Aprendemos el diseño, funcionamiento y uso del autotransformador

Antes de meternos en el concepto de autotransformador hay que saber que un transformador  es una máquina eléctrica que permite aumentar o disminuir la tensión en un circuito eléctrico de corriente alterna, manteniendo la potencia (salvo la que se produce por las perdidas debidas a su propio rendimiento de transformación.

¿Qué es un autotransformador?

Un autotransformador es un transformador especial, ya que tiene un único devanado que actúa a la vez de primario y de secundario. Puede ser concebido como un transformador con un solo bobinado con sus dos bornes accesibles y con un tercer borne accesible que conecta a una toma intermedia del bobinado y el cuarto borne común a alguno de los dos primeros. En otras palabras serían dos bobinados conectados de tal manera que tienen dos de sus cuatro bornes accesibles conectados en común. Esto se puede ver en la imagen izquierda.

¿Cómo funciona un autotransformador?

La relación de transformación de un autotransformador es la relación entre el número de vueltas del devanado completo (serie + común) y el número de vueltas del devanado común. Por ejemplo, con una toma en la mitad del devanado se puede obtener una tensión de salida (en el devanado "común") igual a la mitad del de la fuente (o viceversa). Dependiendo de la aplicación, la porción del devanado que se utiliza solo para el circuito de alta tensión se puede fabricar con alambre de menor calibre (puesto que requiere menos corriente) que la porción del devanado común a ambos circuitos.

Los autotransformadores se utilizan para interconectar circuitos que funcionan a tensiones diferentes, pero en una relación cercana a 2:1 (por ejemplo, 400 kV / 230 kV o 138 kV / 66 kV). En la industria, se utilizan para conectar máquina 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.

Una tipología de autotransformador es el Variac, el cual dispone de un dispositivo mediante el cual se puede mover la toma del devanado. Al no ser fijo y poder moverse, se puede variar la relación de transformación del autotransformador. Por lo tanto, obtener una tensión secundaria variable a voluntad. Se trata de un transformador variable.

Tipos de autotransformador

Transformador elevador

El voltaje de salida de este autotransformador excede el voltaje de entrada. Al contrario que su corriente, que la de entrada supera a la de salida.

Para desempeñar su función elevadora, la corriente alterna (CA) han de estar conectadas a los puntos C y B, mientras que la carga queda conectada a los terminales A y B, tal y como se muestra en la imagen inferior.

Transformador reductor

En un autotransformador reductor el voltaje de salida es menor que el voltaje de entrada, y la corriente de salida es mayor que la corriente de entrada.

Para poder desempeñar una función reductora, las conexiones son inversas respecto a la configuración de un autotransformador elevador. El suministro de corriente se conecta a los terminales fijos A y B del autotransformador, mientras que la carga queda conectada entre los terminales C y B.

Ventaja de los autotransformadores

En comparación con los transformadores bobinados, los autotransformadores o transformadores automáticos ofrecen las siguientes ventajas:

• Mejor precio: es más barato comprar un solo autotransformador que su equivalente en transformadores al uso, es decir, dos transformadores bobinados.
• Menor tamaño: el autotransformador ocupa la mitad de espacio que la combinación de dos transformadores bobinados.
• Mejor regulación: en cuestiones de eficiencia, el autotransformador pierde mucha menos potencia y resistencia.
• Más potencia: debido a una menor caída de tensión e intensidad de vacío, el autotransformador ofrece mayor potencia que los transformadores de dos devanados.
• Facilidad de instalación: son más fáciles de construir  y fabricar, ya que su diseño reducido requiere menos cantidad de cobre.

Desventajas de los autotransformadores

Pero no todo son ventajas, el principal inconveniente es que no existe aislamiento entre los circuitos primario y secundario de cada fase. En un transformador normal los dos devanados de una fase están aislados entre sí, tienen separación galvánica, están ligados a través de un campo magnético, pero eléctricamente están separados.

Sin embargo, en un autotransformador este aislamiento eléctrico no existe; pues se trata del mismo devanado que actúa a la vez como primario y como secundario. Para entender el problema pongamos como ejemplo que se tiene una relación de transformación de 1000/100 V; por tanto entre los terminales A y A’ hay 1000 V y entre los terminales a y a’ hay 100 V,  siendo A’ = a’ el borne común. Si por accidente el terminal A se conectara a tierra se tiene que, como entre A y A’ hay 1000 V, el punto A’ está a una tensión de 1000 V con respecto a tierra. Esto significa que el lado de B.T. entre a y a’ hay 100 V, pero a’ se encuentra a 10000 V con respecto a tierra. Es decir, en un circuito de B.T. pueden aparecer tensiones muy elevadas con respecto a tierra.

Seguro que os habéis cruzado y os cruzaréis en vuestra vida profesional con autotransformadores, espero que si no sabíais de estas máquinas, este post os ayude.