informe autotransformador

8/19/2019 informe autotransformador

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AUTOTRANSFORMADORES

I. OBJETIVOSa. Analizar la operación de un autotransformador.b. Conectar un transformador como autotransformador elevador.c. Calcular la relación de transformación, a partir de los valores

medidos.d. Determinar la ventaja de la potencia aparente del

autotransformador en comparación con el transformador.e. Calcular la potencia aparente de la carga.

II. FUNDAMENTO TEÓRICO

a. Principio de funcionaien!o.

El autotransformador puede ser considerado simultáneamente

como un caso particular del transformador o del bobinado con

núcleo de hierro. iene un solo bobinado arrollado sobre el

núcleo, pero dispone de cuatro bornes, dos para cada circuito, !

por ello presenta puntos en común con el transformador. En

realidad, lo "ue conviene es estudiarlo independientemente,

pues as# se simpli$ca notablemente el proceso teórico.

En la práctica se emplean los autotransformadores en algunos

casos en los "ue presenta ventajas económicas, sea por su

menor costo o su ma!or e$ciencia. %ero esos casos están

limitados a ciertos valores de la relación de transformación,

como se verá en seguida. &o obstante. Es tan común "ue se

presente el uso de relaciones de transformación pró'imas a la

unidad, "ue corresponde dar a los autotransformadores la


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importancia "ue tienen, por haberla ad"uirido en la práctica de

su gran difusión.

%ara estudiar su funcionamiento, primero consideraremos el

principio en "ue se basan, desde el punto de vista

electromagn(tico, para obtener las relaciones entre las

tensiones ! las corrientes de sus secciones, !a "ue no se puede

hablar de bobinados en plural. )uego veremos el diagrama

vectorial, mu! parecido al de transformadores, pero con

diferencias "ue lo distinguen netamente. *, tambi(n, haremos

un estudio comparativo entre el autotransformador ! el

transformador de iguales condiciones de servicio.

)a $gura siguiente nos muestra un es"uema del

autotransformador. Consta de un bobinado de e'tremos A ! D,

al cual se le ha hecho una derivación en el punto intermedio +.

%or ahora llamaremos primario a la sección completa A D !

secundario a la porción + D, pero en la práctica puede ser a la

inversa, cuando se desea elevar la tensión primaria.


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)a tensión de la red primaria, a la cual se conectará el

autotransformador, es -, aplicada a los puntos A ! D. Como

toda bobina con núcleo de hierro, en cuanto se aplica esa

tensión circula una corriente "ue hemos llamado de vac#o en la

teor#a anterior. abemos tambi(n, "ue esa corriente de vac#o

está formada por dos componentes/ una parte es la corriente

magnetizante, "ue está atrasada 012 respecto de la tensión, !

otra parte "ue está en fase, ! es la "ue cubre las p(rdidas en el

hierro, cu!o monto se encuentra multiplicando esa parte de la

corriente de vac#o, por la tensión aplicada. )lamamos a la

corriente total de vac#o 31, como lo hemos hecho en otras

oportunidades.

". Circui!o# e$ui%a&en!e#.

i se desprecia la no linealidad de las caracter#sticas de

e'citación, el autotransformador puede representarse por uno

de los circuitos de la $gura -.

4igura -5 Circuitos e"uivalentes e'actos de un

autotransformador


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egún el teorema de h(venin, el autotransformador visto

desde sus terminales de baja tensión e"uivale a una fuerza

electromotriz igual a la tensión en circuito abierto Eoc' medida

entre los terminales de baja tensión, en serie con la impedancia

6sc' medida entre los terminales de baja tensión con los

terminales de alta en cortocircuito, como en la parte derecha

del transformador ideal de la $gura - 7a8. i la razón de

transformación del transformador ideal es 9 : Eoc9, la tensión en

sus terminales de alta es igual a la alta tensión 9 del

autotransformador real. Esta razón de tensiones en circuito

abierto es mu! apro'imadamente igual a 7&- ; &


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&- ! &< son los números de espiras de los devanados serie !

común, respectivamente. %uede demostrarse "ue si se conecta

entre los terminales de alta del

4igura


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7b8 será un circuito e"uivalente e'acto del autotransformador.

Cuando se desprecia la corriente de e'citación, los circuitos

e"uivalentes e'actos de la $gura - se reducen a los circuitos

e"uivalentes apro'imados de la $gura


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de la potencia de entrada. En consecuencia, su rendimiento a

plena carga con factor de potencia unidad como

autotransformador es 1.00@1. casi perfectoF. En general el

cociente entre en tanto por ciento o por uno de p(rdidas de un

transformador dado conectado como autotransformador ! sus

p(rdidas como transformador ordinario de dos circuitos es el

rec#proco del cociente entre las potencias nominales para estas

cone'iones. As#, pues, por la ecuación5

alor nominal como autotransformador : alor nominal como

transformador de dos circuitos E9 : 7E9 G EH8

%(rdidas a plena carga en I del valor nominal del

autotransformador : %(rdidas a plena carga en I del valor

nominal del transformador de dos circuitos 7E9 G EH8: E9

En la $gura puede verse la variación de 7E9 G EH8 : E9 con el

cociente E9 : EH. As#, pues, cuando la razón de transformación E9

: EH entre los circuitos de alta ! baja tensión es inferior a


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d. Corrien!e de e)ci!aci*n.

)a corriente de e'citación tiene menos importancia cuando el

transformador funciona como autotransformador "ue cuando lo

hace como transformador de dos circuitos. i las tensiones de

los devanados tienen sus valores nominales a carga nula, el

Kujo en el núcleo tiene su valor nominal ! los ampere G espira

totales en vac#o son los mismos tanto si el transformador está

conectado como autotransformador como si lo está como

transformador ordinario de dos circuitos. )a corriente de

e'citación var#a inversamente con el número de espiras por las

"ue circula la corriente de e'citación. Como las tensiones

nominales son proporcionales a los números de espiras, los volt

G ampere de e'citación a la tensión normal son los mismos

tanto si el transformador está conectado como

autotransformador como si lo está como transformador

ordinario de dos circuitos.

en I como autotransformador : 3 en I como transformador

de dos circuitos

7E9 G EH8 : E9

Esta relación es aplicable a un transformador dado conectado

como autotransformador o como transformador de dos circuitos.

Es sólo apro'imadamente la razón de la corriente de e'citación

de un autotransformador a la de un transformador de dos


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circuitos diferentes, pero de igual valor nominal, !a "ue el

porcentaje de la corriente de e'citación en los diseJos normales

var#a algo como el tamaJo.

El despreciar la corriente de e'citación en un transformador

ordinario de dos circuitos suele introducir un error pe"ueJo,

e'cepto en el análisis de problemas relacionados directamente

con los fenómenos de e'citación, especialmente de a"uellos en

los "ue interviene el comportamiento de los armónicos. Como,

por lo general, la corriente de e'citación de un

autotransformador es mu! d(bil, el despreciarla introduce un

error aún menor.

i los volta G ampere de e'citación del transformador de -11

=A de la $gura funcionando como transformador de dos

circuitos son el L I, o sea L =A sus volta G ampere de

e'citación conectado como autotransformador siguen siendo L

=A. &o obstante, esto no es más "ue el 1.? I de su potencia

nominal de 11 =A "ue tiene funcionando como

autotransformador.


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e. Funcionaien!o con car+a.

i se conecta una impedancia 6 entre los puntos + ! D, tal como

lo muestra la $gura ?>, sin entrar en consideraciones sobre el

carácter de 6, por ahora, se producirá una variación en las

condiciones de funcionamiento. 6 puede tener carácter óhmico,

inductivo o capacitivo. Al conectarla entre dos puntos "ue

acusan una diferencia de potencial, circulará una corriente, "ue

llamamos 3


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%ara determinar el sentido instantáneo de esta corriente

secundaria hagamos la siguiente observación5 en un dado

instante, la f.e.m. inducida es tal "ue el punto A tiene ma!or

potencial "ue el D. )uego los vectores de las M.ee.mm. E- ! E<

podemos imaginarlos dibujados con la Kecha hacia arriba. )a

tensión primaria debe vencer a la f.e.m. primaria, luego en ese

instante la corriente primaria circula con sentido contrario al

"ue corresponder#a a la f.e.m. primaria, es decir, de A hacia D.

En el secundario, en cambio, la tensión en los bornes ! la f.e.m.

tienen el mismo sentido, luego la corriente circula hacia arriba,

es decir, de D hacia +.

NOu( sucede en el tramo + D donde tenemos dos corrientes

encontradasP

Oue sólo circulará la diferencia entre ambas, es decir, "ue en el

tramo secundario del bobinado circula una corriente5

3+D 3


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de la corriente de vac#o, por"ue !a sabemos "ue es de valor

mu! pe"ueJo comparada con la primaria de carga. %rocediendo

as# se pueden hacer simpli$caciones importantes.

eamos la relación entre las corrientes primaria ! secundaria.

9aciendo abstracción de la corriente magnetizante, por su

pe"ueJez, sabemos por lo "ue se estudió en el primer cap#tulo,

"ue los ampervueltas primarios deben ser iguales a los

ampervueltas secundarios, luego podemos escribir en este

caso, ! aclarando "ue la e'presión es algebraica ! no vectorial,

por lo "ue estudiamos para transformadores al despreciar 315

&- 3- &


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73+D : 3A+8 73


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corriente alternada. )a parte "ue trans$ere energ#a por v#a

electromagn(tica es la A +. "ue obra como primario $cticio, ! la

parte "ue la recibe transferida es la + D, secundario $cticio.

Cuando comparemos las caracter#sticas del autotransformador

con el transformador volveremos sobre este detalle, para

demostrarlo, ! para poner de mani$esto una de las cualidades

fundamentales del primero, "ue le da ventajas evidentes con

respecto al segundo.

III. E,UIPOS - MATERIAESa. E$uipo Uno.". E$uipo Do#.c. E$uipo Tre#.

IV. PROCEDIMIENTO E/PERIMENTAa. Procediien!o Uno.". Procediien!o Do#.c. Procediien!o Tre#.d. Procediien!o Cua!ro.

V. CUESTIONARIOa. 0Cu1& e# &a 2na&idad de u#ar un au!o!ran#forador3

)os autotransformadores se utilizan a menudo en sistemas

el(ctricos de potencia, para interconectar circuitos "ue

funcionan a tensiones diferentes, pero en una relación cercana

a


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". 0Cu1&e# #on &a# %en!a4a# ( de#%en!a4a# de u#ar un

au!o!ran#forador3i. entajas.

Entre sus ventajas tenemos "ue destacar el bajo precio

económico frente a un transformador normal con id(nticas

especi$caciones t(cnicas.El autotransformador necesita menos cantidad corriente para

generar el Kujo en el núcleo.ii. )imitaciones.

En sistemas de transmisión de energ#a el(ctrica, los

autotransformadores tienen la desventaja de no $ltrar el

contenido armónico de las corrientes ! de actuar como otra

fuente de corrientes de falla a tierra. in embargo, e'iste una

cone'ión especial Qllamada Tcone'ión en zigQzagTQ "ue se

emplea en sistemas trifásicos para abrir un camino de retorno a

la corriente de tierra "ue de otra manera no ser#a posible lograr,

manteniendo la referencia de tierra.)as ventajas en ahorro de material 7tanto en los devanados

como en el núcleo8 tienen una limitación f#sica, "ue en la

práctica es una relación de tensiones de L5-. %ara relaciones de

tensión ma!ores a (sta, o bien el transformador convencional

de dos devanados es más compacto ! económico, o bien resulta

imposible construir el autotransformador.c. 0Cu1& e# e& de%anado co5n ( en #erie3

En la $gura siguiente se ilustra el es"uema del

autotransformador, en el mismo se de$nen el devanado común,

como a"uel "ue se UveV tanto desde el primario como desde el

secundario 7c8 ! el devanado, "ue llamaremos serie, como


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a"uel "ue se encuentra conectado

Uen serieV con el devanado común

7se8.d. 0,u' !erino&o+6a #e

u#a en &o#

au!o!ran#foradore#3e. De!erine ( deue#!re &a# re&acione# de !en#i*n (

corrien!e en un au!o!ran#forador.A continuación se desarrollan las ecuaciones "ue de$nen el

funcionamiento de un autotransformador5V

B=V

C

V A =V

C +V

SE

7Ecuación -8 I B= I

C + I

SE

I A = I

SE

7Ecuación


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f. 0Cu1& e# &a %en!a4a de& %a&or noina& de &a po!encia

aparen!e de &o# au!o!ran#foradore# en coparaci*n

con &o# !ra#foradore#3

El autotransformador genera más potencia "ue un

transformador normal de especi$caciones similares.

VI. CONCUSIONESa. e analizó la operación de un transformador ! se in$ere "ue

este tiene dos devanados denominados común ! en serie.b. e conectó un transformador como autotransformador elevador,

! se conclu!e "ue tambi(n se puede tener un

autotransformador reductor, dependiendo de la conectividad de

los polos.c. e calculó la relación de transformación siendo este

apro'imadamente -.@, pag @Q>.


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4itzgerald, A. E. ^ =ingsle!, Ch. ^ Wmans, . D. 7

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