Autotransformadores

Los autotransformadores son transformadores donde una parte del devanado es común tanto al primario como al secundario.

 

El principio de funcionamiento es el mismo que el de el transformadorcomún, entonces la relación de transformación entre las tensiones y las corrientes y el número de vueltas 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 autotransformadorfuncione adecuadamente, los dos devanados deben tener el mismo sentido de bobinado.

 

Autotransformadores reductores

- 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.

 

En este caso la relación de vueltas del autotransformador es: Ns / Np < 1

 

Autotransformadores elevadores

 

- 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 elautotransformador es elevador de tensión.

 

 

En este caso la relación de vueltasdel autotransformador es: Ns / Np > 1

Los autotransformadores tienen la ventaja sobre los transformadores comunes, de un peso y costo menor. En lugar de tener un bobinado de alta tensión de N1 espiras, se debe preveer, para el bobinado de baja tensión, con un número N2 de espiras, un número de espiras adicional de N1 - N2.

 

También hay que tomar en cuenta que el conductor de la sección común del bobinado, debe de tener una sección de cobre en función de la diferencia de corrientes entre baja y alta tensión.

 

Otra ventaja es la de no necesitar aislamiento entre los bobinados primario y secundario. Sin embargo esto trae la desventaja de que el bobinado primario no es independiente del secundario.

 

Esto causa peligro para una persona, pues entre tierra y el hilo común del secundario y el primario, existe la tensión del primario. Ver diagrama del autotransformador reductor.

Esquema de un transformador

Como sabemos un transformador está constituido por dos bobinados y un núcleo ferromagnético que es el encargado de proporcionarle al flujo, un camino de menor reluctancia que al aire. Podemos entonces dibujar al transformador de la siguiente manera:

Los puntos negros en ambos bobinados (primario y secundario) representan los bornes homólogos. Estos resultan de hacer un análisis de flujos; como definición de bornes homólogos podemos decir que son los terminales que cumplen la condición de poseer instantáneamente el mismo potencial.

Relación de transformación

Es sabido que la fmm que actúa en un transformador es la misma, podemos entonces decir.

Fmm1=Fmm2

De la ley de Maxwell-Amper

Fmm1=N*I1

Entonces

N1*I1=N2*I2 (2)

Despejando

Podemos hablar una relación entre las tensiones si decimos que:

Y multiplicamos ambos miembros por I1/I2 tenemos:

Donde N1*I1=N2*I2 por (1); por lo tanto

De donde deducimos no solo que las relaciones existen entre las tensiones , sino que también vemos las potencias aparentes de entrada y salida son iguales.

Principios de funcionamiento de un transformador

El principio de funcionamiento es el siguiente para un transformador monofásico, siendo válido para un transformador trifásico, constituido prácticamente por tres transformadores trifásicos montados en un núcleo común y aunque se representan los bobinados primario y secundario en distinta columna magnética es válido para la disposición en la misma columna.

Supongamos que la bobina P (bobina primaria) es alimentada con una tensión E_p (tensión primaria). Esta tensión primaria produce una corriente I_p (corriente primaria).

Al atravesar esta corriente I_p las espiras N_p de dicha bobina crea una fuerza electromotriz que origina un flujo en el núcleo magnético f.

Sobre este núcleo magnético, a su vez, está arrollada la bobina S (bobina secundaria) que será atravesada por dicho flujo. Este flujo que es alternativo (igual que la corriente I_p), al atravesar la bobina S induce en ella una fuerza electromotriz E_s que a su vez produce una corriente I_s .

Así pues, vemos que sin ningún contacto se ha producido una corriente I_s en la bobina S , que además, como es lógico, están relacionadas con las tensiones que los han producido, cuyos valores son:

E_p = 4,44 * F * N_p * B * 10^-8 Voltios    y     E_s = 4,44 * F * N_s * B * 10^-8 Voltios

donde:

• E_p = Fuerza electromotriz de la bobina P (V).
• E_s = Fuerza electromotriz de la bobina S (V).
• N_p = Número de espiras del devanado primario.
• N_s = Número de espiras del devanado secundario.
• B = Flujo magnético que atraviesa el núcleo (Wb).
• F = Frecuencia de la corriente (Hz).

Si dividimos las dos ecuaciones anteriores, miembro a miembro, obtenemos:

E_p/E_s = N_p/N_s = r_t

que nos dicen que las tensiones de los devanados primario y secundario son proporcionales a los números de espiras, denominando estas relaciones como "relación de transformación". Si la relación es mayor que la unidad se dice que el transformador es reductor de tensión (E₁ > E₂), y si la relación es menor que la unidad se dice que el transformador es elevador de tensión (E₁ < E₂).

• Transformadores elevadores (N_p < N_s)
• Transformadores reductores (N_p > N_s)

El Transformador es una máquina de rendimiento muy elevado, y suponiendo que este fuese del 100% (sin pérdidas) ocurrirá que la potencia del devanado primario seria igual a la del devanado secundario, teniendo:

P_p = E_p * I_p * cos j

P_s = E_s * I_s * cos j

Suponiendo P_p = P_s.

Si igualamos y tenemos en cuenta que cos j del primario es aproximadamente igual a cos j del secundario, tendremos:

E_p/E_s = I_p/I_s = rtc

Esta igualdad será tanto más cierta cuanto mayor sea la carga y nos dice que las tensiones de los devanados de un transformador son inversamente proporcionales a la intensidad y éstas a los números de espiras. A esta relación se le denomina "relación de transformación de carga" (rtc).

¿Qué es un transformador?

Es un dispositivo eléctrico que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna por medio de interacción electromagnética.  Está constituido por dos o más bobinas(generalmente dos bobinas) aisladas entre sí eléctricamente y por lo general enrolladas alrededor de un mismo núcleo de material ferromagnético.

Los transformadores son dispositivos basados en el fenómeno de la inducción electromagnética y están constituidos, en su forma más simple, por dos bobinas devanadas sobre un núcleo cerrado, fabricado bien sea de hierro dulce o de láminas apiladas de acero eléctrico, aleación apropiada para optimizar el flujo magnético. Las bobinas o devanados se denominan primario y secundario según correspondan a la entrada o salida del sistema en cuestión, respectivamente.