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GéKaDé : un peu de théorie


Le fil de Litz (de l'allemand "Litzendraht" = fil tressé) est un assemblage de plusieurs fils (brins unitaires) afin de fabriquer des câbles souples.
Exemples d'utilisation mécanique: lacets de chaussures (ces trucs qui existaient avant le scratch), des cordages pour relier des alpinistes, jusqu'aux câbles de remorquage de bateaux.
En application électrique et électronique les brins unitaires sont conductrices. Les métaux conducteurs le plus utilisés sont le cuivre et l'aluminium.
L'utilisation de mélanges de fils conducteurs et autres fils se voit dans les fils de casque baladeur, où les fils conducteurs ne sont souvent même pas tressés pour diminuer le coût.
On rencontre des câbles de Litz ultrafins dans les têtes de positionnement des disques durs et de très grosses sections dans des robots de soudage.
La tresse de masse d'une batterie de voiture est une autre application connue**.

Mais l'application principale en électronique n'est pas dû au fait que le fil de Litz apporte de la souplesse mécanique.
En effet l'utilisation de ce type de fil vient d'un phénomène électrique spécifique.

Pour que le courant passe ... , il faut que des électrons se déplacent dans un conducteur. Suivez ce lien pour la page explicative!

En courant continu, il n'y a pas de problème spécifique: les électrons se mettent en colonne dans le conducteur et avancent poussés par le différentiel de tension.
Mais entre eux, ils ne s'attirent pas beaucoup, négatifs qu'ils sont de nature!
Quand le courant devient alternatif, ils doivent se retourner dans le conducteur, et là, ils se voient en se retournant et ne manquent pas de se donner des  <<coups>> de  <<coude>> pour se repousser.
Plus la fréquence augmente, plus ils se repoussent mutuellement.
Ca commence "à chauffer" dans le conducteur, et le centre du conducteur se vide d'électrons.
On rencontre de plus en plus d'électrons sur la périphérie.
Il en résulte une augmentation de la résistance apparente et un vrai échauffement.
Ce phénomène est communément appelé l'effet de peau ("skin effect" en Anglais).
On parle aussi d'effet Kelvin. Suivez ce lien pour la page explicative!
Afin de mieux utiliser le conducteur en haute fréquence, il existe plusieurs solutions: 
1)    On peut "simplement" vider le centre non utilisé par les électrons.
       Ceci se fait pour des courants très importants: dans des transformateurs de soudage et des fours à induction de haute puissance par exemple.
       L'utilisation de tubes permet en plus de faire circuler un liquide de refroidissement.
2)    On peut aplatir le conducteur ce qui augmente la surface efficace: un mètre de fil rond de 1 mm de diamètre a une surface de pi*Ø*l=31416mm², tandis que le même fil aplati à 0,05mm nous procure une surface de 315159mm² soit plus de 10 fois plus de surface!
       On utilise des conducteurs méplats en fort courant, de la bande plate ou des clinquants (bande plate de 0,01 à 0,2mm en épaisseur) suivant la fréquence appliquée.
       La mise en œuvre de clinquants est délicate (respect des lignes de fuite, positionnement par rapport à l'isolant, éviter les contraintes entre l'isolant et le conducteur, pas d'aspérités pour éviter l'ionisation et la concentricité dans des bobinages peut créer des zones chaudes).
       L'isolant entre couches réduit vite considérablement le remplissage.
       La capacité entre spires est maximale, ce qui diminue la fréquence d'auto résonance.
       L'effet de proximité (proximity effect) qui est l'effet de repousse de deux champs électromagnétiques identiques est en même temps très élevé.
       Dans les transformateurs à découpage, on utilise cette solution souvent seulement pour les enroulements de forte intensité et de basse tension (peu de spires).
       En fabrication automatique et très grande série on peut arriver à de faibles coûts (analogue à la fabrication de condensateurs à diélectrique métallisé).
3)    Afin d'augmenter la surface utile on peut mettre en parallèle plusieurs fils isolés de faible section.
       (Si on n'isole pas, les électrons vont vite vers les couches extérieures et le résultat est un conducteur à diamètre égal chauffant même plus qu'un conducteur plein!
       - l'air emprisonné empêche le refroidissement -, on a uniquement un conducteur plus souple!)
        Cette mise en parallèle peut être fait de diverses façons.
        a) On fait des torons: un nombre de brins élémentaires est mise en toron en tournant les fils suivant les caractéristiques demandées:
            on peut tourner à gauche (contre sens = S, sens normal pour la fabrication du fil de Litz) ou à droite (sens d'aiguilles d'une montre = Z) ou même alterner le sens;
            le pas (la longueur en mm pour un tour) permet de trouver le compromis entre souplesse, facteur de forme et capacité répartie.

                    

     Ø     On constate que le fil de Litz non seulement réduit très efficacement l'effet de peau,
          mais de par la construction même les fils des torons changent constamment de place et que 2 torons côte à cote ne se retrouvent plus
          exactement dans la même phase ce qui réduit considérablement l'effet de proximité ainsi que la capacité répartie.
    
Ø La plupart des machines de PACK permettent de fabriquer des torons jusque 11mm en diamètre.
       Afin d'obtenir de grosses sections, on peut
       a1) réassembler ces torons primaires en des torons ou tordons plus complexes. Sur commande spéciale on peut réaliser des assemblages jusque 1000mm².
       a2) assembler les torons cote à cote pour faire des nappes (RUPALIT PLANAR) Ceci procure une bonne flexibilité et permet de diminuer la capacité répartie.
       b) on tisse les fils en nappe: RUPALIT FLECHT. Pour un optimum de flexibilité en câblage en mouvement en courant fort.

PRODUITS PACK FEINDRÄHTE:
0) Les brins élémentaires de diamètre 0,012mm à 1,5mm peuvent être revêtues d'émail classe F soudable (RUPOL V155, = classe F 155°C ou V180 classe H 180°C) ou avec des émaux brasables d'indice thermique H (180à 200°C) ou C (210à 240°C) (RUPEX WV180, W200, W210, W240).
Ce revêtement peut être sur imprégné d'une couche thermo adhérente (RUTHERM). Ce procédé est de moins en moins utilisé au profit d'autres moyens d'assemblage.
1) Autour du RUPALIT Classic,
        PACK fabrique du "vrai" Litz avec du fil isolé tressé (RUPALIT Tresse; en Anglais RUPALIT Braid en Allemand RUPALIT Flecht).
        => La tresse en fil non isolée n'est pas indiquée pour des applications en haute fréquence.
        Les torons primaires forment des câbles de grosses sections:
             préformés en forme carrée ou rectangulaire (RUPALIT Profil) ou
             assemblés en câble en nappe (RUPALIT Planar).
        Les torons primaires peuvent être marqués par différentiation du coloriage de l'émail (RUPALIT 05)*.

Les fils de Litz peuvent être guipés avec une ou plusieurs couches isolantes: coton (50), soie naturelle (52), soie artificielle (60), acétate (61), polyamide (NYLON
® ) (63), polyamide aromatique (NOMEX® ) (68), guipage céramique et imprégnation aux fibres de verre.
Les torons ou le câble final peuvent être enrubannés avec du polyester (Mylar) (25) ou du polyimide (Kapton) (27).
La superposition de 3 couches isolantes recouvrant à 50% fait la gamme RUPALIT Safety.
2) RUPATEX: un fil de cuivre à triple isolation à base de TEFZEL extrudé.
                   Classe thermique B ou F.
                   Diamètres de 0,10 à 1mm.
                   ainsi que 2 modèles de fil de Litz en RUPATEX B.
                   Détails et disponibilités: cliquez ici ou (pa_rupatex-b-f.pdf 239Ko, 2 pages)

... pour que le courant passe ...