A autotransformador elevador y reductor Es un tipo de transformador eléctrico que utiliza un único devanado continuo para aumentar (elevar) o reducir (bajar) la tensión entre sus terminales de entrada y salida. A diferencia de los transformadores convencionales de doble devanado, un autotransformador comparte parte de su devanado entre los circuitos primario y secundario, lo que lo hace más compacto, más ligero y más eficiente para aplicaciones en las que no se requiere aislamiento eléctrico.
Comprender cómo los autotransformadores elevan o reducen la tensión es fundamental para los ingenieros eléctricos, los técnicos y cualquier persona relacionada con la distribución de energía, los equipos industriales o los ensayos eléctricos. Esta guía explica el principio de funcionamiento, las diferencias clave entre las configuraciones elevadoras y reductoras, las ventajas, las aplicaciones habituales y las consideraciones de seguridad.
Un autotransformador es un transformador con un único devanado enrollado alrededor de un núcleo laminado. El término “auto” proviene de la palabra griega que significa “uno mismo”, lo que refleja que el devanado actúa sobre sí mismo. En este diseño, una parte del mismo devanado hace las veces tanto de bobina primaria como de bobina secundaria. El devanado tiene al menos tres terminales: dos terminales extremos y uno o más puntos de toma intermedios.
Dado que los circuitos primario y secundario comparten parte de la misma ruta conductora, la transferencia de energía se produce a través de ambos inducción electromagnética y conducción eléctrica directa. Este doble mecanismo es lo que confiere al autotransformador su ventaja en cuanto a eficiencia frente a un transformador convencional de dos devanados de características equivalentes.
La clasificación de un autotransformador como dar un paso adelante o dimitir Depende totalmente de cómo se conecten la entrada y la salida a través del devanado compartido. A menudo, un mismo dispositivo físico puede funcionar en cualquiera de los dos modos cambiando la configuración de las conexiones.
| Característica | Autotransformador elevador | Autotransformador reductor |
|---|---|---|
| Conexión de entrada | A lo largo de un tramo de la sinuosa | A lo largo de todo el recorrido sinuoso |
| Conexión de salida | A lo largo de todo el recorrido sinuoso | A lo largo de un tramo de la sinuosa |
| Relación de tensiones | Vout > Vin | Vout < Vin |
| Relación de giro (N2/N1) | Mayor que 1 | Menos de 1 |
| Ejemplo habitual | Entrada de 120 V y salida de 230 V | Entrada de 230 V y salida de 120 V |
En un autotransformador elevador, la tensión de entrada se aplica a una parte del devanado, y la tensión de salida se toma en todo el devanado. Dado que las tomas de salida abarcan más espiras que la sección de entrada, la tensión de salida es mayor que la de entrada. La relación de tensión sigue el mismo principio de relación de espiras que se utiliza en los transformadores convencionales:
Vout / Vin = Ntotal / Ninput
Por ejemplo, si un autotransformador tiene un total de 200 espiras y la tensión de entrada se aplica a 100 espiras, la tensión de salida será el doble de la tensión de entrada. Si se aplican 120 V a la mitad inferior, el devanado completo suministra 240 V.
En un autotransformador reductor, la tensión de entrada se aplica a todo el devanado, y la salida se toma de un punto de derivación situado a lo largo del devanado. Dado que la sección de salida tiene menos espiras que la de entrada, la tensión se reduce.
Por ejemplo, si el devanado completo tiene 200 espiras y se le aplica una tensión de 230 V, una toma situada en el punto de las 100 espiras suministra 115 V. Esta configuración se utiliza ampliamente en convertidores de tensión, arrancadores de motores y sistemas de regulación de tensión de distribución.
La elección entre un autotransformador y un transformador convencional de doble devanado depende de los requisitos específicos de la aplicación. En la tabla siguiente se resumen las diferencias principales.
| Criterio | Autotransformador | Transformador convencional |
|---|---|---|
| Disposición de los bobinados | Bobinado continuo único | Dos devanados independientes (primario y secundario) |
| Aislamiento eléctrico | No hay aislamiento entre la entrada y la salida | Aislamiento galvánico incluido |
| Tamaño y peso | Más pequeño y ligero (menos cobre y material del núcleo) | Más grande y más pesado para la misma potencia nominal |
| Coste | Menores costes de materiales y fabricación | Mayor coste |
| Eficacia | Más alto (menores pérdidas por cobre y del núcleo) | Menor para una calificación equivalente |
| Impedancia de cortocircuito | Más baja (genera corrientes de fallo más elevadas) | Más alto (limita mejor la corriente de fallo) |
| Mejor rango de relación de tensión | Hasta aproximadamente 3:1 | Cualquier relación, incluidas las de aumento o reducción muy elevadas |
| Seguridad | Menos seguro (sin aislamiento; un fallo en el devanado puede exponer la salida a la tensión total de entrada) | Más seguro (circuitos aislados) |
Los autotransformadores se utilizan ampliamente para interconectar sistemas eléctricos que funcionan a diferentes niveles de tensión, como por ejemplo para conectar redes de transmisión de 132 kV y 66 kV. También sirven como reguladores de tensión en líneas de distribución largas, donde los autotransformadores con cambio de tomas compensan la caída de tensión para mantener un suministro constante en el punto de consumo del cliente. Para conocer más soluciones de energía, consulte nuestro catálogo de productos.
En entornos industriales, los autotransformadores permiten adaptar la maquinaria diseñada para un estándar de tensión a otro; por ejemplo, hacer funcionar equipos de 480 V con una alimentación de 600 V. Los arrancadores con autotransformador son un método de eficacia probada para Arranque suave de motores de inducción de gran potencia, donde las tomas de tensión reducida (normalmente en 50%, 65% y 80%) limitan la corriente de arranque durante la aceleración.
Los autotransformadores elevadores y reductores sirven como convertidores de tensión para viajes, lo que permite que los aparatos de 230 V funcionen con una red eléctrica de 120 V y viceversa. También se incorporan en sistemas de audio para la adaptación de impedancia entre componentes y en sistemas de electrificación ferroviaria para ampliar las distancias de las líneas de alimentación en redes de 25 kV CA.
Autotransformadores variables, conocidos comúnmente por el nombre comercial de Variac, proporcionan una tensión de CA ajustable de forma continua desde cero hasta un valor superior a la tensión de red. Son imprescindibles en talleres de reparación, laboratorios de I+D y pruebas de producción, donde es necesario someter a los equipos a pruebas en todo su rango de tensión especificado.
A autotransformador elevador y reductor Es una alternativa versátil, eficiente y rentable a los transformadores convencionales de doble devanado para aplicaciones en las que no se requiere aislamiento eléctrico. Su diseño de devanado único ofrece una mayor eficiencia en un tamaño más compacto, lo que lo convierte en la opción preferida para la interconexión de sistemas eléctricos, el control de motores industriales, la conversión de tensión y los ensayos de laboratorio.
A la hora de elegir entre un autotransformador y un transformador convencional, el factor clave para la decisión es si tu aplicación requiere aislamiento galvánico. Si el aislamiento no es obligatorio y la relación de tensión se encuentra dentro del rango de 3:1, un autotransformador ofrecerá casi siempre una mayor eficiencia, un menor coste y un tamaño más reducido.
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Sí. Un mismo autotransformador puede funcionar tanto como elevador como reductor, dependiendo de cómo se dispongan las conexiones de entrada y salida. Basta con intercambiar los terminales que sirven de entrada y los que sirven de salida. Sin embargo, en la práctica, debido a las pérdidas, el dispositivo es ligeramente más eficiente en la dirección para la que fue diseñado.
La mayoría de los autotransformadores que se utilizan en la práctica funcionan con una relación de tensión de hasta 3:1. Más allá de este valor, las ventajas en cuanto a tamaño y coste con respecto a un transformador convencional disminuyen, y la relación de tensión ya no justifica la pérdida de aislamiento eléctrico.
Esto se debe a que los circuitos primario y secundario comparten el mismo devanado físico y están conectados eléctricamente. No hay una bobina secundaria independiente, por lo que la corriente puede circular directamente entre la entrada y la salida. Un transformador convencional utiliza dos bobinas acopladas magnéticamente, pero separadas eléctricamente, para lograr el aislamiento galvánico.
Entre sus aplicaciones más habituales se encuentran la interconexión de redes eléctricas entre distintos niveles de tensión, los arrancadores de motores industriales, los convertidores de tensión para viajes internacionales, la adaptación de impedancia de audio, las fuentes de alimentación de CA variables para laboratorios y la distribución de energía de tracción ferroviaria.
Si se abre (se rompe) la sección común del devanado, el transformador se convierte, en esencia, en un inductor en serie con la carga. Con una carga ligera, esto puede provocar que en la salida aparezca una tensión de entrada casi completa, lo que podría dañar los equipos conectados. Por este motivo, no se recomienda el uso de autotransformadores en aplicaciones en las que el aislamiento sea un requisito de seguridad.
Sí, para una misma potencia nominal y una misma relación de tensión, los autotransformadores alcanzan una mayor eficiencia porque presentan menores pérdidas en el cobre (menos material de bobinado) y menores pérdidas en el núcleo (núcleo más pequeño). Los autotransformadores de potencia suelen alcanzar eficiencias superiores a 98%.
