Um autotransformador tem um único enrolamento com dois terminais terminais finais e um ou mais terminais em pontos intermediários de toque. É um transformador no qual as bobinas primárias e secundárias têm parte de suas voltas em comum. A parte do enrolamento compartilhada tanto pelo primário como pelo secundário pode ser, e é muitas vezes, referida como a “Seção Comum”. A porção do enrolamento não compartilhada pelo primário e pelo secundário pode ser, e é muitas vezes, referida como a “Seção em Série”. A tensão primária é aplicada através de dois dos terminais. A tensão secundária é tirada de dois terminais, um dos quais normalmente é comum a um terminal de tensão primária.
Desde que o volts por volta é o mesmo em ambos os enrolamentos, cada um desenvolve uma tensão em proporção ao seu número de voltas. Em um autotransformador, parte da corrente de saída flui diretamente da entrada para a saída (através da seção em série), e apenas parte é transferida indutivamente (através da seção comum), permitindo a utilização de um núcleo menor, mais leve e mais barato, além de exigir apenas um único enrolamento. No entanto a relação de tensão e corrente dos autotransformadores pode ser formulada da mesma forma que outros transformadores de dois enrolamentos:
V 1 V 2 = N 1 N 2 = a {\\frac {V_{1}}{V_{2}}={\frac {N_{1}}{N_{2}}=a}
(0<V2<V1)
As ampere-turns fornecidas pela secção de série do enrolamento:
F S = ( N 1 – N 2 ) I 1 = ( 1 – 1 a ) N 1 I 1 {\i1}=(N_{1}-N_{2})I_{1}=esquerda(1-{\i}{1}{a}}} N_{1}I_{1}}
Os ampere-turns fornecidos pela secção comum do enrolamento:
F C = N 2 ( I 2 – I 1 ) = N 1 a ( I 2 – I 1 ) {\i1}{\i1}(I_{\i}=N_{\i}(I_{\i}-I_{\i})={\i1}(I_{\i}-I_{\i}}(I_{\i}-I_{\i})}(I_{\i}}{\i}}(I_{\i}-I_{\i}}}(I_{\i}}}}Frac
Então:
I 1 I 2 = 1 a {\i1}{I_{\i}{I_{\i}}={\i_{\i_{\i}{a}}
Uma extremidade do enrolamento é normalmente ligada em comum tanto à fonte de tensão como à carga eléctrica. A outra extremidade da fonte e a carga são conectadas às torneiras ao longo do enrolamento. As diferentes torneiras no enrolamento correspondem a tensões diferentes, medidas a partir da extremidade comum. Em um transformador rebaixado a fonte é normalmente conectada através de todo o enrolamento enquanto a carga é conectada por uma torneira através de apenas uma parte do enrolamento. Em um transformador escalonado, inversamente, a carga é ligada através de todo o enrolamento, enquanto a fonte é conectada por um tap através de uma porção do enrolamento. Para um transformador step-up, as subscrições nas equações acima são invertidas onde, nesta situação, N2 e V2 são maiores que N1 e V1, respectivos.
Como num transformador de dois enrolamentos, a razão entre as tensões secundárias e primárias é igual à razão entre o número de voltas do enrolamento ao qual se conectam. Por exemplo, conectando a carga entre o meio do enrolamento e a extremidade comum do enrolamento do autotransformador, a tensão de saída da carga será 50% da tensão primária. Dependendo da aplicação, aquela parte do enrolamento usada somente na parte de alta tensão (corrente mais baixa) pode ser enrolada com fio de bitola menor, embora todo o enrolamento esteja diretamente conectado.
Se uma das pontas centrais for usada para a terra, então o autotransformador pode ser usado como um balun para converter uma linha balanceada (conectada às duas pontas) em uma linha não balanceada (o lado com a terra).