Transformadores en maquinas

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Transformadores Planos

Manjarres Daniel, Rodríguez Diego, Trujillo Sebastián

Abstract— as more and more industries begin to feel the push toward higher efficiency and performance along with miniaturization, the planar transformer continues to emerge as an alternative to wire-wound transformers, making it ideal in certain applications. The planar transformers are mainly used for minimizing size, weight and increasing the ability to withstand mechanical vibrations. In this paper we´ll study the history, importance, applications and technologic advances on the planar transformers.

Palabras claves—Radiofrecuencias, SMD (dispositivos de montaje superficial), inductancia de fuga, comunicación inalámbrica, efecto piel, eficiencia.

1. INTRODUCCIÓN

En el siguiente texto se realiza una descripción de los transformadores planos, donde se comenta acerca de su historia, importancia, desarrollos tecnológicos, y otros temas de relevancia. Estos dispositivos de montaje superficial han tenido un muy importante papel en la aplicación de las tecnologías inalámbricas, que han permitido desarrollar un gran interés en la sociedad, como lo son hoy en día los celulares y demás equipos de comunicación.

Estos transformadores que trabajan a radiofrecuencias, se basan en el modelo básico de un transformador, lógicamente con algunas modificaciones como pueden ser los materiales del núcleo y los devanados, su geometría y demás aspectos que permitan un mejor comportamiento del transformador. Las investigaciones en la actualidad se han ido desarrollando alrededor de la búsqueda nuevas formas de núcleos para encontrar mejores resultados en la eficiencia del transformador, también ha sido de gran importancia las diferentes formas de interconectar los devanados para disminuir las pérdidas en el mismo.

Por último se presentan las aplicaciones prácticas de estos transformadores planos y su impacto social y ambiental.

1. HISTORIA

Alex Estrov fue la primera persona en dar información sobre los transformadores planos, en el año 1986. El transformador plano arribó en un momento indicado, debido a que se estaba buscando una forma de poder aumentar la densidad de potencia, lo cual se logró. Y además de esto, descubrieron que el rendimiento global y la eficiencia aumentaban considerablemente. 

En ese mismo año los diseñadores se dieron cuenta que los MOSFETs al igual que el núcleo de ferrita fueron unas de las piezas más importantes para llevar a cabo esta tecnología, siendo este último, el que facilitó que estos núcleos fueran moldeados y diseñados casi de cualquier forma, mientras que los MOSFETs permitieron que los investigadores pudieran reducir el número de vueltas. 

Los investigadores utilizan el mismo criterio de un transformador convencional para la elaboración de los trasformadores planos, la principal diferencia de esta es que a los inductores se les realiza un hueco para poder evitar que las corrientes continuas lleguen antes de lo indicado al punto de saturación; al momento del montaje en la placa impresa encontraron que las corrientes parasitas generadas por el cruce entre el flujo con la bobina de cobre podría generar daños, debido a que las placas de circuito impreso dan un grado mayor de libertad a las corrientes parasitas.

Desde 1990 y hasta el momento, los diseñadores vienen implementado el alza de las frecuencias cada día más alta, debido que al aumentar esta, la potencia de alimentación se hace mucho más pequeñas.

También en el año de 1990 encontraron que el núcleo debe tener un montaje con una estructura fuerte y estable con la temperatura, debido a esto unieron las mitades del núcleo con un adhesivo epoxi, al estar unidas correctamente habrá poco o ningún efecto en el rendimiento eléctrico; esto define que el adhesivo epoxi añade poco o ningún espacio en la superficie de acoplamiento.

En la actualidad, los transformadores planos e inductores planos se utilizan ampliamente en la electrónica, sea bien en las placas de los circuitos impresos o en dispositivos independientes.

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Figura 1. Transformador plano.

1. IMPORTANCIA

La electrónica actual tiene una fuerte tendencia al empleo de las tecnologías inalámbricas, en las cuales se conjuga toda la potencialidad del procesado digital y analógico, para altas frecuencias, en un mismo sistema. Los RFIC (radio frequency integrated circuit) son circuitos integrados que trabajan en el rango de ondas de radiofrecuencia empleados en las tecnologías inalámbrica, estos circuitos integrados han sufrido un explosivo crecimiento por su extensa aplicación en sistemas de comunicación y equipos inalámbricos, al ritmo en que avanza la demanda de las tecnologías inalámbricas se hace más necesario bajo coste, bajo consumo, altas prestaciones y tamaño reducido. Los transformadores juegan un papel cada vez más importante en RFICs para la transformación de tensión y la impedancia, la conversión desequilibrada a equilibrada, y de combinación de potencia y el acoplamiento, pero se requiere que estos no ocupen demasiado espacio, sean eficientes y puedan trabajar a altas frecuencias, los transformadores planos cumplen este papel a la perfección, algunas de sus características principales si son comparados con transformadores convencionales son:

• Tamaño significativamente más pequeño.
• Mayor área de superficie, lo que resulta en mejor capacidad para la disipación del calor.
• Área destinada a los devanados es más pequeña.
• La estructura de los devanados facilita intercalación.
• Menor inductancia de fuga.
• Menor resistencia de AC en los devanados.
• Excelente reproductibilidad, debido a la estructura de los devanados.

Actualmente con el crecimiento en demanda de las tecnologías inalámbricas el uso de transformadores planos ha aumentado significativamente y se ha hecho necesario un estudio más profundo en su diseño para reducir pérdidas, tamaño, peso y mejorar el rango de frecuencia en el cual trabaja en condiciones óptimas.

1. AVANCES TECNOLÓGICOS

Se han implementado nuevos diseños y nuevos materias para que los transformadores planos presenten una tecnología con un alto rendimiento global, este tipo tecnología nos ayuda cada día a enriquecer y avanzar en las telecomunicaciones ya que estos transformadores son parte necesaria de esta aplicación debido que las telecomunicaciones están limitadas por el espacio y buscan un alto desempeño.

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