AUTOTRANSFORMADORIntroduccin Un autotransformador es una mquina elctrica, de construccin y caractersticas similares a las de un transformador, pero que a diferencia de ste, slo posee un nico devanado alrededor de un ncleo ferromagntico. Dicho devanado debe tener al menos tres puntos de conexin elctrica; la fuente de tensin y la carga se conectan a dos de las tomas, mientras que una toma (la del extremo del devanado) es una conexin comn a ambos circuitos elctricos (fuente y carga). Cada toma corresponde a una tensin diferente de la fuente (o de la carga, dependiendo del caso).En un autotransformador, la porcin comn (llamada por ello "devanado comn") del devanado nico acta como parte tanto del devanado "primario" como del "secundario". La porcin restante del devanado recibe el nombre de "devanado serie" y es la que proporciona la diferencia de tensin entre ambos circuitos, mediante la adicin en serie (de all su nombre) con la tensin del devanado comn.La transferencia de potencia entre dos circuitos conectados a un autotransformador ocurre a travs de dos fenmenos: el acoplamiento magntico (como en un transformador comn) y la conexin galvnica (a travs de la toma comn) entre los dos circuitos. Por esta razn, un autotransformador resulta en un aparato ms compacto (y a menudo ms econmico) que un transformador de la misma potencia y tensiones nominales. De igual manera, un transformador incrementa su capacidad de transferir potencia al ser conectado como autotransformador.

La principal desventaja del autotransformador que inmediatamente surge de la conexin planteada es que no dispone de aislacin galvnica entre los bobinados primarios y secundarios, por lo que una elevacin de potencial en un bobinado respecto a un punto repercute directamente en el otro. Por otra parte un cortocircuito en el bobinado serie aplica gran parte o la totalidad en caso de un cortocircuito franco- de la tensin aplicada de un lado en el otro lado del transformador. En general este tipo de transformadores se utilizan con relaciones de transformacin bajas, en general del orden inferior de 3:1 o bien como reguladores de tensin. Segn que bobinado se asigne como entrada el autotransformador podr ser elevador como reductor.FuncionamientoAl igual que los transformadores, los autotransformadores funcionan basados en el principio de campos magnticos variantes en el tiempo, por lo que no pueden ser utilizados en circuitos de corriente continua. Para reducir al mnimo las prdidas en el ncleo debidas a corrientes de Foucault y a la histresis magntica, se suele utilizar acero elctrico, laminado en finas chapas que luego se apilan y compactan. Las lminas del ncleo as construido se orientan haciendo coincidir la direccin del flujo magntico con la direccin de laminacin, donde la permeabilidad magntica es mayor.La relacin de transformacin de un autotransformador es la relacin entre el nmero de vueltas del devanado completo (serie + comn) y el nmero de vueltas del devanado comn. Por ejemplo, con una toma en la mitad del devanado se puede obtener una tensin de salida (en el devanado "comn") igual a la mitad del de la fuente (o viceversa). Dependiendo de la aplicacin, la porcin del devanado que se utiliza slo para el circuito de alta tensin se puede fabricar con alambre de menor calibre (puesto que requiere menos corriente) que la porcin del devanado comn a ambos circuitos; de esta manera la mquina resultante es an ms econmica.Ecuaciones que describen su funcionamiento A continuacin se desarrollan las ecuaciones que definen el funcionamiento de un autotransformador, consecuencia de las ecuaciones generales segn la nomenclatura indicada en la figura 1, y para el caso de un autotransformador utilizado como reductor, si se deseara un elevador se debe intercambiar el A por el B.

Suponiendo un transformador ideal:

Sustituyendo la ecuacin 1 en la ecuacin 3 obtenemos

Utilizando similar razonamiento para las corrientes nos queda

Como mencionamos antes unas de las caractersticas de un autotransformador es el hecho de que a diferencia de los transformadores de varios bobinados, este transformador no brinda un aislamiento galvnico entre el primario y el secundario dado que ambos estn conectados fsicamente mediante el devanado comn. Esta caracterstica, como mencionamos, es una de sus principales desventajas, pero tambin le brinda una de sus principales ventajas, como es el hecho de poder manejar mayor potencia que un transformador conectado en forma convencional. A continuacin se demuestra esta afirmacin: Las potencias que entran y salen al transformador supuesto ideal son,

Por otro lado la potencia que maneja cada devanado es,

Por lo tanto obtenemos,

Queda claro que cuanto ms pequeo es el nmero de vueltas del devanado serie respecto al devanado comn mayor ser la ventaja en cuanto a la potencia, ya que los devanados manejarn menos potencia que la que realmente circula por el transformador. De la ecuacin nmero 10 se desprende entonces que el conectar un transformador estndar en configuracin autotransformado me permitira manejar una potencia mayor que la que podra manejar dicho transformador en una conexin estndar.Impedancia de cc del autotransformadorEl hecho de conectar un transformador estndar como autotransformador tiene otro efecto importante, la reduccin de su impedancia interna, esta reduccin en valores p.u es en una proporcin inversa a la ganancia en potencia que obtenemos de conectar el transformador comn como autotransformador.

A continuacin se demuestra esta caracterstica: Consideremos un transformador clsico, sabemos entonces que:

Conectemos ahora este trafo como autotrafo tal que el lado 1 es el indicado como serie, mientras que el lado 2 es el comn por tanto tendremos que V1 es Vse y V2 es Vc La expresin de la impedancia en por unidad ser por definicin:

Pero sabemos que se cumple que

TRANSFORMADOR MONOFSICOUn transformador es una mquina elctrica esttica capaz de convertir una corriente alterna en otra corriente alterna de diferente tensin e intensidad. Un transformador est compuesto por un ncleo de hierro con dos arrollamientos o devanados separados y aislados entre s, denominados primario y secundario.

Al conectar el devanado primario a una corriente alterna monofsica, se establece un flujo magntico alterno dentro del ncleo. Este flujo atraviesa el devanado secundario induciendo una fuerza electromotriz en el devanado secundario. A su vez, al circular corriente alterna en el secundario, se contrarresta el flujo magntico, induciendo sobre el primario una fuerza contra electromotriz. Desde el punto de vista energtico, un transformador convierte energa elctrica en magntica en el primario, y en el secundario convierte energa magntica en elctrica. El primario se comporta como un receptor y el secundario como un generador. Como el flujo circulando por el ncleo en nico, las tensiones del primario y secundario (fuerza contra electromotriz y electromotriz respectivamente) son proporcionales al nmero de vueltas da cada arrollamiento:Despejando obtenemos:

Donde V1 y V2 son las tensiones en el primario y secundario y N1 y N2 son el nmero de vueltas en el primario y secundario. A la relacin entre el nmero de vueltas en el primario y el secundario la llamamos relacin de transformacin, y la representamos con la letra m. Si el transformador fuese ideal y no tuviese prdidas, la potencia elctrica consumida en el primario sera igual a la generada en el secundario, y puesto que el flujo magntico y las corrientes estn en fase (osea, que se mantiene el desfase):

Y por tanto:

Modelo Elctrico EquivalenteSi bien la configuracin realizada en el transformador ideal de bobinar dos o mas bobinas que comparten un mismo circuito de material magntico es perfectamente posible, en la realidad encontramos que los supuestos realizados sobre las propiedades electromagneticas de los materiales no son ciertas. En efecto siempre va a suceder que: El alambre o conductor con el cual construimos las bobinas tiene una cierta resistividad electrica la cual da lugar a una cierta resistencia R de la bobina que dependera de la Seccion y longitud del conductor utilizado (usualmente Cobre). La permeabilidad magnetica del hierro (nucleo) no es infinita asi como la del medio circundante (en general aire o aceite) no es nula, ademas el material magntico siempre presenta histeresis magnetica con lo cual se presentaran siempre los siguientes efectos:1. Siempre existira un flujo de fugas en el generado por cada bobina que se cierra por el medio sin circular por el nucleo.2. Al haber histeresis y al existir un flujo magnetico impuesto en elnucleo vimos que hay perdidas de energia por histeresis, y adems tambien vimos que existen perdidas por Foucault, por lo cual siempre que se imponga un flujo en el transformador existirn perdidas en el hierro.Conductores no IdealesSupongamos que en el transformador ideal de dos bobinados levantamos el supuesto que los conductores son de resistencia nula. Entonces es facil aceptar que el modelo electrico del transformador puede ser aproximado concentrando la resistencia del conductor de los bobinados en una resistencia Ri para cada uno de ellos permitiendome asumir que los bobinados resultantes no presentan resistencia por lo cual constituyen un transformador ideal, resultando el modelo indicado en la figura

Trafo Real, Conductores con resistencia.El valor de esta resistencia estara dado por la conocida expresin

Donde es la resistividad del material conductor, la cual depende de la temperatura, es la longitud mientras que s es la seccin. El pasaje de las corrientes primarias y secundarias por esta resistencia determinan las perdidas Joule del transformador las cuales estarn dadas por: