similar a la de un transformador, pero entre ambas clases de máquinas existe una diferencia esencial derivada de que en el transformador cada fase tiene dos bobinados independientes, uno de alta tensión y otro de baja, mientras que en el autotransformador cada fase dispone de un solo bobinado con tres bornas de salida.

Aparentemente es difícil apreciar esta diferencia, ya que incluso cada fase del autotransformador está constituida por las dos bobinas independientes que se indican a continuación:

• Bobina común formada por un elevado número de espiras, ya que debe estar calculado para la tensión secundaria. El conductor de la bobina común es de poca sección, sólo la necesaria para permitir el paso de una corriente, cuya intensidad es igual a la diferencia entre las corrientes secundaria y primaria.
• Bobina serie formada por un número de espiras N1 pequeño, ya que ha de
  estar prevista para una tensión diferente de las tensiones primaria y secundaria. La sección de conductor de la bobina serie ha de ser grande, ya que queda recorrida por la corriente total absorbida por el autotransformador de la línea de alimentación.

Las dos bobinas, común y serie, van dispuestas concéntricamente en una misma columna, al igual que sí fueran los dos bobinados de un transformador normal (figura 1). Se acostumbra a colocar en el interior la bobina serie y al exterior la bobina común, debido a que ésta es más propensa a averías. Las dos bobinas quedan conectadas directamente mediante un puente de conexión C que une los dos extremos inferiores de las bobinas. Del conjunto se sacan tres salida, dos de ellas A y B en los extremos libres de las bobinas y la tercera C del puente de conexión.

Obsérvese que para conseguir el adecuado sentido de las corrientes en las bobinas, es preciso que ambas sean construidas en sentido inverso, es decir, que una es ejecutada de plato a punto y la otra de punto a plato.

Partes de un Autotransformador 

Tipos de Autotransformadores

Autotransformadores para antenas móviles de 3 a 30Mhz 

• Autotransformador lineal para antena móvil.

• Autotransformador toridal para antena móvil.

• Autotransformador toroidal con llave selectora de impedancia.

Ventaja de los Autotransformadores:

La gran ventaja que se consigue con el empleo de los autotransformadores, que consiste en que su núcleo es más pequeño que el de un transformador de igual potencia. Esta ventaja es tanto mayor cuanto más próximos son los valores de las tensiones primaria y secundaria.

Inconveniente del autotransformador:

El mayor inconveniente del autotransformador consiste en el hecho de que ambos circuitos, primario y secundario, tienen un punto común (el puente de conexión), lo que entraña la posibilidad de que, por error o avería en la línea de alta tensión, el valor de ésta se comunique a la línea de baja tensión, con los peligros subsiguientes, si los aislamientos de la red de baja no están previstos para la alta tensión.

Autotransformador trifásico:

En un autotransformador trifásico cada fase está constituida por un bobinado ejecutado como el que se ha expuesto para el autotransformador monofásico.

Las tres fases de un autotransformador trifásico son unidas en estrella, para lo cual se unen los extremos libres de las bobinas comunes (figura 3). Las bornas de alta tensión, son los extremos libres de las bobinas serie, mientras que las bornas de baja tensión salen de los puentes de conexión de las bobinas serie y común. En un autotransformador trifásico se puede disponer de conductor neutro si fuera necesario.

La teoría y reglas expuestas para los autotransformadores monofásicos son aplicables a los trifásicos sin más que tener en cuenta que en éstos la tensión por fase es /3 veces más pequeña que la tensión de línea.

Empleo de los autotransformadores:

El examen de las ventajas e inconvenientes de los autotransformadores permite deducir sus posibilidades prácticas de utilización Estas máquinas son adecuadas en los siguientes casos:

• En transformaciones de energía eléctrica cuando son aproximados los valores de, las tensiones primaria y secundaria. Tal sucede en interconexiones de dos redes de alta tensión, de 66.000 y 60.000 voltios por ejemplo. Desde el punto de vista de esta clase de aplicaciones se puede afirmar que las ventajas del autotransformador sobre el transformador quedan superadas por los inconvenientes cuando la alta tensión es de valor doble que la baja.
• Para el arranque de motores síncronos y asíncronos de mediana y gran potencia. En un autotransformador de arranque se ejecutan dos o más derivaciones en las bobinas serie, las cuales permiten someter al motor a tensiones progresivamente crecientes al objeto de conseguir el arranque del motor en las condiciones deseadas.

Referencias Bibliográficas 

• Transformadores y Autotransformadores, ensayos en vacio y verificación [PDF] <http://www.educarchile.cl/UserFiles/P0029/File/Objetos_Didacticos/ELE_06/Recursos%20Conceptuales/Transformadores.pdf>  [Consulta: 16/01/2013].
• Autotransformadores de Antenas Móviles [En Línea] <http://www.mercomundo.com/Tameco/Tameco-02.htm> [Consulta: 24/01/2013]
• Autotransformador Trifásico [En Línea]                      <http://www.cl.all.biz/img/cl/catalog/27997.jpeg> [Consulta: 18/01/2013].
• Partes de un Autotransformador [En Línea]                  <http://html.rincondelvago.com/000775740.jpg > [Consulta: 24/01/2013].