Principio de Funcionamiento

Aprovechar el devanado del primario como base para elevar la referencia de voltaje del devanado secundario es el principio del autotransformador. La única conexión entre el devanado primario y el secundario de un transformador convencional es el campo magnético que los enlaza, entre ellos no existe conexión galvánica. En la transformación por variación del flujo lo que se obtiene es una “diferencia de potencial” entre los extremos de la bobina inducida. En ningún momento las ecuaciones hablan de una diferencia de potencial entre cualquiera de los bornes y algún otro punto, en particular, con referencia al planeta tierra.

Una simple diferencia de potencial entre los extremos de una bobina se puede emplear del modo en que más convenga. Por ejemplo, un transformador de aislamiento es uno que tiene relación uno-a-uno (ambos lados tienen el mismo voltaje nominal), pero ninguno de los extremos del secundario está conectado a referencia alguna, por lo que el voltaje inducido está “flotando” respecto a tierra. Otro ejemplo lo veremos en los transformadores trifásicos con el secundario conectado en “delta”, donde no se establece claramente una diferencia de potencial de las fases, respecto a tierra y por lo tanto pudiera permitirse el contacto de cualquiera de los conductores (fases) con tierra y no habría falla eléctrica (hay consideraciones adicionales, pero el principio general es válido).

Volviendo al caso del autotransformador, sabiendo que la bobina del secundario está “flotando”, se conecta uno de sus extremos (bobina secundaria) al voltaje de fase del primario. De este modo, el voltaje Vsec que se obtiene en el otro extremo del secundario será el voltaje del primario  V1 (referencia de voltaje para la bobina del secundario) más el voltaje inducido en el secundario V2 (producido por el enlace entre los flujos), es decir  Vsec = V1 + V2. Ver la conexión en la gráfica siguiente:

La conveniencia obvia de estos aparatos es que reducen apreciablemente la cantidad de hierro requerido en el núcleo, ya que sólo hace falta flujo magnético para producir un voltaje inducido en el secundario: el grueso de la potencia pasa a través de la conexión galvánica. Debe quedar claro además que la relación de transformación debe ser grande (el efecto es aprovechable sólo con un gran valor de relación de voltajes, para N1/N2 > 5 o más), justamente porque un núcleo reducido se saturaría si se utilizara para conducir toda la potencia a través del flujo magnético, tal cual ocurriría entre bobinas de un transformador convencional. Lo que se maneja en un autotransformador es la posibilidad de elevar o reducir el voltaje, no de transmitir la potencia.

La aplicación típica de estos equipos es para “modificar un poco” el voltaje por tramos en sistemas de transmisión muy largos, en donde la caída debido a las grandes distancias pudiera ser un problema de diseño (también se utilizan como elevadores o reductores en los extremos de las líneas). La línea de transmisión se divide en secciones con un autotransformador al final que compensa la caída de cada tramo (≈ 5%), en lugar de tener que utilizar un conductor de mayor calibre para lograr el mismo efecto cuando se cubre la distancia en un solo tramo (costo por calibre del conductor versus costo de los autotransformadores). Otra ventaja es que se puede extraer parte de la potencia que se transmite por un sistema troncal de transmisión con solo añadir un devanado “terciario”, de poca potencia, que sirva para alimentar cargas cercanas a la línea, locales, sin los costos asociados a un sistema de transformación tradicional.