Le mot litz vient de l'allemand Litze qui veut dire tresse ou toron: un assemblage de fils unitaires pour obtenir une liaison souple. En électrotechnique ces brins unitaires sont conducteur. Par rapport à un fil plein de même section utile, le fil de litz permet de fabriquer des câbles souples, ce qui réduit considérablement le risque de casse. Souvent ces torons sont enveloppés dans une gaine isolante. Quand on met plusieurs de ces fils ensemble on parle de différents âmes conducteurs. Dans un câble secteur on peut trouver ainsi 3 âmes: un marron, un bleu et un vert-jaune. Le fil de l'aspirateur secteur, le fil du chargeur de téléphone, la tresse de masse d'une batterie de voiture sont différents exemples. La taille des brins unitaires varie suivant l'utilisation: flexibilité désirée, niveau d'énergie à transmettre, conditions environnementales (par exemple température, milieu humide ou contraintes mécaniques).
Un fil de litz haute fréquence (appelé fil de litz HF) est constitué d'un certain nombre de fils fins (les brins unitaires), isolés les uns des autres, qui sont toujours toronnés ou tressés de telle manière que, en moyenne statistique, chaque fil individuel occupe autant de fois que possible chaque point de la section totale du fil de litz.
Il est utilisé, par exemple, dans la fabrication de bobines pour circuits oscillants, dans des transformateurs d'alimentations à découpage et des bobines de cuisson par induction. Par rapport au conducteur plein, le litz HF présente l'avantage de présenter des pertes plus faibles dans une certaine gamme de fréquences et permet donc de fabriquer des bobines de meilleure qualité. Les brins unitaires ne doivent pas être coupés dans le câble et aux extrémités tous les brins doivent être connectés au circuit correspondant. Ainsi tous les fils individuels sont connectés en parallèle.
À haute fréquence, la majorité du courant circule le long ou près de la surface du conducteur en raison de l'Effet de Peau (également appelé Effet Pelliculaire ou Skin effect en Anglais - parfois un utilise l'expression d'effet Kelvin). L'utilisation de brins divisés isolés procure une section efficace plus grande que celle d'un conducteur massif, d'où une amélioration considérable de la qualité des bobinages. Par exemple à 10MHz, 90% du courant efficace circule dans une couche de seulement 20µm (environ 1/ε)à partir de la surface. Dans un câble monobrin de 0,25mm² (environ Ø0,5657mm) 90% du courant doit circuler dans 0,13715 mm². Dans un câble de litz de même section adaptée, soit 200 brins de Ø0,04, le courant dispose de la totalité de la section efficace, soit 0,25mm², donc des pertes réduites d'un facteur 0,54.
Pour arriver à ce résultat il faut que tous les brins soient connectés aux extrémités. Les fils de litz HF sont principalement utilisés dans la gamme des ondes moyennes et courtes. Dans cette gamme, les bobines ont relativement beaucoup de spires et nécessitent un fil relativement long. En revanche, dans la gamme des basses fréquences et également avec les ondes longues, l'effet pelliculaire ne joue pas un rôle majeur, car la profondeur du Skin effect est comparable ou supérieure au rayon du fil. Dans le domaine des ondes ultra-courtes, les longueurs de fil sont faibles en raison du nombre de tours plus faible. L'effet de proximité et les capacités réparties réduisent les avantages du fil de litz. Par conséquent, le fil de litz HF est rarement utilisé dans la gamme des ondes ultra-courtes. Dans ce cas, si on peut bobiner à peu de spires non jointives, les conducteurs sont souvent argentés afin de procurer une résistance de surface aussi faible que possible.
L'effet de peau (en Anglais Skin effect, également appelé effet pelliculaire, parfois effet Kelvin) est le phénomène particulier des câbles électriques dans lesquels circule le courant alternatif, selon lequel la densité de courant à l'intérieur d'un conducteur est plus faible que vers la surface (ou peau) du conducteur. Quand un courant passe dans un conducteur il se crée un champ magnétique autour de ce conducteur, mais également à l'intérieur. Quand le courant est du type continu, le champ est quasiment le même partout et le courant se déplace de façon régulière dans tout le conducteur. Quand le courant est alternatif, le champ magnétique change avec chaque changement de phase. Ceci crée des courants de Foucault à l'extérieur du conducteur et également à l'intérieur. Les courants de Foucault de l'extérieur sont très utils: ils permettent aux transformateurs de fonctionner. Par contre les courants de Foucault vers l'intérieur des conducteurs créent des pertes. Ces courants se focalisant vers le centre, le champ magnétique est plus fort au centre qu'à l'extérieur ce qui pousse les électrons vers la périphérie. Le champ magnétique crée une tension inverse qui augmente avec la fréquence. Le courant efficace se retrouve vers la périphérie avec comme résultat une réduction de la section efficace du conducteur. La résistance ohmique active du conducteur augmente. In fine le flux de courant se déplace essentiellement dans la peau externe (en anglais Skin => Skin effect) du conducteur. L'effet de peau augmente avec la fréquence et réduit la section efficace du conducteur. Il existe plusieures méthodes pour minimiser l'effet de peau. - On peut compenser par des conducteurs plus gros. - On peut utiliser des tubes (le centre peut être utilisé pour faire circuler un fluide réfrigérant, par exemple dans des transformateurs de soudure). - On peut utiliser des bandes très minces (clinquants) avec des isolants adaptés. Ce dernier procédé est limité à des enroulements à peu de spires et en basse tension car la proximité et la capacité entre spires crée d'autres problèmes et les bords peuvent devenir ionisants. Le fait de recouvrir les conducteurs de métaux de qualité supérieure (ex.: dorure) peut empêcher l'oxydation. Des surfaces de conducteurs lisses réduisent la résistance de surface. Les câbles HF et les enroulements de bobines sont souvent constitués de fils individuels toronnés ou tressés, isolés les uns des autres (fil de litz haute fréquence ou fil de litz HF). Les fils massifs pour les applications HF sont recouverts d'argent.
Les fréquences de fonctionnement toujours plus élevées des alimentations à découpage exigent également que l'effet de peau soit pris en compte lors de la conception des enroulements des transformateurs. C'est pourquoi les fils de litz HF ou les clinquants sont de plus en plus utilisés à cette fin.
La condition préalable à une comparaison est la même section de litz HF et de fil unique. La division du fil de litz HF en plusieurs fils individuels avec un diamètre extérieur plus petit permet d'améliorer la distribution du courant. Les effets de la peau et de la proximité peuvent être réduits à des fréquences élevées.
1. Traitement thermique dans une armoire chauffante
Selon la taille de la bobine finie, un temps de cuisson dans l'armoire chauffante compris entre 5 et 30 minutes est nécessaire. La température doit être d'environ 150 à 160 °C afin d'obtenir un chauffage uniforme de l'ensemble du bobinage.
2. Collage par effet Joule: au moyen d'un chauffage par résistance par impulsion de courant électrique
l'intensité du courant et la durée de l'impulsion de courant sont ajustées en fonction de la taille de l'enroulement et du diamètre de fil utilisé. Il faut faire attention d'éviter la surchauffe dans une bobine avec un nombre très élevé de spires. En cas de surchauffe importante la couche d'émail soudable peut être détruite et des courts-circuits peuvent se produire.
3. Lier dans un flux d'air chaud spécifique
Avec cette méthode, le fil de bobinade est chauffé au moment du bobinage avec un flux d'air chaud. La température du flux d'air chaud dépend du diamètre de fil, de la forme du bobinage et de la vitesse de bobinage. Souvent, on choisit des températures de 190 - 230 °C. L'air chaud ne doit être en contact avec le fil juste avant le processus d'enroulement afin d'éviter une surcharge thermique du fil thermoadhérent. Conclusion : cette méthode représente la méthode de production la plus efficace dans une grande majorité des cas.
4. dissolution de la couche de laque de cuisson avec des solvants
La couche de laque de cuisson est dissoute avec un solvant approprié (par exemple, de l'alcool). Pour un durcissement complet, il est habituel de recuire les bobinages dans une étuve. Cela permet d'éliminer complètement le solvant. L'utilisation de cette méthode ne doit donc être envisagée que pour les enroulements à faible nombre de tours. Conclusion : cette méthode est moins recommandée car il y a un risque que des résidus de solvant restent dans le bobinage. Ces solvants résiduels peuvent provoquer la destruction de la couche d'émail créer des courts-circuits entre les spires.
Parce que les fils profilés RUPA Profil sont fabriqués sur mesure et peuvent être adaptés à la fabrication spécifique des formes de bobines. Avantage : possibilité de produire des échantillons et de modifier le design dans les plus brefs délais.