Изобретаем электромоторПодпишитесь к моему rss каналу
Date: 22/05/2009  
Конструируем электромотор

Издательство ЦК ВЛКСМ «Молодая Гвардия» 1955 г.

Электромотор - основной электротехнический прибор. Любой электродвигатель заключается из двух основных частей: застывшей(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 конструктор ходит по неправильному пути, копируя существующие электродвигатели большой мощности в должном «масштабе». Однако вытекает помнить, что меж размерами отдельных частей и деталей электродвигателя и его мощностью нет прямых соотношений. Поэтому каждый электродвигатель, если от него хотят получить наибольший коэффициент полезного действия (кпд), должен быть специально рассчитан и правильно сконструирован.
Здесь даются едва отдельные советы по конструированию электромоторов.
Рассматривая конструкции различных индукторов электромоторов, можно видеть, что они могут быть самой всевозможной формы и размера. Наиболее абсолютные из них имеют круглую форму и массивные сердечники.

При конструировании электромагнитов электромоторов вытекает руководствоваться теми же выводами, которые были сделаны ранее. Это относится прежде целого" к выбору "материалов, которые не образовывают больших магнитных сопротивлений (трансформаторная сталь), и к выбору формы, позволяющей сделать замкнутый путь силовых линий как можно короче (круг). Чтобы мощность электромотора на валу была наибольшей, необходимо сокращать зазор меж сердечниками электромотора и якорем и хорошо центрировать якорь.
Расчет обмоток индуктора имеет много всеобщего с расчетом электромагнитов и реле.
В простых маломощных электродвигателях они могут быть сделаны из одной пластинки, изогнутой в виде буквы зет, составлены из двух пластинок, из трех, более массивные и меньше массивные. Наконец юные техники могут изготовить якорь барабанного типа, если имеется возможность выточить сердечник якоря на токарном станке или подвернуть должных 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 целого для изготовления якоря применять пластинки из листовой электротехнической стали, которая имеет очень карликовые потери при перемагничивании и мало нагревается от токов Фуко. Мощность мотора в этом случае адски 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 клея или эмали.
Одной из самых серьезных частей электродвигателя является коллектор, через который осуществляется подводка тока к секциям якоря. Очень важно правильно определить коллектор на валу электромотора. Объясним это на близком 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 меж пластинами коллектора должен приходиться против полюсов якоря.

Безупречная 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 благонравного полюса батареи к наружной 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 едва в том случае, если просветы коллектора в этот момент будут приходиться против щеток.
Пройдя по инерции это положение, якорь в близкий 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, временно 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 электродвигателей могут быть цилиндрические и торцовые .
Цилиндрические коллекторы легко изготовить из листовой латуни, выгибая пластинки по окружности на железном стержне подходящего диаметра. Для установки таковых пластин коллектора на вал двигателя надевают цилиндрик из изолятора и.к нему с помощью клея БФ-2 приклеивают пластинки коллектора. Делается это близким образом.
После тщательной промывки в бензине изолирующего цилиндра и каждой коллекторной пластинки на их поверхность наносится грациозный 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 таковой конструкции коллектора щетки "будут скользить не по цилиндрической поверхности коллектора, а по торцовой.
Пластинки торцового коллектора укрепляются на дополнительных изолирующих шайбах также с помощью клея БФ-2. Валы для электромоторов можно изготовлять из гвоздей должной длины, а лучше целого 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 вытекает 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 грациозной 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 электромоторов 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 изображу, в каких местах сердечник будет задевать за полюсные наконечники, или укажет на излишне 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. С электромотором можно провести целый ряд опытов и экспериментов. Была сделана установка, с помощью которой можно уяснить работу электромотора 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 электродвигателя.
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 целое 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 излишне быстро. Такая модель передвигаться не будет, так как развиваемое усилие очень мало. Для увеличения тягового усилия двигателя назначают 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 электродвигателя. Выше указывалось, что этого можно достичь изменением полярности проводников от щеткодержателей. Делать это надо с помощью дополнительного переключателя, включенного по рисунку 16.
Когда переключатель находится в крайнем правом .положении, ток в якоре движется по направлению от благонравного полюса источника тока к правой щетке якоря. В другом положении переключателя ток от благонравного полюса источника пойдет к левой щетке двигателя и направление вращения электродвигателя изменится на обратное. Направление тока в обмотке возбуждения электродвигателя остается неизменным.

Вытекает всегда помнить, что прежде чем вступать на путь самостоятельного конструирования электротехнических приборов, надо хорошо изучить существующие конструктивные решения, испробовать усовершенствовать их, используя более подходящие материалы, лучшую отделку.
Издательство ЦК ВЛКСМ «Молодая Гвардия» 1955 г.

Back