Autotransformadores: dispositivo, principios, ventajas y desventajas.

Objeto, dispositivo y principio de funcionamiento de los autotransformadores.

En algunos casos, es necesario variar el voltaje en un rango pequeño. La forma más fácil de hacer esto no es transformadores de doble bobinadoy devanados simples llamados autotransformadores. Si el factor de transformación es ligeramente diferente de la unidad, entonces la diferencia entre la magnitud de las corrientes en los devanados primario y secundario será pequeña. ¿Qué pasa si combinas las dos bobinas? Obtendrá un diagrama de un autotransformador (Fig. 1).

Los autotransformadores se clasifican como transformadores de propósito especial. Los autotransformadores difieren de los transformadores en que su devanado de bajo voltaje es parte del devanado de mayor voltaje, es decir, los circuitos de estos devanados tienen no solo una conexión magnética, sino también galvánica.

Dependiendo de la inclusión de los devanados del autotransformador, puede ocurrir un aumento o disminución de voltaje.

Arroz.1 Esquemas de autotransformadores monofásicos: a-reductor, b-elevador.

Si conecta una fuente de voltaje alterno a los puntos A y X, aparecerá un flujo magnético alterno en el núcleo. Se inducirá una FEM de la misma magnitud en cada una de las vueltas de la bobina. Obviamente, entre los puntos a y X habrá una FEM igual a la FEM de una vuelta por el número de vueltas cerradas entre los puntos a y X.

Si conecta cualquier carga a la bobina en los puntos a y X, entonces la corriente secundaria I2 pasará a través de parte de la bobina y se encuentra entre los puntos a y X. Pero como la corriente primaria pasa a través de las mismas vueltas I1, entonces las dos corrientes se sumará geométricamente y fluirá una cantidad muy pequeña de corriente a lo largo de la sección aX, determinada por la diferencia entre estas corrientes. Esto permite cortar una parte del devanado de un cable de calibre pequeño para ahorrar cobre. Si consideramos que esta sección constituye la mayoría de todos los giros, entonces la economía del cobre es muy notable.

Por lo tanto, es recomendable utilizar autotransformadores para disminuir o aumentar ligeramente el voltaje, cuando se establece una corriente reducida en la parte del devanado, que es común a ambos circuitos del autotransformador, lo que permite hacerlo con un alambre más delgado y ahorrar no ferrosos. rieles. Al mismo tiempo, disminuye el consumo de acero para la producción de un circuito magnético, cuya sección transversal es menor que la de un transformador.

En los convertidores de energía electromagnética -transformadores- la transferencia de energía de una bobina a otra se realiza mediante un campo magnético, cuya energía se concentra en el circuito magnético.En los autotransformadores, la energía se transmite tanto a través de un campo magnético como a través de una conexión eléctrica entre los devanados primario y secundario.

Transformador y autotransformador

Los autotransformadores compiten con éxito con los transformadores de dos devanados cuando su relación de transformación es ligeramente diferente de la unidad y es superior a 1,5 — 2. Cuando la relación de transformación es superior a 3, los autotransformadores no están justificados.

Estructuralmente, los autotransformadores prácticamente no difieren de los transformadores. Hay dos bobinas en los núcleos del circuito magnético. Los cables se toman de dos devanados y un punto común.La mayoría de las piezas del autotransformador son estructuralmente indistinguibles de las piezas del transformador.

Autotransformadores de laboratorio (LATR)

Los autotransformadores también se utilizan en redes de baja tensión como reguladores de tensión de laboratorio (LATR) de baja potencia. En tales autotransformadores, la regulación de voltaje se lleva a cabo moviendo el contacto deslizante a lo largo de las vueltas del devanado.

Los autotransformadores monofásicos controlados en laboratorio consisten en un circuito magnético ferromagnético anular envuelto con una sola capa de alambre de cobre aislado (Fig. 2).

A partir de este devanado se realizan varias tomas constantes, lo que permite utilizar estos dispositivos como autotransformadores reductores o elevadores con una determinada relación de transformación constante. Además, en la superficie de la bobina, limpia de aislamiento, existe un estrecho camino por el que se desplaza el contacto de la brocha o rodillo para obtener una tensión secundaria regulable de forma continua que va de cero a 250 V.

Cuando se cierran espiras adyacentes en LATR, no se produce ningún cierre de espira porque las corrientes de línea y de carga en el devanado combinado del autotransformador están cerca una de la otra y en direcciones opuestas.

Los autotransformadores de laboratorio se fabrican con una potencia nominal de 0,5; 1; 2; 5; 7,5 kVA.

Esquema de un autotransformador monofásico controlado en laboratorio

Autotransformador de laboratorio (LATR)

Autotransformadores trifásicos

Junto con los autotransformadores monofásicos de dos devanados, a menudo se utilizan autotransformadores trifásicos de dos devanados y trifásicos de tres devanados.

En los autotransformadores trifásicos, las fases suelen estar conectadas en estrella con un punto neutro puntiagudo (Fig. 3). Si es necesario reducir el voltaje, se suministra energía eléctrica a los terminales A, B, C y se extrae de los terminales a, b, s, y con un aumento de voltaje, viceversa. Se utilizan como dispositivos de reducción de voltaje cuando se arrancan motores potentes, así como para la regulación escalonada del voltaje terminal. elementos de calentamiento hornos electricos

Arroz. 3. Esquema de un autotransformador trifásico con conexión en estrella de las fases del devanado con el punto neutro eliminado

Los transformadores trifásicos de alta tensión con tres devanados también se utilizan en redes eléctricas de alta tensión.

Los autotransformadores trifásicos, por regla general, en el lado de mayor voltaje están conectados en estrella con un cable neutro. La conexión en estrella proporciona la caída de tensión para la que está diseñado el aislamiento del autotransformador.

El uso de autotransformadores mejora la eficiencia de los sistemas de energía, reduce los costos de transmisión de energía, pero conduce a un aumento de las corrientes de cortocircuito.

Desventajas de los autotransformadores

La desventaja del autotransformador es la necesidad de aislar los dos devanados para voltajes más altos, ya que los devanados están conectados eléctricamente.

Una desventaja importante de los autotransformadores es la conexión galvánica entre los circuitos primario y secundario, lo que no permite su uso como alimentador en redes de 6-10 kV cuando la tensión desciende a 0,38 kV, ya que se suministran 380 V a los equipos en los que se encuentran. La gente trabaja.

En caso de averías por la presencia de conexión eléctrica entre los devanados del autotransformador, se puede aplicar la tensión superior al devanado inferior. En este caso, todas las partes de la instalación operativa se conectarán a la parte de alta tensión, lo que no está permitido debido a la seguridad del mantenimiento y la posibilidad de romper el aislamiento de las partes conductoras del equipo eléctrico conectado.

Autotransformadores de alta tensión