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Universidad de PamplonaPamplona - Norte de Santander - Colombia
Tels: (7) 5685303 - 568530 - 5685305 - !a": 568#750 - $$$%&nipamplona%ed&%'o
Una universidad incluyentey comprometidacon el desarrollo integral
AUTOTRANSFORMADOR
JUAN DAVID SOTO RUDAS1082951812
JOHN DAVID BEJARANO VIVAS1032459106ALBERTO JOS VILLERO GMEZ
109426921INGENIER!A ME"ATRNI"A
ING# JORGE LUIS D!AS RODR!GUEZ
M$%&'($) E*+,-.',$)
18/S D 2015
UNIVERSIDAD DE AMLONA
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#Una universidad incluyentey comprometidacon el desarrollo integral
TABLA DE CONTENIDOS
% ntrod&''i*n
#% +&totrans,ormador
3% enta.as / esventa.as
% Tipos e +&totrans,ormadores
5% +&totrans,ormador 1ed&'tor
6% +&totrans,ormador 2levador
7% +&totrans,ormador ono,4si'o
8% +&totrans,ormador Tri,4si'o
%
0%
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3Una universidad incluyentey comprometidacon el desarrollo integral
INTRODUCCINEl autotransformador nace por una necesidad econmica ante el precio de
los transformadores convencionales con devanado secundario.
Frecuentemente se utilizan en sistemas elctricos de potencia, y se han
convertido en una de las opciones ms factibles a la hora de realizar un
diseo frente al transformador convencional, debido a su viabilidad a la
hora de hacer las mismas tareas, aunque no siempre es lo mejor ya que
posee ventajas y desventajas. lo lar!o del trabajo se mencionaran ciertas
ventajas como la forma en que se disminuyen los materiales que son
utilizados, por lo que la relacin costo"beneficio es muy notoria en estos
transformadores. #ero por otra parte su uso se ve notablemente limitado
debido a la falta de circuitos primarios y secundarios independientes, por lo
que una elevacin en la potencia repercute en el circuito. #or tanto este tipo
de transformador se usa con relaciones de transformaciones bajas.
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Una universidad incluyentey comprometidacon el desarrollo integral
AUTOTRANSFORMADOR
Un a&totrans,ormador es &n trans,ormador espe'ial ,ormado por &n
devanado 'ontin&o &e se &tilia a la ve 'omo primario 9 se'&ndario por lo
&e las tensiones de alimenta'i*n 9 salida no van aisladas entre s% +
di,eren'ia del tras,ormador de dos devanados &n a&totrans,ormador
trans,iere ener;a entre los dos 'ir'&itos en parte por a'oplamiento
ma;n
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5Una universidad incluyentey comprometidacon el desarrollo integral
VENTAJAS Y DESVENTAJAS
2n el a&totrans,ormador la poten'ia es trans,erida al 'ir'&ito se'&ndario
mediante el devanado p&esto &e es el mismo por ello =a'e &etrans,orme m4s poten'ia &e &n trans,ormador separador 'l4si'o en i;&aldad
de n>'leo ma;n
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6Una universidad incluyentey comprometidacon el desarrollo integral
solo para se;&ridad de la instala'i*n sino tambi
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7Una universidad incluyentey comprometidacon el desarrollo integral
I2= P/V2
I = I2 I1
Autotransformador Elevador
Con este tipo se obtiene &na tensi*n ma9or &e el de la red%
Figura (Autotransformador !"e#ador)
N1= N1+ N2
I1= P/V1
I2= P/V2
I = I1 I2
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8Una universidad incluyentey comprometidacon el desarrollo integral
POTENCIA EN UN AUTOTRANSFORMADOR
Unas de las 'ara'tersti'as de &n a&totrans,ormador es el =e'=o de &e a
di,eren'ia de los trans,ormadores de varios bobinados este trans,ormador no
brinda &n aislamiento ;alv4ni'o entre el primario 9 el se'&ndario dado &e
ambos est4n 'one'tados ,si'amente mediante el devanado 'om>n% 2sta
'ara'tersti'a 'omo men'ionamos es &na de s&s prin'ipales desventa.as
pero tambi
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Una universidad incluyentey comprometidacon el desarrollo integral
Por lo tanto obtenemos:
@&eda 'laro &e '&anto m4s pe&eAo es el n>mero de v&eltas del devanado
serie respe'to al devanado 'om>n ma9or ser4 la venta.a en '&anto a la
poten'ia 9a &e los devanados mane.ar4n menos poten'ia &e la &e
realmente 'ir'&la por el trans,ormador%
e la >ltima e'&a'i*n se desprende enton'es &e el 'one'tar &n
trans,ormador est4ndar en 'on,i;&ra'i*n a&totrans,ormador me permitira
mane.ar &na poten'ia ma9or &e la &e podra mane.ar di'=o trans,ormador
en &na 'one"i*n est4ndar%
CORRIENTE DE EXITACIN
?a 'orriente de e"'ita'i*n tiene menos importan'ia '&ando el trans,ormador
,&n'iona 'omo a&totrans,ormador &e '&ando lo =a'e 'omo trans,ormador
de dos 'ir'&itos% Si las tensiones de los devanados tienen s&s valores
nominales a 'ar;a n&la el ,l&.o en el n>'leo tiene s& valor nominal 9 los
ampere B espira totales en va'o son los mismos tanto si el trans,ormador
est4 'one'tado 'omo a&totrans,ormador 'omo si lo est4 'omo trans,ormador
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0Una universidad incluyentey comprometidacon el desarrollo integral
ordinario de dos 'ir'&itos% ?a 'orriente de e"'ita'i*n vara inversamente 'onel n>mero de espiras por las &e 'ir'&la la 'orriente de e"'ita'i*n% Como las
tensiones nominales son propor'ionales a los n>meros de espiras los volt B
ampere de e"'ita'i*n a la tensi*n normal son los mismos tanto si el
trans,ormador est4 'one'tado 'omo a&totrans,ormador 'omo si lo est4 'omo
trans,ormador ordinario de dos 'ir'&itos%
Ij en % como autotransformador / Ij en % como transformador de dos circuitos
= (EH EX) / EH
2sta rela'i*n es apli'able a &n trans,ormador dado 'one'tado 'omo
a&totrans,ormador o 'omo trans,ormador de dos 'ir'&itos% 2s s*lo
apro"imadamente la ra*n de la 'orriente de e"'ita'i*n de &n
a&totrans,ormador a la de &n trans,ormador de dos 'ir'&itos di,erentes pero
de i;&al valor nominal 9a &e el por'enta.e de la 'orriente de e"'ita'i*n en
los diseAos normales vara al;o 'omo el tamaAo%
2l despre'iar la 'orriente de e"'ita'i*n en &n trans,ormador ordinario de dos
'ir'&itos s&ele introd&'ir &n error pe&eAo e"'epto en el an4lisis de
problemas rela'ionados dire'tamente 'on los ,en*menos de e"'ita'i*nespe'ialmente de a&ellos en los &e interviene el 'omportamiento de los
arm*ni'os% Como por lo ;eneral la 'orriente de e"'ita'i*n de &n
a&totrans,ormador es m&9 dn
menor%
Ref: M.I.T., Circuitos Magnticos y Transformadores, Revert, Buenos Aires 1981.
FUNCIONAMIENTO CON CARGA
Si se 'one'ta &na impedan'ia entre los p&ntos D 9 tal 'omo lo m&estranlas ,i;&ras sin entrar en 'onsidera'iones sobre el 'ar4'ter de por a=ora
se prod&'ir4 &na varia'i*n en las 'ondi'iones de ,&n'ionamiento% p&ede
tener 'ar4'ter *=mi'o ind&'tivo o 'apa'itivo% +l 'one'tarla entre dos p&ntos
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&e a'&san &na di,eren'ia de poten'ial 'ir'&lar4 &na 'orriente &ellamamos # 'orrespondiente a se'&ndario%
Autotransformador reductor Autotransformador e"e#ador
Para determinar el sentido instant4neo de esta 'orriente se'&ndaria
=a;amos la si;&iente observa'i*n: en &n dado instante la ,%e%m% ind&'ida es
tal &e el p&nto + tiene ma9or poten'ial &e el % ?&e;o los ve'tores de 29
2# podemos ima;inarlos dib&.ados 'on la ,le'=a =a'ia arriba% ?a tensi*n
primaria debe ven'er a la ,%e%m% primaria l&e;o en ese instante la 'orriente
primaria 'ir'&la 'on sentido 'ontrario al &e 'orrespondera a la ,%e%m%
primaria es de'ir de + =a'ia % 2n el se'&ndario en 'ambio la tensi*n en
los bornes 9 la ,%e%m% tienen el mismo sentido l&e;o la 'orriente 'ir'&la =a'ia
arriba es de'ir de =a'ia D%
E@&< s&'ede en el tramo Ddonde tenemos dos 'orrientes en'ontradasF
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#Una universidad incluyentey comprometidacon el desarrollo integral
@&e s*lo 'ir'&lar4 la di,eren'ia entre ambas es de'ir &e en el tramose'&ndario del bobinado 'ir'&la &na 'orriente:
IBD= I I!
ebiendo a'lararse &e esta di,eren'ia debe tener 'ar4'ter ve'torial% Pero 9a
se 'omiena a palpar &na de las venta.as del a&totrans,ormador% 2n &na
se''i*n del bobinado 'ir'&la s*lo la di,eren'ia de las 'orrientes primaria 9
se'&ndaria% @&iere de'ir &e en el tramo + D tenemos la 'orriente G en el
D tenemos la di,eren'ia (#-) 9 en el 'ir'&ito de 'ar;a tenemos la 'orriente
#% 2n estas 'onsidera'iones estamos pres'indiendo de la 'orriente de va'opor&e 9a sabemos &e es de valor m&9 pe&eAo 'omparada 'on la primaria
de 'ar;a% Pro'ediendo as se p&eden =a'er simpli,i'a'iones importantes%
eamos la rela'i*n entre las 'orrientes primaria 9 se'&ndaria% Ha'iendo
abstra''i*n de la 'orriente ma;netiante por s& pe&eAe sabemos &e los
+mper-v&eltas primarios deben ser i;&ales a los +mper-v&eltas se'&ndarios
l&e;o podemos es'ribir en este 'aso 9 a'larando &e la e"presi*n es
al;ebrai'a 9 no ve'torial por lo &e est&diamos para trans,ormadores al
despre'iar 0:
"!I!= "I
@&e por simple 'ambio de miembro de s&s ,a'tores permite es'ribir:
("!/ ") / (I/ I!) = #
1ela'i*n &e es inversa a la de tensiones lo mismo &e s&'eda para los
trans,ormadores% Si &eremos 'ono'er la rela'i*n entre las 'orrientes'ir'&lantes en la se''i*n s&perior e in,erior del bobinado podemos pro'eder
as:
2n primer l&;ar sabemos 9a &e:
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3Una universidad incluyentey comprometidacon el desarrollo integral
IBD= I I!
/ si dividimos esta e'&a'i*n por la 'orriente primaria o sea por la 'orriente
&e 'ir'&la entre + 9 D se tiene:
(IBD/ IAB) = (I/ IAB) (I!/ IAB)
+=ora anali'emos lo &e =a res<adoG el primer t
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Una universidad incluyentey comprometidacon el desarrollo integral
CLCULO DE AUTOTRANSFORMADORESMONOFSICOS
?os '4l'&los desarrollados en este traba.o no obede'en a &na re;la ,i.a ni a
&n pro'eso matem4ti'o de,inido previamente son prod&'to de la e"perien'ia
en el diseAo 9 'onstr&''i*n de trans,ormadores a&totrans,ormadores d&rante
m&'=os aAos%
Por ello no es de e"traAar &e en los '4l'&los &e si;&en se en'&entren
,*rm&las &e inte;ren n>meros 'onstantes &e no se sabra e"pli'ar m&9
bien el por&
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V1-Tensi*n primaria
V2-Tensi*n se'&ndaria
P-Poten'ia del a&totrans,ormador en +%
INCREMENTO DE LA TENSIN SECUNDARIA
+l i;&al &e en los trans,ormadores la tensi*n se'&ndaria se ve a,e'tada
'&ando se 'one'ta al 'ir'&ito se'&ndario la 'ar;a nominal de tal manera &e
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ESPIRAS POR VOLTIO.2l valor de 5 es &na 'onstante%
ESPIRAS TOTALES.
Reductor
Elevador
ESPIRAS DEL CIRCUITO SECUNDARIO.
Reductor
Elevador
ESPIRAS DEL CIRCUITO PRIMARIO.
Reductor
Elevador
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7Una universidad incluyentey comprometidacon el desarrollo integral
SECCIN DEL NCLEO
Reductor
Elevador
INTENSIDAD DEL CIRCUITO SECUNDARIO.
Reductor
Elevador
INTENSIDAD DEL CIRCUITO PRIMARIO.
Reductor
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8Una universidad incluyentey comprometidacon el desarrollo integral
Elevador
INTENSIDAD DE PASO
Reductor
Elevador
SECCION DEL HILO DEL DEVANADO PRIMARIO
$=densidad de corriente en A/mm2
Reductor
Elevador
SECCIN DEL DEVANADO SECUNDARIO
Reductor
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Una universidad incluyentey comprometidacon el desarrollo integral
Elevador
DIMETRO DEL DEVANADO
Primri!
S"#$%&ri!
CALCULO DE AUTOTRANSFORMADORESTRIFSICOS
?os a&totrans,ormadores tri,4si'os son los m4s &tiliados debido a s& ba.o'osto permiten a&mentar o dismin&ir la tensi*n en donde no se pre'ise el
aislamiento de la red
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#0Una universidad incluyentey comprometidacon el desarrollo integral
PROCESO DE CLCULO
DATOS
Como siempre se tiene &e partir de las ne'esidades &e se pre'isan en la
apli'a'i*n para poder 'al'&lar &n a&totrans,ormador tri,4si'o 9 en este 'aso
'on'reto son:
V1-Tensi*n primaria
V2-Tensi*n se'&ndaria
P-Poten'ia del a&totrans,ormador en +
?a 'one"i*n m4s ;eneral de este tipo de a&totrans,ormadores tri,4si'os es
en estrella%
INCREMENTO DE LA TENSIN SECUNDARIA
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#Una universidad incluyentey comprometidacon el desarrollo integral
RELACIN DE TRANSFORMACIN.
ESPIRAS POR VOLTIO.
2l valor de 5 es &na 'onstante%
ESPIRAS TOTALES.
ESPIRAS DEL CIRCUITO SECUNDARIO.
ESPIRAS DEL CIRCUITO PRIMARIO.
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##Una universidad incluyentey comprometidacon el desarrollo integral
SECCIN DEL NCLEO
INTENSIDAD DEL CIRCUITO SECUNDARIO.
INTENSIDAD DEL CIRCUITO PRIMARIO.
INTENSIDAD DE PASO
SECCION DEL HILO DEL DEVANADO PRIMARIO
$=densidad de corriente en A/mm2
SECCIN DEL DEVANADO SECUNDARIO
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#3Una universidad incluyentey comprometidacon el desarrollo integral
DIMETRO DEL DEVANADO
Primri!
S"#$%&ri!
CONEXIONES TRIFASICAS
%-one&i'n en estrella de autotransformadores
Tres a&totrans,ormadores mono,4si'os p&eden 'one'tarse en estrella 'omo
se indi'a en la ,i;&ra (+)%2n estas 'ondi'iones el 'omportamiento del ban'o
es an4lo;o en m&'=os aspe'tos al de &n ban'o de tres trans,ormadores de
dos 'ir'&itos 'one'tados en estrella B estrella% Si el ne&tro est4 aislado 'omo
el de la ,i;&ra (+) las tensiones respe'to al ne&tro est4n dese&ilibradas a
menos &e los trans,ormadores ten;an 'ara'tersti'as de e"'ita'i*n
e"a'tamente i;&ales% +dem4s las tensiones entre lnea 9 ne&tro 'ontienen
ter'eros arm*ni'os relativamente ;randes ori;inados por la s&presi*n de los
ter'eros arm*ni'os de las 'orrientes de e"'ita'i*n%
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#Una universidad incluyentey comprometidacon el desarrollo integral
$one&i'n En ri*n+ulo De Autotransformadores
Tres a&totrans,ormadores p&eden 'one'tarse en tri4n;&lo en la ,orma
indi'ada en la ,i;&ra (D)% Un posible in'onveniente de esta 'one"i*n es &e
las tensiones de lnea de los se'&ndarios no est4n en 'on'ordan'ia de ,ase
'on las tensiones de lnea de los primarios% +dem4s la ma9or ra*n de
trans,orma'i*n &e p&ede obtenerse es # : % Como en la 'one"i*n tri4n;&lo
B tri4n;&lo de trans,ormadores de dos 'ir'&itos los ter'eros arm*ni'os de las
'orrientes de e"'ita'i*n 'ir'&lan por el tri4n;&lo pero no apare'en en las
'orrientes de lnea%
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?os a&totrans,ormadores tambi
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#6Una universidad incluyentey comprometidacon el desarrollo integral
?&e;o si se 'one'tan ambos lados del primario 9 se'&ndario de &n ban'o de
a&totrans,ormadores 'one'tados en tri4n;&lo abierto a 'ir'&itos 'one'tados
en estrella s*lo podr4 'one'tarse a tierra el ne&tro de &no de los lados del
ban'o 9a &e e"iste &na di,eren'ia de tensi*n entre los ne&tros de los'ir'&itos primarios 9 se'&ndarios%
Ref: M.I.T., Circuitos Magnticos y Transformadores, Revert, Buenos Aires 1981.
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#7Una universidad incluyente y comprometida con el desarrollo integral
CONCLUSIONES +l 'omparar las 'ara'tersti'as 'on respe'to al trans,ormador se
observ* &e la e,i'ien'ia de los a&totrans,ormadores es m&'=o ma9or9a &e poseen &n solo n>'leo 9 &n solo bobinado o,re'iendo asm>ltiples venta.as 9 apli'a'iones al prod&'ir perdidas mnimas por=isttil
determinar el 'omportamiento e"terno de este 'omo elemento de &n'ir'&ito llev4ndolo as a &n modelo m4s apro"imado