Текст книги "Самодельные электрические и паровые двигатели"

Автор книги: авторов Коллектив

сообщить о нарушении

Текущая страница: 3 (всего у книги 6 страниц)

Специальных катушек делать не нужно. Провод можно наматывать прямо на обжимки. Но чтобы он не сползал, сделайте «щеки». Вырежьте из тонкого плотного картона восемь прямоугольников 30 X 20 мм. Эти прямоугольники наденутся на обжимки; в центрах их нужно вычертить узенькие прямоугольнички по толщине и ширине обжимок, разрезать и изогнуть, как показано на рисунке 59, слева. Это и будут «щеки» катушек.

Обжимки оберните одним-двумя слоями бумаги и на концы их наденьте на клею заготовленные "щеки". Хорошенько промажьте клеем все катушки и, когда они высохнут, можете обматывать. На каждую катушку нужно поместить по ПО—120 витков провода, виток к витку. Сделайте это таким же способом, как и при обмотке якоря; заготовьте 6-метровые куски проволоки на двух гвоздях.

Концы обмоток завяжите нитками и'наденьте обжимки-катушки на "свои" полюсы. Вдвиньте их до конца, чтобы "щеки" катушек, прилегающие к кольцу статора, изогнулись по окружности, и тогда ©ставьте в каждый полюс статора "свой" "башмак".

"Башмаки" вдвиньте тоже до конца – отрегулируете потом, при испытании мотора.

Схема соединения обмоток статора показана на рисунке 60.

Буквами Я там обозначены начала обмоток, буквами К – концы. При таком включении одна половина статора (два полюса) намагничивается при прохождении тока, скажем, как южные полюсы, а другая половина – как северные.

Статор получается, как два подковообразных магнита, сложенных одноименными полюсами. После нескольких проб мы нашли, что так мотор работает лучше всего. 'Но помните, что соединение по схеме рисунка 60 дает хорошие результаты только в том случае, если обмотки всех катушек статора сделаны в одну сторону. Когда соедините все катушки, снова соберите мотор и проведите последние включения: присоедините щетки и подведите провода к штепсельной доске.

Эту доску вырежьте из кусочка изоляционного материала толщиной 2 мм. В прямоугольнике 20 X 15 мм просверлите два отверстия диаметром 4 мм. Из тоненькой латуни выгните две трубочки, заложите их в эти отверстия, надрежьте выступающие с обеих сторон концы и разогните, как лепестки цветов. Получатся два гнезда, в которые входят ножки от цоколей старых, перегоревших радиоламп.

С одной стороны подложите под лепестки гнезд очищенные от изоляции концы гибких проводов и вставьте штепсельную доску в держатели К на статоре мотора (рис. 56).

Рис. 60. Схема соединения обмоток статора.

Один из концов обмотки статора, все равно какой (просто ближайший), присоедините к выводу одного гнезда, а другой конец выведите гибким проводом и подожмите под ближайший контакт щеткодержателя (рис. 61). От второго контакта щеткодержателя проведите гибкий провод к свободному гнезду штепсельной доски. Получился сериес– мотор. Можете пробовать его работу.

К проводам от трансформатора или батареи элементов присоедините ножки от цоколя какой-нибудь старой, испорченной радиолампы и вставьте их в гнездо штепсельной доски.

Этот мотор тоже лучше сначала испытать и отрегулировать при большом напряжении. Когда мотор как следует заработает, уменьшите напряжение, подберите нужный нажим щеток и положение "башмаков" статора. Каждый "башмак" легко выдвинуть, вставив между ним и катушкой концы ножниц.

Рис. 61. Схема сериесного включения мотора с кольцевым статором.

Сближая ножницы, как бы разрезан ими, вы сумеете выдвинуть «башмак». Смотрите только, не придвиньте «башмаки» чересчур близко к полюсам якоря – испортите дело.

Наш мотор сделан очень тщательно, поэтому он хорошо работает даже от одной батарейки карманного фонарика, а при напряжении в 8 вольт – от трансформатора; благодаря тому, что обмотки соединены последовательно, ротор вращается с такой большой скоростью, что весь мотор гудит.

Мотор с пятиполюсным якорем

Очень хорошо работает шестой мотор, но у него есть один существенный недостаток:* иногда якорь останавливается в таком положении, что потом сам не трогается с места. Так неудачно располагаются полюсы якоря, что магнитное поле статора не может повернуть его. Достаточно чуть-чуть сдвинуть якорь, и он начинает вращаться, но сам с места не сдвигается.

Если мотор установлен на какую-нибудь модель, ему еще труднее трогаться с места, потому что приходится начинать работу с нагрузкой. И совсем неудобно подталкивать модель, чтобы она пошла. Правда, это случается довольно редко, но хороший мотор должен всегда работать без перебоев. Такие случаи бывают со всеми моторами с трехполюсными якорями, и устранить этот недостаток можно, только увеличив число полюсов якоря. Но делать четыре полюса невыгодно: и в таком моторе могут быть "мертвые точки".

Нужно сделать пятиполюсный якорь, и тогда можно быть уверенным, что всегда при включении тока мотор начнет работать.

Рис. 62. Фото. Пятиполюсный мотор со стороны передней крышки.

Рис. 63. Фото. Пятиполюсный мотор со стороны коллектора.

По внешнему виду наш пятиполюсный мотор (рис. 62 и 63) почти ничем не отличается от трехполюсного (рис. 50). То, что вместо квадратиков в серединах крышек сделаны кружки, совершенно несущественно; это каждый может делать как хочет, а вот якорь в нем стоит другой, это сразу заметно. Середина мотора заполнена гораздо больше, чем в трехполюсном моторе.

Пятиполюсный якорь (рис. 64) можно сделать точно так, как трехполюсный, только взять не три, а пять V-образных частей.

Размеры основных деталей пятиполюсного якоря даны на рисунке 65; размеры деталей Б и В такие же, как и для трехполюсного якоря (рис. 44).

И здесь, для того чтобы увеличить массу железа якоря, между соседними сторонами V-образ– -ных деталей до обжимания полосками Б закладываются по пять-шесть прямоугольников В, а после обжимки заколачивается еще по одному прямоугольнику.

Перед обмоткой сердечники якоря нужно обернуть одним-двумя слоями парафинированной бумаги и в уголки у оси вклеить деревянные треугольнички. Схема обмотки такая же, как и трехполюсного якоря (рис. 66).

Если для питания мотора у вас есть хороший трансформатор, аккумуляторы или большие сухие элементы, можете сделать обмотку проводом диаметром 0,5 мм в любой изоляции. Тогда на каждый полюс якоря намотайте по 80 витков, аккуратно, виток к -витку. Все пять сердечников нужно обмотать строго одинаково. Концы и начала соседних обмоток соединяются и припаиваются к ближайшим обкладкам коллектора.

Рис. 64. Пятиполюсный якорь.

Рис. 65. Основные детали и конструкция пятиполюсного якоря.

Понятно, что коллектор этого мотора должен иметь пять обкладок.

Обмотки статора сделайте таким же проводом, каким обматывали якорь,—диаметром 0,5 мм. На каждую катушку полюса статора нужно поместить 130 витков проволоки, плотно, виток к витку.

Этот мотор рассчитан на работу при напряжении в 4—5 вольт постоянного тока или 6 вольт переменного (от трансформатора), но он хорошо работает и при 2—3 вольтах. Напряжение мы считаем на моторе, а не на источнике тока. Если включить мотор от трех элементов, дающих без нагрузки напряжение около 4,5 вольт, они, как говорится, "сядут" под нагрузкой, и напряжение на моторе будет только немного превышать 3 вольта. Так же "садится" и напряжение трансформатора, поэтому напряжение всегда надо брать с запасом.

Рис. 66. Схема обмотки якоря.

Рис. 67. Три схемы обмотки статора.

Если источник тока у вас недостаточно мощный, намотайте на каждый полюс якоря по 100 витков проволоки диаметром 0,35—0,4 мм. Схема соединения обмоток статора также зависит от того, какой ток вы можете брать от источника. Для наибольшего тока все катушки соединяются параллельно (рис. 67, справа), для наименьшего (в случае обмотки якоря проводом диаметром 0,4 мм) – последовательно (рис. 67, слева). Средняя величина тока получается при последовательно-параллельном соединении (рис. 67, в середине). Буквами Н на рисунке 67 обозначены начала обмоток, буквами К – концы. Не забудьте, что соединения по схемам рисунка 67 дают, хорошие результаты только в том случае, если обмотки всех катушек статора сделаны в одну сторону.

На рисунке 68 все детали мотора показаны перед окончательной сборкой. Когда соберете мотор и станете испытывать, протрите коллектор во время работы графитом мягкого черного карандаша. Такая графитовая смазка коллектора значительно улучшает работу мотора, и следует время от времени смазывать все моторы, которые вы построите.

Рис. 68. Фото разобранного мотора. Слева – якорь, в середине – статор, справа – передняя крышка.

Мощность мотора с пятиполюсным якорем и мощность мотора с трехполюсным якорем и кольцевым статором можно значительно увеличить, совсем не меняя конструкции. Для этого достаточно только увеличить длину мотора. Конечно, увеличение длины проволочных крышек ничего не даст – нужно увеличить длину статора, а значит, и якоря. У нас длина статоров в обоих моторах равна 25 мм; можно увеличить ее до 35—40 мм. Тогда ширину полосок Д нужно взять не 25 мм, как указано на рисунке 52, а 35—40 мм. Ширина узкой части этих полосок будет не 16 мм, а 26—31 мм, что заставит увеличить длину обжимок Е (рис. 53) и размеры деталей «башмаков» (рис. 54).

Точно так же нужно увеличить на 10—15 мм и ширину заготовок деталей А, В и Г, из которых собирается якорь (рис. 44, если изготовляется трехполюсный якорь, и рис. 65 – для пятиполюсного якоря). Соответственно увеличивается длина обжимок Б {рис. 44).

Количество витков проволоки и диаметр ее на якоре и статоре остаются без изменений. Такие удлиненные моторы особенно хорошо работают при увеличении напряжения до 12—14 вольт.

Рис. 69. Слева – схема изменения направления вращения якоря, справа – простейшая конструкция переключателя.

Если вы установили мотор на какую-нибудь модель, может понадобиться пустить ее задним ходом. В трех последних моторах это можно осуществить поворотам щеток, но неудобно забираться для этого в модель к мотору, да и регулировка мотора нарушается. Можно делать иначе: изменять направление тока в обмотке якоря, не меняя его в обмотке полюсов статора.

На рисунке 69 дана схема соединений для прямого и обратного хода мотора. На этой схеме видно, что для изменения направления вращения ротора достаточно поменять местами присоединение проводов от щеток. Практически это осуществляется обычно так: выводят отдельно два провода обмоток статора й два провода от щеток; эти провода присоединяют к доске переключения прямого и обратного хода, на которой находится двухполюсный переключатель или другое какое-нибудь приспособление.

Можете воткнуть в деревяшку четыре кнопки, укрепить над ними четыре плоские пружины (обрезки пружин от больших часов) и, нажимая то одну, то другую пару пружин, получать прямой и обратный ход мотора (рис. 69, справа).

На рисунке 70 дана схема соединений с переключением двухполюсным рубильником. Провода от источника тока и от обмотки статора присоединяются к ножам рубильника, провода от якоря – к зажимам. На схеме стрелками показаны ’ ножи, кружками – зажимы.

Совсем нетрудно придумать приспособление, автоматически переключающее мотор, когда модель доходит до конца линии.

Рис. 70. Схема переключения двухполюсным рубильником.

Якорь новой конструкции

Якорь – обычно самая сложная для изготовления часть мотора. Для наших моторов мы изготовляли якоря из полосок жести, но в таких якорях количество железа недостаточно, и из-за этого моторы работают хуже. Якоря многих настоящих машин собираются из штампованных кружков с вырезами, но юному технику такое дело .не под силу. Как же быть?

Мы попробуем сделать якорь так, как он еще никогда не делался: пустой железный якорь набить обрезками железной проволоки, гвоздями, железными опилками. Попробовали и получили замечательный результат: мотор работает отлично. Якорь такой конструкции легко изготовить любого диаметра, любой длины, любой формы. Форма нашего якоря—так называемая двух-Т-образная (рис. 71).

Рис. 71. Набивной якорь.

К двум очень тщательно вырезанным «щекам» припаиваются два полукруга. Затем впаивается П-образная часть. Получается не закрытая еще коробочка якоря. В эту коробочку набиваются обрезки мягкой железной проволоки по длине якоря и заливаются каким-нибудь лаком. Затем якорь нужно хорошенько потрясти, чтобы проволока плотно улеглась. Когда будут заполнены все уголки, можно закончить коробочку, припаяв вторую П-образную часть.

Если все сделать аккуратно, якорь будет работать так хорошо, что мало кто догадается, каким способом он изготовлен. Получается полное впечатление массивной точеной детали.

Готовый якорь покрывается лаком, вырезы оклеиваются бумагой и обматываются медной эмалированной проволокой диаметром 0,5—0,6 мм. С каждой стороны оси наматывается по 100 витков—всего, значит, 200 витков.

По такому же способу можно изготовить якорь с любым количеством полюсов.

Рис. 72. Последовательность изготовления пятиполюсного набивного якоря.

На ось надеваются два кружочка – «щеки» соответствующего диаметра с вырезами по количеству полюсов (на рисунке 72 показана трехполюсная «щека»). По ширине якоря вырезается полоска из жести такой длины, чтобы из нее можно было свернуть трубку, равную диаметру «щек». Аккуратно надвиньте трубку на «щеки», обкрутив сверху какой-нибудь проволокой или ниткой, чтобы края цилиндра плотно прилегали к «щекам». Места соединения как следует пропаяйте. Остается прорезать ножницами цилиндр в местах пазов. Затем нарежьте узкие полоски жести по длине якоря, а шириной – по длине кромки паза. Полоска сгибается по форме паза, закладывается в него и пропаивается. Для того 'чтобы потом можно было набить якорь железом, один паз не закрывайте. Теперь набейте якорь обрезками мягкой железной проволоки, залейте лаком, заложите последнюю пластинку в паз и пропаяйте.

Остается только отбалансировать якорь. Для этого положите его концами осей на ребра двух ножей, держа их в одной руке, илй на контрольный станочек, изображенный на рисунке 36.

Если одна сторона якоря будет перевешивать, осторожно просверлите в "щечке" противоположной стороны небольшое отверстие и забейте в него несколько кусочков проволоки. После того как якорь уравновесится, отверстие запаяйте.

Самодельный трансформатор

Больше ста лет назад знаменитый английский ученый Майкл Фарадей сконструировал прибор, который представлял собой прообраз первого в мире трансформатора.

Трансформатором он тогда не назывался – так его назвали через несколько десятков лет, – а свой прибор Фарадей сделал для опытов с индукцией электрических токов.

Дело было так. 24 ноября 1831 года Фарадей представил Королевскому обществу доклад, который назывался "Опытные исследования по электричеству".

Рис. 73. Кольцо Фарадея.

Это был замечательный доклад. Фарадей открыл то, что сейчас называется электромагнитной индукцией и что дало возможность изобрести динамомашину, а затем и электродвигатель– электромотор. В докладе Фарадея было описано множество опытов, и между ними вот какой.

Из мягкого круглого пруткового железа Фарадей свернул кольцо (рис. 73) и намотал на него две катушки – Л и В. Медная проволока катушек была хорошо изолирована. К концам катушки В Фарадей присоединил гальванометр. В тот момент, когда к концам катушки А была присоединена батарея элементов, стрелка гальванометра на мгновение резко отклонилась. Это было удивительно: ведь провода батареи никак не соединялись с обмоткой гальванометра, и катушки Л и В не были соединены ни между собой, ни с железным кольцом. Фарадей разомкнул цепь батареи, и успокоившаяся было стрелка гальванометра снова на мгновение резко отклонилась, но теперь уже в другую сторону.

Сколько раз ни включал и ни выключал Фарадей батарею, стрелка в эти моменты всегда резко отклонялась, а потом возвращалась в прежнее положение. Стрелка отклонялась только в моменты включения и выключения тока. Тогда не был еще известен переменный ток, каким мы пользуемся дома.

Ток городской сети непрерывно меняется. Значит, если мы его подведем к одной из обмоток кольца Фарадея, во второй обмотке будет непрерывно индуктироваться ток.

С помощью кольца Фарадея наш городской ток можно трансформировать – преобразовывать его напряжение и силу; поэтому прибор Фарадея впоследствии был назван трансформатором. В трансформаторе две обмотки; к концам первой мы подводим одно напряжение, а на концах другой, намотанной поверх или рядом с первой, получаем другое напряжение.

Рис. 74 Опыт с лампочкой.

Попробуйте проделать такой интересный опыт. Вырежьте из жести 50—60 полосок длиной по 90 мм и шириной 20 мм. Сложите их вместе и туго оберните бумагой. На эту пачку полосок приклейте поверх бумаги две картонные «щеки» на расстоянии 60 мм одна от другой. Намотайте на полоски 1500 витков медной изолированной проволоки диаметром 0,2 мм. Концы обмотки выведите толстыми проводами для включения в осветительную сеть.

Сделайте еще одну катушку в 150 витков провода диаметром 0,5—0,6 мм. Отверстие в этой катушке должно быть таким, чтобы она легко надевалась на сердечник первой катушки тонкого провода.

К концам второй катушки присоедините лампочку карманного фонарика, а первую катушку включите в осветительную сеть (рис. 74). Только не держите эту катушку включенной <в. сеть продолжительное время: она очень сильно нагревается, и проволока может перегореть.

Если поднести катушку с лампочкой к катушке, включенной в сеть, произойдет замечательное явление: волосок лампочки станет накаляться и наконец засияет белым светом. Это – индукция. Переменный ток первой катушки возбудил переменный магнитный поток, который создал переменный ток во второй катушке. Это – трансформатор. Так мы можем трансформировать – преобразовывать – переменный ток в зависимости от того, сколько витков намотано на катушки. Если на второй катушке меньше витков, чем на первой, напряжение на ее концах будет во столько раз меньше, во сколько раз меньше витков на ней.

У нас на первой катушке 1500 витков, а на второй 150 – в десять раз меньше. Значит, если к первой катушке подведено напряжение в 120 вольт, на концах второй получится в десять раз меньше – всего 12 вольт.

Но так можно рассчитывать только в том случае, если первичная и вторичная обмотки намотаны очень близко одна к другой и если толщина проволоки одна и та же. Часть энергии теряется еще по некоторым другим причинам, и поэтому в нашем опыте во вторичной обмотке получается -значительно меньше 12 вольт.

При изготовлении трансформатора можно сделать вторую катушку с большим числом витков, чем в первой; тогда напряжение на ее концах будет больше. Если на вторую катушку намотать 6000 витков, она даст напряжение в 480 вольт.

Вот какой замечательный прибор трансформатор!

А зачем нужны трансформаторы?

Дело в том, что при прохождении по проводам тока они нагреваются. И чем тоньше провод, тем легче току его нагреть. Но чем выше напряжение (вольты) и чем меньше сила тока (амперы), тем меньше нагреваются провода. От городской электростанции расходится сеть проводов по городу. Чтобы не терять даром много электрической энергии, нужно или делать провода очень толстыми, а это дорого, или передавать энергию на высоком напряжении, а это опасно для жизни людей. Кроме того, очень высокое напряжение трудно использовать для накаливания нитей электрических лампочек и для приведения в движение электромоторов. Тут и пришли на помощь трансформаторы.

Рис. 75. Самодельный трансформатор.

Электрические станции дают ток высокого напряжения (несколько тысяч в'ольт) во все концы города. В разных местах города стоят трансформаторы и преобразовывают высокое напряжение в удобное для использования низкое напряжение. От трансформаторов идут не очень длинные провода. Ток по ним течет сравнительно небольшой, и энергии теряется немного. И экономно и удобно.

Трансформированный уже ток, которым мы пользуемся дома, можно еще сколько угодно раз трансформировать.

Нам для наших электромоторов нужно напряжение в 4—8—12 вольт.

Его нетрудно получить с помощью самодельного трансформатора (рис. 75).

Сердечник трансформатора сделайте из жести или кровельного железа. Заготовьте 80 полосок жести длиной по. 28 см и шириной 2,5 см. На деревянном бруске склейте прочную катушку с внутренним отверстием 2,5X 2,5 см и длиной 7 см. На эту катушку намотайте 800 витков провода диаметром 0,25 мм. К этой обмотке мы подведем городское напряжение, поэтому изоляция ее должна быть очень хорошей, лучше всего двойной, марки ПБД или ПШД. Концы обмотки выведите через "щеки" катушки осветительным шнуром.

На эту первичную обмотку намотайте вторичную. Нам нужно получить напряжение в 4—8—12 вольт. Значит, если напряжение городской сети 120 вольт, количество витков, вторичной обмотки должно быть в 30, 15 и 10 раз меньше первичной – 27, 54 и 80 витков. Если напряжение городской сети 220 вольт, лучше, не изменяя числа витков вторичной обмотки, увеличить вдвое количество витков первичной: намотать не 800, а 1600 витков проводом 0,2 мм, при этом немного увеличив размеры катушки.

Рис. 76. Схема трансформатора.

Но, изготовляя трансформатор, при расчете вторичной обмотки нужно учесть, что вместо специального трансформаторного железа мы применяем жесть от консервных -банок, не очень аккуратно делаем обмотки и в результате не получаем расчетной величины напряжения. Поэтому лучше увеличить количество витков во вторичной обмотке и намотать 37, 75 и 112 витков. Конечно, не нужно мотать отдельно 37, 75 и 112 витков, достаточно намотать всего 112 витков и сделать отводы от 37-го и 75-го витков. Тогда, если мотор присоединим к первой части обмотки, а остальную оставим свободной, мы получим на нем напряжение в, 4 вольта; если включим до отвода 75-го витка, получим 8 вольт; включение всей вторичной катушки даст нам 12 вольт (рис. 76).

Эта обмотка должна давать большой ток низкого напряжения. Тонкий провод при прохождении по нему большого тока нагревается, поэтому вторичную обмотку нужно намотать проводом диаметром не меньше 0,8 мм; лучше всего взять провод диаметром 1,2 мм.

Когда будете мотать первичную обмотку, через каждые несколько рядов прокладывайте ленту парафинированной бумаги во всю ширину катушки. Это улучшит изоляцию. Всю первичную обмотку оберните двумя-тремя слоями бумаги и уже поверх нее мотайте вторичную.

В готовую катушку вставьте заготовленные жестяные или железные полоски – столько, сколько удастся вогнать.

Рис. 77. Конструкция сердечника.

Катушка должна быть туго набита. .Половину полосок загните на правую сторону, половину на* левую. Чтобы в месте соединения не получилось утолщения, сводите полоски встык, но стыки делайте в разных местах (рис. 77). Излишки полосок срезайте.

Получше сожмите полоски и в нескольких местах туго перевяжите крепкой ниткой или изоляционной лентой. Если полоски не будут плотно прижаты друг к другу, во время работы трансформатора они будут дрожать и гудеть Для лучшей работы трансформатора полезно сначала отжечь (нагреть докрасна, а затем медленно остудить) полоски сердечника, а затем покрыть их лаком или оклеить папиросной бумагой с одной стороны.

Готовый трансформатор укрепите на доске, пров'ода вторичной обмотки подведите к трем клеммам с надписями: "4—8—12 вольт", а концы первичной выведите осветительным шнуром с вилкой на конце.

Во время работы трансформатор немного нагревается. Не обращайте на это внимания – все равно трансформатор хорошо работает. Конечно, если трансформатор так сильно нагревается, что изоляция обмоток начинает дымиться, это плохо. Значит, где-нибудь повреждена изоляция проводов. Придется разобрать трансформатор, тщательно осмотреть изоляцию проводов и снова намотать.

Если все сделаете аккуратно, сможете безопасно пользоваться. городской сетью, не боясь того, ччто перегорят пробки и квартира останется без света. Трансформатор – прекрасный аппарат для питания самодельных электромоторов и проведения многих электротехнических опытов.