Câbles atténuant l'effet de peau : Toronnés, Litz, et conducteurs creux
Effet de peau : Refoulement courant haute fréquence
L'effet de peau force le courant AC vers la surface du conducteur. Profondeur de peau δ = √(ρ / πfμ). À 60 Hz dans Cu : δ ≈ 8,5 mm (fil solide < 17 mm non affecté). À 100 kHz : δ ≈ 0,21 mm. À 10 MHz : δ ≈ 21 µm. La **résistance effective augmente** comme Rac / Rdc ≈ rayon / (2δ) pour rayon >> δ.
Géométries conducteurs réduisant résistance AC
| Type conducteur | Mécanisme | Gamme fréquence effective | Applications |
|---|---|---|---|
| Toronné (Concentrique / Compacté) | Brins multiples fins → surface accrue. Pas d'isolement entre brins → courant encore refoulé vers *brins extérieurs* (effet proximité). Bénéfice limité. | Fréq secteur (50/60 Hz) jusqu'à ~1 kHz | Câbles bâtiment, lignes aériennes, flexibilité |
| Fil Litz | Nombreux (50–1000+) brins **individuellement isolés** (0,05–0,2 mm), tressés/entrelacés pour que chaque brin occupe toutes positions radiales équitablement → courant se répartit uniformément. | 10 kHz – 3 MHz (Transfos/selfs découpage, charge sans fil, chauffage induction) | Magnétiques HF, RFID, médical, aérospatial |
| Creux / Tubulaire | Supprime cuivre central inutilisé. Courant ne circule que dans région profondeur peau de toute façon. Économise poids/coût (80% Cu économisé). | > 100 kHz (barres omnibus, bobines RF, guides d'ondes) | Barres omnibus fort courant, cavités RF, accélérateurs particules |
| Ruban / Feuille plat | Grand périmètre / section → faible Rac/Rdc. Utilisé comme enroulements feuille magnétiques planaires. | 100 kHz – 10 MHz | Transfos planaires, selfs PCB, barres omnibus |
| Segmenté / Roebel / Transposé | Brins transposés pour égaliser linkage flux (comme Litz mais plus gros). | Basse freq (50/60 Hz) grosse section (>1000 mm²) | Barres stator gros générateurs, câbles HVDC |
Guide de sélection
- 50/60 Hz Énergie : Solide ou toronné standard (effet peau négligeable < 500 kcmil). Utiliser segmenté pour gros conducteurs.
- Magnétiques découpage (50 kHz–2 MHz) : **Fil Litz obligatoire** pour enroulements > 1–2 profondeurs peau épaisse.
- RF (MHz–GHz) : Tube creux argenté, feuille, ou piste PCB plaquée. Profondeur peau << épaisseur placage.
- Barres omnibus (harmoniques kHz) : Empilements laminés/isolés ou creux Al/Cu.
Effet proximité : Le partenaire caché
Champs magnétiques conducteurs adjacents forcent courant vers surfaces *face à face*, augmentant pertes. Tressage Litz atténue peau et proximité. Enroulements feuille avec espaces isolants gèrent proximité par géométrie.