Учёба. Образование

 Техническое творчество

 Издательство ЦК ВЛКСМ «Молодая Гвардия» 1955 г.

Электромотор — основной электротехнический прибор. Любой электродвигатель состоит из двух основных частей: неподвижной (статора), на которой расположена обмотка возбуждения, создающая магнитное поле, и вращающейся (ротора), связанной с механизмом, который нужно привести в движение.

Каждый электродвигатель требует точного расчета, и конструкция его должна быть всесторонне продумана.

Часто руководитель кружка идет по неправильному пути, копируя существующие электродвигатели большой мощности в соответствующем «масштабе». Однако следует помнить, что между размерами отдельных частей и деталей электродвигателя и его мощностью нет прямых соотношений. Поэтому каждый двигатель, если от него хотят получить наибольший коэффициент полезного действия (кпд), должен быть специально рассчитан и правильно сконструирован.

Здесь даются только отдельные советы по конструированию электродвигателей. Некоторые варианты конструкций самодельных электромоторов показаны на рисунке 12.

Рассматривая конструкции различных индукторов электромоторов, можно видеть, что они могут быть самой разнообразной формы и размера. Наиболее совершенные из них имеют круглую форму и массивные сердечники.

При конструировании электромагнитов электромоторов следует руководствоваться теми же выводами, которые были сделаны ранее. Это относится прежде всего" к выбору "материалов, которые не создают больших магнитных сопротивлений (трансформаторная сталь), и к выбору формы, позволяющей сделать замкнутый путь силовых линий как можно короче (круг). Чтобы мощность мотора на валу была наибольшей, необходимо сокращать зазор между сердечниками мотора и якорем и хорошо центрировать якорь.

Расчет обмоток индуктора имеет много общего с расчетом электромагнитов и реле.

В простых маломощных двигателях они могут быть сделаны из одной пластинки, изогнутой в виде буквы зет, составлены из двух пластинок, из трех, более массивные и менее массивные. Наконец юные техники могут изготовить якорь барабанного типа, если имеется возможность выточить сердечник якоря на токарном станке или подобрать соответствующих размеров железный цилиндр и в нем высверлить отверстия на станке.

Чтобы уменьшить нагрев якоря во время работы, получаемый вследствие появления токов Фуко, сердечник якоря делается из отдельных стальных пластинок. Перед сборкой якоря пластинки покрываются изолирующим лаком, в результате чего вредные потери мощности электродвигателя становятся гораздо меньше.

Лучше всего для изготовления якоря применять пластинки из листовой электротехнической стали, которая имеет очень небольшие потери при перемагничивании и мало нагревается от токов Фуко. Мощность мотора в этом случае сильно возрастает.

Электротехническую сталь можно заменить обычным кровельным железом и жестью толщиной 0,5—0,8 мм, хотя это в некоторой степени и ухудшит качество работы двигателя. Для улучшения качества сердечника якоря он вместе с валом прогревается в духовке или в печи в течение 1 часа. Перед тем как делать намотку, сердечник якоря и индуктор покрывают слоем изоляционного лака (например, асфальтового). Обмотка может производиться различным проводом: ПЭ, ПЭЛ, ПБД, ПШО или ПЭЛШО. Лучше для обмотки якоря применять провод марки «ПЭЛШО», а для обмотки возбуждения двигателя «ПЭЛ».

Для изолирования проводов от корпуса применяются лакоткани, изоляционная лента или конденсаторная бумага,, наклеенная с помощью шеллака или эмали.

Одной из самых серьезных частей двигателя является коллектор, через который осуществляется подводка тока к секциям якоря. Очень важно правильно установить коллектор на валу электромотора. Объясним это на следующем примере: на рисунке 12 показан простейший мотор с подковообразным магнитом. Если подковообразный магнит будет расположен горизонтально, а щетки должны находиться в вертикальной плоскости, то просвет между пластинами коллектора должен приходиться против полюсов якоря.

Правильная установка коллектора зависит от расположения щеток (находятся ли они в вертикальной или горизонтальной плоскости) и расположения полюсов индуктора. При расположении полюсов постоянного магнита, как это показано на схеме (рис. 13, а), и подключении положительного полюса батареи к верхней щетке якорь будет вращаться по часовой стрелке, так как разноименные полюса индуктора и якоря будут притягиваться. В положении якоря, показанном на рисунке 13, в, ток должен прерваться. А это будет только в том случае, если просветы коллектора в этот момент будут приходиться против щеток.

Пройдя по инерции это положение, якорь в следующий момент перемагнитится, так как направление тока в нем изменилось на обратное. Одноименные концы полюсов якоря и постоянного магнита будут отталкиваться (рис. 13, б), а разноименные полюса, пройдя вертикальное положение, вновь будут притягиваться, пока в горизонтальном поло-женки ток в якоре не прервется и его направление не переменится на обратное.

Принцип работы коллектора, подводящего ток к обмоткам якоря и изменяющего направление тока в якоре, должен быть хорошо понят кружковцами. Тогда регулировка модели и установка коллектора будут проводиться правильно.

Коллекторы двигателей могут быть цилиндрические и торцовые (рис. 13, справа).

Цилиндрические коллекторы легко изготовить из листовой латуни, выгибая пластинки по окружности на железном стержне подходящего диаметра. Для установки таких пластин коллектора на вал двигателя надевают цилиндрик из изолятора и.к нему с помощью клея БФ-2 приклеивают пластинки коллектора. Делается это следующим образом.

После тщательной промывки в бензине изолирующего цилиндра и каждой коллекторной пластинки на их поверхность наносится тонкий слой клея. После того как клей подсохнет, производится второе, более толстое покрытие и немедленно коллекторные пластины накладываются на цилиндр. Затем коллектор сушится и подгоняется на токарном станке. Пластинки коллектора хорошо делать из латунных втулок, которые разрезаются ножовкой на нужное количество частей.

Торцовые коллекторы (рис. 13, справа вверху) позволяют значительно сократить длину нашего двигателя и облегчают его изготовление. При такой конструкции коллектора щетки "будут скользить не по цилиндрической поверхности коллектора, а по торцовой.

Пластинки торцового коллектора укрепляются на специальных изолирующих шайбах также с помощью клея БФ-2.

Валы для электромоторов можно изготовлять из гвоздей соответствующей длины, а лучше всего из стальной вязальной спицы или вытачивать на токарном станке из стали серебрянки. Чем тоньше вал, тем меньше его трение в подшипниках.

Стойки для подшипников должны быть достаточно устойчивы. Их следует делать из толстой жести, полосок железа или дюраля, а лучше из профилированных материалов, которые придают стойкам большую жесткость.

В качестве подшипников могут служить латунные трубки, изготовленные из тонкой медной проволоки, которые впаиваются в отверстия стоек или трубки. Для изготовления медных трубок на вал наматывают плотно, виток к витку, медную проволоку на 10—15 мм длины вала, после чего полученную спиральку пропаивают оловом и получают трубочку точно по данному валу.

Хорошо применять в моделях моторов шариковые подшипники. Подшипники обязательно надо смазать машинным маслом.

Для центрирования вала с якорем полезно изготовить приспособление, показанное на рисунке 14. Вал с якорем кладут на опоры и поворачивают. Подвижной указатель, приставленный к одному из концов сердечника, при повороте якоря покажет, в каких местах сердечник будет задевать за полюсные наконечники, или укажет на слишком большой зазор.

В конструировании моделей электрических машин с успехом могут быть использованы детали мегаллоконструктора, детали штепсельных розеток, выключателей, радиодетали и прочее.

 Самодельный электромотор может быть применен для устройства электролодки, трамвая, электровоза. На рисунках, помещенных в сборнике, показано применение электромотора в подъемном кране, тракторе, сортировщике и т. д.

С мотором можно провести целый ряд опытов и экспериментов. На рисунке 15 показана установка, с помощью которой можно уяснить работу мотора и определить развиваемую им мощность. Электромотор вращает шкив большого диаметра, к оси которого прикреплен шнур; на конце шнура подвешен груз. Шнур наматывается на ось, и груз поднимается. Зная вес груза, высоту подъема и время, за которое поднимается груз, определяют произведенную работу и мощность двигателя.

В электромоторах с электромагнитами кружковцы могут соединить обмотки якоря и возбуждения последовательно (сериес) и параллельно (шунтовые моторы). Изменяя переключение проводов в якоре или индукторе, юные  техники  изменят  направление вращения якоря; включая измерительные приборы, измерят потребляемую силу тока и мощность г тормозя пальцем шкив электромотора, увеличат потребляемую силу тока; давая электромотору определенную нагрузку (например, поднимая груз на определенную высоту), определят кпд электромотора.

Самодельные модели необходимо сравнивать с настоящими электродвигателями промышленного образца. Интересно сравнить, как устроен якорь, коллектор, щетки и индуктор в моделях и в настоящих электродвигателях. В качестве электродвигателя заводского типа можно взять коллекторный электромотор для кинопередвижек или автомобильную или тракторную динамомашину, которую можно достать в гараже или в ремонтных мастерских МТС. Такая динамома-шина имеет все основные детали, какие есть у более мощных электрических машин, и может быть пущена от трех аккумуляторных элементов или от выпрямителя. Автотракторная динамомашина легко разбирается и может быть показана по частям.

Большинство самодельных электромоторов имеет сравнительно большое количество оборотов (до 5 тысяч). Если вал электродвигателя соединить непосредственно с ходовыми колесами модели, то они будут вращаться слишком быстро. Такая модель двигаться не будет, так как развиваемое усилие очень мало. Для увеличения тягового усилия двигателя ставят так называемый редуктор. Редуктор уменьшает число оборотов двигателя, но позволяет значительно выиграть в силе. Как устроен редуктор, показано на странице 367.

Многие движущиеся модели нуждаются в изменении направления вращения двигателя. Выше указывалось, что этого можно добиться изменением полярности проводников от щеткодержателей. Делать это надо с помощью специального переключателя, включенного по рисунку 16.

Когда переключатель находится в крайнем правом .положении, ток в якоре движется по направлению от положительного полюса источника тока к правой щетке якоря. В другом положении переключателя ток от положительного полюса источника пойдет к левой щетке двигателя и направление вращения электродвигателя изменится на обратное. Направление тока в обмотке возбуждения электродвигателя остается неизменным. На рисунке 16, справа, показана схема кнопочного управления двигателем.

Изготовление отдельных частей и узлов электродвигателей описывается в следующем разделе.

Конструирование электротехнических приборов, конечно, не ограничивается изложенными выше примерами. Руководитель кружка в процессе работы может встретиться с целым рядом вопросов, которые потребуют от него не только знания физики и математики, но и умения в совершенстве владеть методикой и техникой физического эксперимента, обладать некоторыми специфическими знаниями и навыками по лабораторной технике и графике.

Следует всегда помнить, что прежде чем вступать на путь самостоятельного конструирования электротехнических приборов, надо хорошо изучить существующие конструктивные решения, попробовать усовершенствовать их, используя более подходящие материалы, лучшую отделку.