Auto Transform Adores

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA ELECTROTECNIA

ELECTROTECNIA TEMA: “Autotransformadores”

AUTORES: - Ácaro Jaime - Álvarez Jorge - Morán Ernesto PARALELO: 2 FECHA: 31/05/2016

PRIMER SEMESTRE: Abr. 2016 – Ago. 2016

QUITO - ECUADOR

DEFINICIÓN Un autotransformador es una máquina eléctrica, de construcción y características similares a las de un transformador, al igual que los transformadores, los autotransformadores funcionan basados en el principio de campos magnéticos variantes en el tiempo. Los autotransformadores también pueden equiparse con cambiadores de toma automáticos y utilizarlos en sistemas de transmisión y distribución para regular la tensión de la red eléctrica.(Rodríguez, 2012)

EXPLICACIÓN Es necesario cambiar los niveles de voltaje únicamente en una pequeña cantidad, por ejemplo cambia el voltaje de 110 a 120 volt. o de 13,2 a 13,8 kV. En estas circunstancias es demasiado costoso elaborar un transformador con 2 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 2 devanados, un auto transformador transfiere energía entre los dos circuitos, en parte por acoplamiento magnético y en parte por conexión eléctrica directa.

DIFERENCIA DE UN AUTOTRANSFORMADOR A TRANSFORMADOR La diferencia es que un autotransformador, sólo posee un único devanado (es cualquier dispositivo físico capaz de crear una zona de campo magnético uniforme.) alrededor de un núcleo ferromagnético, Dicho devanado debe tener al menos tres puntos de conexión eléctrica; la fuente de tensión y la carga se conectan a dos de las tomas, mientras que una toma (la del extremo del devanado) es una conexión común a ambos circuitos eléctricos (fuente y carga). Cada toma corresponde a una tensión diferente de la fuente (o de la carga, dependiendo del caso). (Rodríguez, 2012) RELACIONES DE TENSIONES Y CORRIENTES. En un autotransformador, la porción común (llamada por ello "devanado común") del devanado único actúa como parte tanto del devanado "primario" como del "secundario". La porción restante del devanado recibe el nombre de "devanado serie" y es la que proporciona la diferencia de tensión entre ambos circuitos, mediante la adición en serie (de allí su nombre) con la tensión del devanado común. La transferencia de potencia entre dos circuitos conectados a un autotransformador ocurre a través de dos fenómenos: el acoplamiento magnético (como en un transformador común) y la conexión galvánica (a través de la toma común) entre los dos circuitos. (Rodríguez, 2012)

PÉRDIDAS Y RENDIMIENTO El autotransformador es más eficiente (mejor rendimiento) que un transformador normal, con potencias parecidas.

En cuanto a los inconvenientes, cabe reseñar la pérdida de aislamiento eléctrico entre la tensión del primario y la tensión del secundario. Los autotransformadores se pueden utilizar del mismo modo que los transformadores convencionales, es decir, tienen las mismas utilidades. Asimismo, los transformadores convencionales o de dos bobinas se pueden convertir en autotransformadores si se conectan de determinadas formas. (Medina, 2013) Como mencionamos antes unas de las características de un autotransformador es el hecho de que a diferencia de los transformadores de varios bobinados, este transformador no brinda un aislamiento galvánico entre el primario y el secundario dado que ambos están conectados físicamente mediante el devanado común. Esta característica, como mencionamos, es una de sus principales desventajas, pero también le brinda una de sus principales ventajas, como es el hecho de poder manejar mayor potencia que un transformador conectado en forma convencional. (Medina, 2013) Tipos de autotransformador A. Autotransformador reductor 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.

Fig. 1. Autotransformador reductor Relación de vueltas Ns / Np < 1 B. Autotransformador elevador 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 el autotransformador es elevador de tensión.

Fig. 2 Autotransformador Elevador Relación de vueltas Ns / Np > 1

CIRCUITOS EQUIVALENTES Los circuitos equivalentes son útiles para la determinación del comportamiento externo de los autotransformadores como elementos de circuito. Interiormente, el autotransformador es exactamente igual que un transformador ordinario de dos circuitos, y por tanto, pueden deducirse circuitos equivalentes de dos circuitos. AUTO- TRANSFORMADORES IDEALES Suponiendo que un auto transformador sea del tipo ideal no tendrá perdidas y la corriente necesaria para provocar el flujo será mínima, por esto las potencias de entrada y salida serán iguales

APLICACIONES

Los autotransformadores se utilizan a menudo en sistemas eléctricos de potencia, para interconectar circuitos que funcionan a voltajes diferentes, pero en una relación cercana de 2 a 1. Ejemplo: 400 Kv/230 Kv o de 138 kv/66 Kv. En la industria, se utiliza para conectar maquinaria fabricada para tensiones nominales diferentes a la de la fuente de alimentación. Por ejemplo motores de 480 V conectados a una alimentación de 600 V. Se utilizan también para conectar aparatos, electrodomésticos y cargas menores en cualquiera de las dos alimentaciones más comunes a nivel mundial como de 100 a 130 V y de 200 a 250 V. En sistemas de distribución rural, donde las sustancias son largas, se puede utilizar autotransformadores especiales con relaciones alrededores de 1:1, aprovechando la multiplicidad de tomas para variar el voltaje de alimentación y así compensar las apreciables caídas de tensión en los extremos de la línea. Se utilizan autotransformadores también como método de arranque suave para motores de inducción tipo jaula de ardilla, los cuales se caracterizan por demandar una alta corriente durante el arranque. En los sistemas de potencias es común utilizar autotransformadores, ya que cuando más cercanos sean los voltajes mayores será la ventaja de potencia del autotransformadores. También se usan como transformadores variables, donde la toma de bajo voltaje se mueve hacia arriba y hacia abajo en el devanado. Esta es una forma muy conveniente de obtener un voltaje variable. VENTAJAS DE UN AUTOTRANSFORMADOR Menor Tamaño Menor Costo Mejor Rendimiento Mejor factor de Potencia Mejor regulación de Tensión Menores caída de tensión Es más fácil de Construir y requieren menos cobre. Las perdidas eléctricas siempre son menores que las perdidas magnéticas. DESVENTAJAS DE UN AUTOTRANSFORMADOR Hay una conexión física directa entre el circuito primario y secundario, por lo que se pierde el aislamiento eléctrico en ambos lados. Peligro de corte de una espira, lo que produciría que el secundario quede sometida a la tensión del primario. Baja regulación de tensión debido a su baja impedancia equivalente. No tienen aislamientos en los primarios y secundarios.

Tiene una tensión de cortocircuito pequeño lo que plantea el inconveniente de que la corriente en caso de corto circuito es elevada. En comparación con el Transformador:

EJEMPLO DE APLICACIÓN Considere el transformador monofásico que se ilustra en la Figura 3. I1

V1=1.000 V

I2

ZL

V2=100 V

Figura 3. Transformador monofásico S = 1 kVA Los datos nominales del transformador son: V1 = 1.000 V V2 = 100 V

I1 = 1 A I2 = 10 A a) Se pide reconectar el transformador como un autotransformador elevador con polaridad aditiva y calcular: i) Las corrientes del autotransformador. ii) La potencia nominal del autotransformador I2

VS I1 ZL

V1=1.000 V

V2

Ic

Al ser conectado como autotransformador elevador se pueden extraer las siguientes conclusiones: V2 = V1+VS = 1.000 +100 = 1.100 V i) La corriente I2 es la del secundario del transformador original y la corriente Ic es la que circula por el enrollado del primario del transformador. Por lo tanto: I2 = 10 A Ic = 1 A De donde se puede concluir que: I1 = I2+Ic = 11 A ii) Por lo tanto la potencia nominal del autotransformador es: S = I1V1 = I2V2 = 11 kVA

Se puede apreciar que la potencia transferida por el autotrafo es 11 veces mayor que la del transformador original. b) Conecte ahora el transformador como un autotransformador en bajada y calcule las mismas variables consideradas en el numeral anterior. I1

Vp

I2 V1

Ic

ZL

V2

V1 = V2 + VP = 100 + 1.000 = 1.100 V i) Al hacer el análisis de corrientes se puede observar que I1 es la corriente que circula por el enrollado del primario, mientras que Ic es la que circula por el secundario. Por lo tanto: I1 = 1 A IC = 10 A Luego, I2 = I1 + IC = 1 + 10 = 11 A ii) La potencia nominal del autotransformador será: S = I1V1 = I2V2 = 1, 1 kVA Se puede observar que la potencia transferida cambió notablemente al variar la relación de transformación. Bibliografia Pimentel, C. El autotransformador. http://www.calameo.com/read/00037915698d1bdcfdf93

Disponible

en:

Rodríguez, W. (2012). Autotransformadores. http://personales.unican.es/rodrigma/PDFs/autotrafos.pdf

Disponible

en:

Medina, W. (2013). Autotransformadores. Disponible http://wilmartecnologic.blogspot.com/2013/01/constitucion-general-de-un.html

en:

CHAPMAN, Stephen J. Maquinas Electricas. Cuarta Edicion. Mexico D.F., Editorial McGraw-Hill /INTERAMERICANA EDITORES, S.A. DEC.V.,2005 El autotransformador. Mexico D.F.,2005. 109p.116p. Edminister, Joseph A.,NAHVI, Mahmond. Circuitos Electricos. Tercera edicion. Madrid: Editorial McGraw. Hill/ Interamericana de España, S.A. U., 2004.