(08-09-2016, 01:09 AM)Eric a écrit : [ -> ]L’effet de peau apparaît dans un conducteur soumis à un champ électromagnétique alternatif. En fonction de la fréquence f du champ, la densité de courant électrique circulant dans le conducteur tend à se répartir majoritairement dans une couche en surface du conducteur.
Cette couche a une épaisseur δ exprimée selon la relation 1. δ = s 2 σµω (1) avec : — σ, la conductivité électrique du matériau ; — µ, sa perméabilité électrique ; — ω = 2π f , la pulsation associée à la fréquence f . L’épaisseur de peau diminue donc si la fréquence augmente. Il en résulte que la section de passage du courant est d’autant réduite. Par conséquent, la résistance du conducteur et les pertes Joule en son sein augmentent. Les pertes varient suivant la forme de la section du conducteur.
Personne ne conteste l'existance du phénomène physique. On trouve tout un tas d'information dessus, et toutes les fonctions de calcul appropriée.
Prenons la frequence audio maximum courament admise, soit 20kHz.
En applicant le calcul de la profondeur de la peau à cette frequence, on trouve 0.46mm. Appliquée a un conducteur cylindrique, ça nous donne 0.92mm de diametre maximum, sans perte de cuivre.
63% du courant circule entre la periphérie et la profondeur de peau, le reste continue à circuler en profondeur. Si on extrapole a peine un peu, on peut garder en teêe comme référence qu'un conducteur d'1mm de diametre ne soufrira pas (ou extremement peu) de l'effet de peau dans la bande Audio.
L'effet de peau en lui même importe peu, si ce n'est qu'il augmente l'impedance, et va provoquer plus de perte d'energie par effet joule.
Cependant, toujours dans la bande audio, à 20khz, l'augmentation de l'impedance est de l'ordre de la dizaine de milliOhm. Une unité très faible et très peu utilisée en electronique, hormis dans des cas specifiques.
Pour avoir une idée de l'impact dans les hautes frequences: à 60Khz, la peau est encore epaisse de 0.25mm. A 6Mhz, elle n'est plus que de 25µm (0.025mm). On comprends aisément qu'à des frequence en Mhz ou plus, l'effet de peau devient effectivement, extremement nocif.
On peut trouver des informations interessantes ici:
https://en.wikipedia.org/wiki/Skin_effect (surtout quelques courbes inetressantes)
Des informations plus ou moins vulgarisées ici:
https://ythurel.web.cern.ch/ythurel/Nume...%20rcu.htm
Et des informations plus techniques, plus completes et complexes ici:
http://www2.schneider-electric.com/docum...s/ct83.pdf
(08-09-2016, 01:09 AM)Eric a écrit : [ -> ]
C’est pourquoi, l’emploi d’inducteurs pleins pour des applications à hautes fréquences présente deux inconvénients. D’une part, la proportion d’énergie transmise à la charge peut être faible (≈ 60 %). D’autre part, il faut évacuer l’énergie perdue dans les inducteurs pour ne pas risquer leur dégradation. Face à ces difficultés, une idée originale consiste à employer des inducteurs divisés, formés de brins cylindriques individuels et recouverts d’isolant. Plusieurs brins sont torsadés et forment un paquet. Plusieurs paquets sont torsadés ensemble, formant un paquet plus gros. Le processus est répété jusqu’à obtenir un câble multibrins du diamètre désiré. Un tel agencement porte le nom de fil de Litz. L’idée de base de cette conception consiste à emmêler des brins de section inférieure à l’épaisseur de peau dans le but de contrer l’effet de peau en forçant le courant à se répartir uniformément dans la section du câble.
Comme vu au dessus, un brin d'un millimetre de diametre est encore efficace en Audio. Mais... il commence à devenir rigide. Et de plus en plus au delà.
Pour des raisons de commodité mécaniques, la plupart de nos cables sont des multibrins.
Dans un faisceau multibrin, qui n'a pas été altéré par un écrasement mecanique, la surface de contact entre les brins se situe entre 10 et 15% (là par contré, désolé, je n'ai plus la référence d'ou vient l'info).
Donc 85% de la surface d'un brin, est isolée des autre par un mince filet d'air. 85% (environ, car c'est un peu plus compliqué que ça) de la surface de ces multibrins est donc utilisable et utilisée par le courant pour circuler en périphérie. De fait, comparé a un monobrin de section égale, le multibrin augmente déjà considérablement la "surface de peau", et diminue d'autant l'impedance ajoutée par l'effet de peau (de l'ordre de quelques milli-ohms pour mémoire)
Avec du litz, on passe de 85% environ, à 100%
Ici, un article (en anglais sorry), qui montre la perte dans un cable HP due à l'effet de peau. En DB pour les audiophile, les chiffres vont vous surprendre je pense:
http://www.st-andrews.ac.uk/~www_pa/Scot...page2.html
(Sur ce site, dont le design fait penser a un vieux site du début 90, vous pouvez naviguer à travers d'autres pages, qui montrent les courbes de differents effets en audio. Ca a le merite de remettre certaines choses en perspectives)
(08-09-2016, 01:09 AM)Eric a écrit : [ -> ]Malheureusement, un nouveau phénomène apparaît alors : l’effet de proximité. Celui-ci se manifeste lorsqu’un minimum de deux fils voisins sont parcourus chacun par un courant alternatif. S’ils circulent dans le même sens, alors les deux courants ont tendance à se repousser mutuellement. Ainsi, la densité de courant n’est pas uniforme dans la section des brins : elle est faible dans la zone où les brins sont voisins et maximale à l’opposé. L’inverse se produit si les courants circulent en sens opposés : les courant s’attirent mutuellement. De nouvelles pertes apparaissent donc au sein des inducteurs multibrins, les pertes par effet de proximité. La question de l’influence de la géométrie interne d’un inducteur multibrins est donc essentielle.
Pour ce phenomène, c'est un peu plus complexe. Impossible de calculer les pertes, sans se lancer dans les grandes equations (ici pour les courageux:
https://engineering.dartmouth.edu/induct...ewcalc.pdf, ou ici
http://www.generalcable.co.nz/getattachm...fects.aspx).
Cependant, il faut savoir que:
- Le fil de litz utilisé en industrie est parfois composé de plusieurs milliers de fils de litz de sections differentes (un apperçu ici:
http://www.litzwire.com/litz_types.htm)
- Le toronage du multibrin ou du litz diminue l'effet de proximité. Le principe et de répartir les charges le plus equitablement possible entre les brins/litz, en faisant régulièrement changer leurs positions dans le toron, du centre vers l'exterieur et vice-versa. C'est une operation difficile (impossible?) à réaliser à la main, lorsqu'on assemble quelques fils de litz, mais les cables industriels sont correctement toronés.