Autotransformadores: funcionamiento, relación de transformación y ahorro de cobre

Resumen

El texto explica qué es un autotransformador y por qué resulta más económico que un transformador de dos devanados cuando solo hay que cambiar el voltaje en una pequeña proporción. Describe cómo circulan las corrientes por el devanado único y compara el ahorro de cobre y de hierro frente a un transformador común.

Puntos clave

Un autotransformador usa un único devanado continuo como primario y secundario.
Primario y secundario no están aislados eléctricamente entre sí, a diferencia del transformador de dos devanados.
Transfiere energía por acoplamiento magnético y por conexión eléctrica directa.
Es útil cuando la relación de transformación es pequeña, por ejemplo de 110 a 120 V o de 13,2 a 13,8 kV.
Si v1/v2 = 2, el ahorro de cobre es del 50 %.
Al tener menos espiras, puede usar un circuito magnético más pequeño, reduciendo el peso del hierro y las pérdidas.

Ponte a prueba

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.

Preguntas frecuentes

¿Qué es un autotransformador?

Es un transformador formado por un devanado continuo que sirve a la vez de primario y de secundario. Sus tensiones de entrada y salida no están aisladas entre sí.

¿Por qué se usa un autotransformador en lugar de un transformador común?

Cuando solo hay que cambiar el voltaje en una pequeña cantidad, un transformador con dos devanados completos resulta demasiado costoso. El autotransformador reduce el uso de cobre y de hierro.

¿Cuánto cobre ahorra un autotransformador?

Según el ejemplo del texto, si v1/v2 es igual a 2, el ahorro de cobre es del 50 %. El ahorro depende de la relación de transformación.