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FILS DE LITZ

LE FUTUR DE LA CONNEXION DES EQUIPEMENTS HAUTE FREQUENCE

DESCRIPTION DES FILS DE LITZ

Utilisés dans les applications de transport de courant à hautes fréquences, les fils de Litz sont construits avec des fils de cuivre émaillés de petit diamètre (0,04 mm à 5 mm), isolés électriquement et tressés les uns des autres pour réduire les pertes « effet de peau » que générent les courants électromagnétiques opposés (courants Eddie). Aussi, en basses fréquences, on considère ce phénomène comme négligeable, bien que certains spécialistes de conversion d’énergie estiment que des pertes sont mises en évidence dès les basses fréquences.

Pourquoi des fils de cuivre émaillés ?

Avec des fils de cuivre simples, qui possèdent une résistance faible, le courant électrique aura tendance à circuler à la périphérie du conducteur. L’impédance augmentera alors, et le pourcentage de pertes augmentera en fonction que l’impédance augmentera, constatant que l’augmentation de résistance va croître beaucoup plus vite que l’augmentation de la section. L’utilisation de fils multibrins permettent de diminuer les pertes grâce à la réduction de la résistance HF, par effet de peau et courant de Foucault. On comprend ainsi que l’utilisation de fils de cuivre simples dans les équipement modernes comme les transformateurs, électro-aimants ou alternateurs peut conduire à des catastrophes. Les câbles sont construits de telle sorte que les pertes « d’effet de proximité » sont également réduites. On choisira aussi le type de vernis selon la classe de température (de 150 à 240 ° C).

A noter que le diamètre du fil unitaire sera choisi en fonction de la fréquence à laquelle on souhaite travailler, afin que leur diamètre soit plus petit que l’épaisseur de peau. Voir tableau ci-dessous.

APPLICATIONS

Nous les utilisons principalement pour la conversion d’énergie, la transmission et la réception haute fréquence, l’électronique de puissance, les détecteurs de proximité inductifs, les étiquettes électroniques, les équipements de transmission téléphonique multiples, les enroulements de bobine, les connexions flexibles pour les relais, les bobines, les transformateurs, les moteurs, etc.

Notre site de fabrication basé en Espagne permet une livraison internationale de nos solutions.
Nous proposons également des fils de cuivre émaillés unitaires.

Pourquoi utiliser des fils de Litz ?

Spécifications techniques

Nous réalisons les câbles de Litz de différentes manières suivant les recommandations du Bureau d’Études. TESORAX les fabrique avec les fils assemblés dans le même sens et avec un pas de toron inférieur à 60mm. Sur demande, et pour satisfaire les besoins de nos clients, nous pouvons les former en section rectangulaire ou carrée afin de réduire le volume de bobinage. Les fils de Litz peuvent en effet servir au bobinage, comme le bobinage des moteurs électriques par exemple, moteurs que nous proposons ici. La fabrication de nos câbles de Litz fait appel à des matériaux permettant un soudage direct sans besoin d’utiliser une procédure mécanique. Avant soudage, le câble de Litz doit être immergé dans un agent décapant et ensuite dans un bain d’étain (60%) et de plomb (40%) à une température de 375°C à 400°C. Le temps d’immersion dépend du nombre de fils et du diamètre du câble.

Pertes en bobinage

On attribut les pertes dans les bobines aux facteurs suivants facteurs :

  • Pertes dans le conducteur :

    • Effet Joule

    • Courants de Foucault

  • Pertes dues à la capacité

  • Pertes dues à l’effet d’hystérésis du noyau

Les deux premiers facteurs apparaissent dans les bobinages et le troisième dans ceux possédant un noyau ferromagnétique. Nous allons analyser les deux premiers facteurs afin de justifier l’utilisation du câble de Litz.

Pertes dans le conducteur

Nous connaissons l’effet Joule comme les conducteurs électriques qui se réchauffent par le passage du courant, ce qui a pour effet une augmentation de la résistance ohmique du conducteur et donc de réduire l’intensité possible dans la même section. Apparemment, il est possible d’augmenter la section afin de diminuer l’effet Joule, mais cela entraînerait une augmentation des pertes dues aux courant de Foucault. La modification de la section n’est donc pas une solution, une fois que celle-ci a été définie. Nous pouvons faire comme suit : une fois la section du conducteur déterminée, afin d’éliminer l’effet pelliculaire, nous pouvons réunir, a la section calculée, des câbles émaillés ; de cette manière nous obtenons une section qui sera maintenue durant tout le cycle de travail de la bobine. Plus les fils sont fins, meilleurs sera le résultat, du fait de l’effet pelliculaire. Toutefois cette solution est onéreuse. Nous vous recommandons le calcul idéal de la section qu’un de nos techniciens peut étudier au cas par cas.
Pour calculer le courant pelliculaire, utiliser la formule suivante qui nous donne le niveau (profondeur) de courant:

courant pelliculaire

e = Épaisseur à calculer                                                      p = Résistivité du conducteur
u = Perméabilité du matériau conducteur        f = Fréquence du courant

Pour un conducteur en cuivre, la formule prend la forme suivante :

courant pelliculaire cuivre

La valeur est donnée en millimètres.

La résistance d’un conducteur en courant alternatif est donnée par :

résistance courant alternatif

I = Périmètre en mm de la section du conducteur.
Pour du cuivre, la formule devient :

résistance courant alternatif

Courant de Foucault

Lorsqu’un matériau ferromagnétique est introduit dans un champs magnétique alternatif, en plus de la magnétisation, une tension induite est créée ; ceci produit un courant induit qui dépend de la résistivité du matériau. Le courant induit dans le matériau est consumé sous forme de chaleur (effet Joule), qui est donnée par la formule :

courant de foucault

 

P = Puissance dissipée par les courants de Foucault                K = Constante
p = Résistivité du cuivre                                                               B = Induction maximale passant au travers du matériau
c = Épaisseur du matériau ferromagnétique                             f = Fréquence                 V = Volume du matériau ferromagnétique

 

Pertes dues à la capacité

Deux conducteurs avec différents potentiels accumulent, en même temps, de l’énergie électrique. Les fils servant à la fabrication de bobines ont cette particularité, ce qui nous permet de parler d’une somme de capacités distribuées entre les différentes spires de celle-ci. Les bobines étudiées sont soumises à une tension alternative de haute fréquence, proche de la fréquence de résonance ce qui nous donne une impédance très élevée comme si elles étaient en parallèle avec la résistance ohmique et le coefficient auto-inductif de la bobine. Ces concepts nous donnent la conclusion que la capacité de la bobine seule est égale à 0,55 fois le diamètre en cm de celle-ci. Nous pouvons modifier la capacité de la bobine en :

  • Étudiant ses dimensions
  • Chercher le meilleur enroulement
  • Distribuant les courants dans la bobine et en Isolant les conducteurs.

La capacité entre deux fils conducteurs est :

گ =Constante diélectrique de l’isolant             D = Diamètre du fil avec l’isolant           d = Diamètre du fil nu

Une fois l’isolant choisi – qui doit avoir une constante diélectrique très faible et doit répondre à nos objectifs – nous devons analyser la relation D/d. Plus elle est faible, meilleure sera la capacité. L’ingénieur doit décider de la meilleure solution en tenant compte du courant maximum devant passer au travers chaque fil et de la tension supportée par les fils.
Un toronnage adéquat des fils formant le câble de Litz donnera l’uniformité nécessaire à la distribution capacitive à travers ce câble, de telle manière à augmenter le facteur de qualité de la bobine. En plaçant une spirale de soie naturelle, polyester ou toute autre fibre qui répond à nos spécifications, comme support au toronnage de fils émaillés, nous n’augmentons pas le facteur D. De plus le pas de spire de la fibre doit être parfait dimensionné pour que les câbles de Litz ne soient pas trop rigides, afin de permettre un bon bobinage sans augmenter l’inductance apparente créée entre les spirales. La relation IgD/d est un facteur multipliant pour l’inductance et doit être le plus petit possible, et est un facteur divisant pour la capacité pour lequel il doit être le plus grand possible.

C’est à l’ingénieur qui calcule la bobine de déterminer les paramètres à considérer dans l’étude du circuit :

  • Résistance ohmique
  • Induction totale
  • Capacité totale

 

Le résultat final doit être une bobine prête à être utilisée dans le circuit, avec les meilleures performances, le plus faible volume et la meilleure qualité tout en ayant la plus faible perte de résistance.

Les câbles de Litz permettent de :

  • Réduire les pertes par effet Joule
  • Réduire les pertes dues aux courants de Foucault
  • Utiliser des noyaux magnétiques plus petits
  • Obtenir une capacité dans les petites bobines
  • Obtenir une meilleure qualité
  • Manipulation aisée des câbles pour le bobinage, du fait de fils fixés entre eux
  • Câbles extra-flexibles permettant le bobinage de noyau avec un très faible rayon de courbure.

Normes de fabrication

TESORAX assure la fabrication suivant la norme DIN 46.447, et étudie les câbles suivant les critères :

  • Nombre de fils en fonction du diamètre du câble
  • Le type d’isolant
  • Le système de supportage
  • Le cuivre émaillé doit être étamé. Le diamètre extérieur et autres propriétés du fil de cuivre émaillé sont sélectionnés par le fabricant si le client ne les spécifie pas formellement. Le diamètre extérieur sans isolant est la base de calcul du diamètre extérieur du câble isolé : ce qui ne sert pas lors des contrôles en réception.

Les câbles de hautes fréquences (câbles de Litz) sont définis par :

  • Epaisseur de chaque fil élémentaire
  • Nombre total de fils et groupage
  • Pas de toronnage
  • Isolant

La norme DIN 46.447 défini les types de câbles en fonction de chacun de ces 4 critères. Toute question à propos de la section effective du conducteur est définie de la manière suivante :

  • Section effective préétablie : 0,70mm2
  • Diamètre individuel du fil : 0,10mm, soit une section de 0,007854 mm2
  • Nombre de fils correspondant : 0,70/0,007854 = 89,13 fils théoriques. 90 fils seront utilisés. Le câble étudié aura la composition suivante : 90 x 0,10m
 

N’hésitez pas à nous contacter pour tout renseignement : Notre bureau d’études saura vous orienter dans la solution du câble qui vous conviendra au mieux.