Autotransformadores: Eficiencia y Ahorro en Transformación de Voltaje

Autotransformadores

Es necesario cambiar los niveles de voltaje únicamente en una pequeña cantidad, por ejemplo, necesitarse cambiar el voltaje de 110 a 120 voltios o de 13,2 a 13,8 kvoltios. En estas circunstancias, es demasiado costoso elaborar un transformador con dos devanados completos independientes y dimensionados para obtener casi el mismo voltaje. Entonces, en su lugar, se utiliza un transformador especial llamado autotransformador. Este está formado por un devanado continuo que se utiliza a la vez como primario y secundario, por lo que las tensiones de alimentación y de salida no van aisladas entre sí, a diferencia del transformador de dos devanados. Un autotransformador transfiere energía entre los dos circuitos, en parte por acoplamiento magnético y en parte por conexión eléctrica directa.

Dibujo

Se observa que el transformador necesita N1 espiras en el primario y N2 en el secundario. En cambio, el autotransformador solo emplea N1 espiras. En una parte de ellas, que denominaremos N1 - N2, circula una corriente i1, mientras que por la otra parte del primario, que en una derivación toma N2 cantidad de espiras, circulará una corriente i2 - i1 en el sentido indicado en el dibujo.

Relación de Transformación y Ahorro de Material

Como lo que se busca en un autotransformador es obtener una pequeña relación de transformación y reducir el costo de un transformador común, se debe tener en cuenta la cantidad de cobre que se debería utilizar en un transformador en relación con el cobre que se utiliza en el autotransformador. Esta relación está dada por la siguiente ecuación:

Donde:

• Ga: peso del cobre del autotransformador
• G1: peso del cobre del transformador

Lo que indica un ahorro en material del autotransformador respecto de un transformador común. Por ejemplo, si v1/v2 es igual a 2 (v2/v1 = 0,5), se tiene una economía de cobre del 50%. Además, esta reducción del número de espiras totales permite también utilizar circuitos magnéticos con menos ventajas, lo que supone un menor peso en el hierro. En consecuencia, el autotransformador tiene menos pérdidas en el cobre y en el hierro, lo que mejora el rendimiento y la caída de tensión en comparación con el transformador común.