Юный техник

Абрамов Александр Николаевич

Куличенко Василий Федосеевич

Раздел третий

ЮНЫМ ЭЛЕКТРОТЕХНИКАМ

 

 

1. Компактный электромотор

Наш электромотор рассчитан на питание постоянным или переменным током напряжением 6–8 вольтов. Конструкция его несколько отличается от описанных во всех других книжках. Применив статор особой формы, мы получили возможность укрепить внутри него щетки, удачно расположить якорь, и весь мотор получился исключительно компактным. Ни одна часть его не «выпирает», каждый кубический сантиметр использован разумно. Якорь тоже сделан необычно. Он набивной, как в описанной дальше динамомашине. Коллектор мы применили плоский, так как он занимает меньше места, чем цилиндрический, а работает не хуже. Благодаря малым размерам этот электромотор удобно установить на любой модели — движущейся или стационарной. Постройку мотора начнем с изготовления статора (см. таблицу 18).

Таблица 18. Компактный электромотор.

Статор состоит из сердечника, сделанного из железного прутка и двух приклепанных к нему полюсов. Каждый полюс собран из пяти жестяных пластинок, спаянных вместе. Полюса изогнуты в виде дуг. Чтобы они получились одинаковыми, нужно сделать специальный шаблон. В качестве шаблона используйте деревянную палку диаметром 31 мм. Каждую пластинку полюса изогните на шаблоне отдельно, затем сложите вместе пять штук, привяжите их проволокой или веревкой к шаблону, выровняйте тщательно и пропаяйте края. Не снимая полюса с шаблона, просверлите в нем отверстие диаметром 4 мм. Точно так же сделайте и второй полюс.

Сердечник делается из круглого железного прутка длиной 39 мм и диаметром 8 мм. Оба конца сердечника сточите напильником на протяжении 4 мм до диаметра 4 мм. Удобно стачивать концы сердечника, зажав его в патроне дрели. Дрель укрепляется в тисках. В центре сточенных концов сверлятся отверстия диаметром 2 мм и глубиной 2–2,5 мм. Теперь остается приклепать к сердечнику полюса. Это нужно сделать очень аккуратно.

Зажмите сердечник в вертикальном положении в тисках. На верхнюю сточенную часть сердечника наденьте полюс. В отверстие сточенной части вставьте острие керна и ударьте по нему несколько раз молотком. Верхняя часть сердечника расширится, и полюс уже не соскочит с него. Правда, держится он еще не очень прочно, но это пока не важно.

Освободите сердечник из тисков, наденьте другой полюс на свободный конец сердечника и расклепайте его, установив сердечник уже расклепанным ранее концом на толстой стальной плитке или на наковальне. Теперь, ударяя молотком то по одному, то по другому концу сердечника, окончательно приклепайте к нему полюса. Полюса должны идти строго параллельно друг другу, без всяких перекосов и отклонений в стороны. Расстояние между ними везде должно быть равно 31 мм. Для большей прочности и красоты расклепанные концы сердечника можете припаять к полюсам, но это необязательно.

Якорь. Обычно юные техники делают якорь из отдельных фигурных пластинок, собранных вместе. В таком якоре железа недостаточно, и поэтому мотор получается слабым. В нашем моторе якорь набивной. Мы спаяли из жести пустотелый якорь и набили его железными опилками. Такой якорь сделать очень просто, а мотор с ним работает прекрасно.

Все размеры якоря даны на таблице (справа, вверху). Из жести или, еще лучше, из железа толщиной 0,5–1 мм аккуратно вырежьте две щечки А и припаяйте их к оси на расстоянии 20 мм друг от друга. Ось возьмите диаметром 3–4 мм (от «конструктора») и длиной приблизительно 70–80 мм. К этим щечкам припаяйте три V-образные пластинки Б и два полукруга В. Все эти детали делаются из жести. Плотно набейте якорь через открытый полюс опилками, кусочками железной проволоки, мелкими гвоздиками и т. п. Чтобы все это хорошо улеглось в якоре, потрясите его. Когда якорь будет заполнен, налейте в него немного спиртового лаку (например шеллаку), дайте ему просохнуть и припаяйте третий, последний полукруг В. Якорь готов.

Обмотка статора. Перед обмоткой сердечник статора изолируйте двумя-тремя слоями парафинированной бумаги или изоляционной ленты. У полюсов наденьте щечки, вырезанные из тонкого картона. На сердечник нужно намотать 200 витков изолированной эмалью проволоки диаметром 0,5 мм. Мотать нужно аккуратно, виток к витку. Готовую обмотку оберните для защиты от повреждений одним-двумя слоями дерматина или просто плотной бумаги. Внешний диаметр обмотки должен быть приблизительно равен 19 мм. Если из-за неаккуратной намотки диаметр получится несколько больше, придется смотать витков десять-двадцать, иначе места для установки щеток не хватит.

Обмотка якоря. Тщательно изолируйте все три полюса якоря двумя-тремя слоями парафинированной бумаги или изоляционной ленты. На каждый полюс намотайте 80–90 витков изолированной проволоки диаметром 0,4 мм. Все полюса якоря обматываются в одну сторону и строго одинаково. Концы обмоток соедините по схеме (см. левый верхний угол таблицы). Полученные три конца потом припаяете к пластинкам (так называемым ламелям) коллектора.

Коллектор, как мы уже говорили, у нашего мотора плоский. Все размеры его даны на рисунке рядом со схемой обмотки. Из куска двухмиллиметрового пертинакса или плотного картона вырезывается кружок диаметром 26 мм. В центре его сверлится отверстие по диаметру оси. В миллиметровые отверстия, просверленные по краям кружка, вставляются кончики ламелей и с другой стороны загибаются. Ламели вырезаются из тонкой меди или латуни. Готовый коллектор надевается на ось и приклеивается густым столярным клеем к обмоткам якоря. Концы обмоток якоря припаиваются к загнутым кончикам ламелей. Эти концы и клей вполне надежно держат коллектор на оси. Когда будете укреплять коллектор, обратите внимание на то, чтобы щели между ламелями оказались точно между полюсами якоря, а сам коллектор при вращении не бил.

Щетки. Размеры щеток даны на рисунке. Щеткодержатель — это эбонитовая пластинка с приклепанным к ней посредине латунным угольником толщиной 0,5–0,8 мм. По краям к пластинке приклепываются щетки.

Щетки вырезаются из хорошо пружинящей латуни и изгибаются, как показано на рисунке.

Угольник и щетки необязательно приклепывать к пластинке — их можно прикрепить винтами. Если не найдете эбонита, пластинку можно сделать из хорошей трехмиллиметровой фанеры.

Стойки подшипников. Обе стойки делаются из меди или латуни. Лучше всего сделать стойки из латуни толщиной 1,5 мм. Если не найдете такой толстой латуни, можете сделать стойки из менее толстой и впаять в них специальные проволочные подшипники. Такие подшипники делаются из оголенной медной проволоки, скрученной в спираль. Спирали впаиваются в отверстия посредине стоек. Диаметр этих отверстий должен быть равен в этом случае внешнему диаметру спиралей. Если стойки делаются из толстой латуни, то проволочные подшипники впаивать не нужно и отверстия сверлятся по диаметру оси.

Сборку мотора начните с припайки внутри статора стойки А. Припаять ее нужно приблизительно на расстоянии 2–3 мм от обмотки статора. К одному из загнутых концов этой стойки припаяйте угольник щеткодержателя. Чтобы ось якоря не могла перемещаться в сторону обмотки статора и не терлась об нее, припаяйте к концу оси (со стороны коллектора) медную или латунную шайбочку. Шайбу нужно припаять приблизительно на расстоянии 2–3 мм от конца оси. Точное место припайки этой шайбы определите опытом. Припаивая шайбу, следите за тем, чтобы якорь находился вровень с наружными концами полюсов статора. В таком положении якоря мотор лучше всего работает. Чтобы трение между припаянной к оси шайбой и стойкой было возможно меньшим, наденьте между ними на ось еще одну свободную шайбу.

Припаяйте теперь к статору стойку Б. Предварительно заложите между якорем и полюсами статора по куску миллиметрового картона. Тогда, во-первых, якорь установится на равных расстояниях от обоих полюсов и, во-вторых, припайка стойки значительно облегчится. Не забудьте припаять к оси шайбочку, которая мешала бы перемещаться якорю в сторону стойки Б, Между этой шайбой и стойкой на ось также нужно надеть свободную шайбу. Когда припаяете стойку к статору, осторожно вращая якорь, выньте картон. Смажьте подшипники машинным маслом и прокрутите якорь рукой, чтобы ось приработалась в подшипниках.

Для удобства подводки тока к мотору сделайте специальную доску с клеммами (см. правый нижний угол таблицы). Доска выпиливается из эбонита; клеммы и угольник делаются из жести или латуни и приклепываются к доске.

К одной клемме (безразлично, к какой) припаяйте один из концов обмотки статора, а другой конец ее соедините с одной из щеток. Вторую щетку соедините со свободной клеммой, и можете пробовать работу мотора. К клеммам подведите постоянный или переменный ток напряжением 6–8 вольтов.

Если все сделано правильно, мотор сразу заработает и отрегулировать придется только величину нажима щеток на коллектор.

Щетки не должны слишком сильно давить. Если же, наоборот, щетки слишком слабо прилегают к коллектору, места соприкосновения сильно искрят, коллектор и щетки обгорают и мотор плохо работает. Нужно найти какую-то среднюю величину нажима щеток. Это определяется опытом. Для уменьшения трения протрите коллектор графитом карандаша. Машинным маслом коллектор смазывать нельзя, так как при этом образуется нагар, который ухудшает работу мотора. Подшипники нужно время от времени смазывать машинным маслом.

 

2. Электрический автомобиль

С описанным мотором можно построить маленький электрический автомобиль. Движение такого автомобиля направляет специальный рельс. Через этот же рельс к мотору автомобиля подводится ток. Это освобождает автомобиль от тяжелых и громоздких батарей или аккумуляторов. Рельс делается из деревянной рейки. Постройка его значительно проще постройки железнодорожных рельсов для моделей электровозов, паровозов, соленоидных дорог.

Постройка автомобиля

Наш автомобиль (см. таблицу 19) не имеет специального основания, и обе оси при помощи стоек крепятся непосредственно к мотору.

Таблица 19. Электрический автомобиль.

Ведущая ось (задняя) крепится к мотору при помощи П-образной стойки. Стойка эта выгибается из латунной или железной полоски толщиной 1–1,5 мм. Ось длиной 67 мм возьмите от «конструктора». Посредине оси укрепите шестерню от «конструктора» с двадцатью пятью зубцами. Чтобы ось не перемещалась из стороны в сторону, припаяйте к ней около стойки по шайбочке.

Червяк сделайте сами. Намотайте на ось мотора спиралью медную проволоку и припаяйте ее к оси. Диаметр проволоки должен быть равен расстоянию между зубцами шестерни, а расстояние между витками спирали (червяка) — толщине зубца. На концы оси наглухо наденьте колеса.

Колеса выпилите из шести- семимиллиметровой доски. На них нужно надеть шины. Можете использовать резиновые кольца, отрезанные от старой велосипедной камеры.

Конструкция рулевых (передних) колес и токоснимателя хорошо видна в правом нижнем углу таблицы. Наверху дан вид автомобиля спереди. Две отдельные оси передних колес прикреплены к деревянному бруску. В центре бруска укреплена вертикальная поворотная ось. Ролики токоснимателя сжимают с обеих сторон направляющую рейку-рельс. Благодаря этому передние колеса (а следовательно, и автомобиль) могут поворачиваться, следуя за изменениями направления пути. К рейке прибиты две металлические ленты, по одной с каждой стороны. Через ролики токоснимателя ток из лент попадает в мотор.

На рисунке даны все размеры токоснимателя. Концы деревянного бруска длиной 45 мм и сечения 10X7 мм оберните жестяными лентами. Одна лента должна быть шириной 26 мм, другая —17 мм. Ленты прибейте к бруску мелкими гвоздиками. В середине бруска (на ленте шириной 26 мм) просверлите отверстие диаметром 4 мм и глубиной 5–6 мм. В это отверстие вставьте ось от «конструктора» и припаяйте ее к ленте. Ось должна выступать над бруском на 16 мм. На концах бруска к лентам припаяйте две оси для колес. Длина их равна приблизительно 18–20 мм, диаметр — 4 мм. Теперь укрепите на бруске оси роликов. Их две — подвижная и неподвижная. Укрепите сначала подвижную ось.

На другой стороне бруска к широкой ленте припаяйте сделанную из жести скобку Из латуни или железа толщиной 1 мм выпилите движок В. В отверстие движка вставьте и припаяйте ось. Готовый движок нужно вдвинуть под скобку Б. К наружному концу его припаяйте изогнутую в виде буквы П миллиметровую проволоку Г. Концы ее изогните в виде крючков. На эти крючки наденьте петельки спиральных пружинок. Свободные концы пружинок наденьте на припаянные с обеих сторон бруска гвоздики.

Можете укрепить неподвижную ось второго ролика. В узкой ленте на расстоянии 14 мм от конца бруска просверлите отверстие диаметром 4 мм и глубиной 5–6 мм. В отверстие вставьте ось и припаяйте ее к ленте.

Ролики токоснимателя спаяйте из жести или латуни. Каждый ролик имеет внутри спиральный проволочный подшипник.

К обеим осям роликов на расстоянии 8 мм от концов припаяйте по латунной шайбочке. Наденьте ролики на оси и припаяйте еще по одной шайбочке, у самого конца каждой оси.

На боковые оси бруска нужно надеть колеса. Эти два колеса, в отличие от задних (ведущих), имеют свои проволочные подшипники и свободно вращаются на осях.

Работа идет к концу. Сделайте из жести стойку Д и припаяйте ее к статору мотора. К стойке припаяйте проволочный подшипник. В этот подшипник вставьте снизу укрепленную в середине бруска вертикальную ось. К оси припаяйте две шайбочки по обе стороны подшипника стойки. Они должны мешать оси выскакивать из подшипника. От каждой из лент бруска токоснимателя подведите к клеммам мотора гибкий провод.

Кузов автомобиля сделайте по своему вкусу. Впереди у радиатора укрепите фары — две лампочки от карманного фонаря, соединенные последовательно.

Рельс сделайте из деревянной рейки. Такие рейки применяются для постройки авиамоделей.

К рейке с обеих сторон прибейте мелкими гвоздиками жестяные или медные ленты шириной 5 мм.

Можно сделать и по-другому. В рейку набейте сбоку мелкие гвоздики и к их шляпкам припаяйте оголенную медную проволоку диаметром 0,8–1,5 мм. Самоё рейку нужно прибить к фанерной полосе шириной 80–90 мм. Рельс необязательно делать прямым: его можно делать в виде дуги и пускать автомобиль по кругу.

 

3. Лодка с подвесным электромотором и электровоз

Набивной якорь нашего мотора все же несколько сложен. Его можно упростить. Как видно на рисунке (вверху таблицы 20), полюса якоря можно сделать не набивными, а сплошными, вырезанными из железа. Это значительно облегчает изготовление якоря.

Таблица 20. Варианты конструкции мотора.

Переднюю стойку подшипников мотора (стойку Б) можно сделать съемной. Это очень удобно — позволит быстро разбирать мотор для ремонта, чистки коллектора, щеток.

Форма такой съемной стойки (или, как говорят, крышки) хорошо видна на рисунке. Делается она из латуки или меди толщиной 1,5–2 мм. Размеры стойки легко определить самому, и поэтому мы их здесь не даем. Отверстия в стойке для винтов просверлите точно по диаметру винтов, иначе стойка будет сдвигаться и якорь станет задевать за полюса статора.

С нашим электромотором можно осуществить различные модели. Интересно построить лодочку с подвесным мотором. Но для этого придется изменить конструкцию статора электромотора и в связи с этим вынести коллектор со щетками наружу.

Статор подвесного мотора делается из пяти жестяных полосок. Первую (внутреннюю) полоску сделайте по размерам, указанным на рисунке (внизу таблицы), а каждую следующую полоску делайте на несколько миллиметров (2–4) длиннее предыдущей. Изогнув полоски по форме, хорошо видной на рисунке, вложите их одну в другую, выровняйте, обожмите плоскогубцами, чтобы они легли плотнее, и пропаяйте края, опилив их предварительно напильником.

Якорь и коллектор не изменяются.

Щетки прямые, угольник для крепления щеткодержателя выгнут в обратную сторону.

Перед обмоткой тщательно изолируйте статор изоляционной лентой или парафинированной бумагой.

Если электромотор будет применен для подвесного лодочного мотора, намотайте на статор 220–230 витков проволоки диаметром 0,5–0,6 мм, а на каждый полюс якоря — по 80 витков проволоки диаметром 0,4 мм. Проволоку можно взять в какой угодно изоляции.

Если делаете мотор для модели электровоза, то на статор намотайте 200 витков проволоки диаметром 0,6–0,8 мм, а на каждый полюс якоря — 70–80 витков проволоки диаметром 0,5 мм. В этом случае проволоку нужно взять обязательно в эмалевой изоляции.

Подвесной мотор

Общий вид подвесного мотора дан в правом верхнем углу таблицы 21.

Таблица 21. Лодка с подвесным электромотором и электровоз.

Подвесной мотор обладает рядом достоинств. При таком моторе отпадает надобность в трубке, через которую, в особенности если она плохо сделана, внутрь лодки может попасть вода. Лодке с этим мотором не нужен руль, так как мотор можно поворачивать вокруг вертикальной оси (шурупа), изменяя этим направление действия гребного винта.

Подвесной мотор очень легко установить на любой лодке; мотор питается током от двух-трех батареек карманного фонаря, соединенных последовательно.

Для установки гребного винта спаяйте из жести дугообразный держатель А (см. таблицу, слева, вверху). Развертка его дана на рисунке. Из проволоки диаметром 0,5 мм сверните два подшипника и впаяйте их в держатель под прямым углом один к другому.

В один из подшипников вставьте ось мотора. Ось должна выступать с другой стороны подшипника на 2–3 мм. При помощи двух полосок Б прикрепите держатель к мотору. Гребной винт вырежьте из латуни или жести. В отверстие винта впаяйте ось длиной 22 мм. Ось винта вставьте в свободный подшипник держателя. Чтобы винт не задевал за держатель и ось не выскакивала из подшипника, припаяйте к ней две шайбочки.

Концы осей якоря и винта соедините между собой гибким валом — стальной пружинкой от «конструктора».

К статору мотора около катушки припаяйте две латунные или медные пластинки В. Отверстия в пластинках просверлите по диаметру шурупа. Шуруп подберите длиной приблизительно 40–45 мм. На шуруп наденьте спиральную пружинку и, вставив его в отверстия пластинок В, припаяйте к нему около нижней пластинки латунную шайбочку. Шуруп должен вращаться в отверстиях пластинок с небольшим трением.

Один из концов обмотки статора соедините со щеткой, к другой щетке припаяйте гибкий провод.

Чтобы установить подвесной мотор на лодке, просверлите в ее корме неглубокое отверстие и ввинтите в него шуруп мотора.

Модель электровоза

С электромотором, переделанным для подвески на лодку, удобно осуществить модель электровоза. Обычно юные техники подводят ток к своим моделям электровозов при помощи подвесного контактного провода или третьего рельса. Это усложняет постройку электровоза и рельсов. Наш электровоз получает ток через обычные рельсы и колеса. Не нужно ни третьего рельса, ни подвесного контактного провода.

Так как ток к мотору нашего электровоза подается через обычные рельсы, то два колеса, укрепленные на одной стороне основания электровоза, должны быть изолированы от двух других колес, укрепленных на противоположной стороне основания. Поэтому каждое колесо нашего электровоза имеет свою ось и вращается в собственном подшипнике.

Основание электровоза выпилите из фанеры толщиной 4 мм (на таблице — справа). К основанию при помощи шурупов и жестяной скобки Г прикрепите статор мотора (см. рисунок в середине таблицы). Закругленная часть статора должна войти в прямоугольное отверстие основания. На конце оси со стороны коллектора припаяйте шестерню с четырнадцатью-пятнадцатью зубцами. Мелкими гвоздиками прибейте к основанию четыре жестяных квадратика Е. К квадратикам припаяйте спиральные проволочные подшипники для осей колес.

Колеса спаяйте из жести. Делается колесо так. Вырежьте из жести два круга: один — диаметром 36 мм, другой — диаметром 28 мм, и просверлите в центрах их отверстия. Из четырехмиллиметровой фанеры выпилите кружок диаметром 28 мм и также просверлите в его центре отверстие. Отверстия во всех трех кружках сверлятся по диаметру оси. Ось лучше всего взять диаметром 3 мм. Деревянный кружок оберните жестяной лентой, ширина которой равна 4 мм, а длина — приблизительно 88 мм. Концы ленты спаяйте встык.

Наденьте все три кружка на ось в следующей последовательности: в середине деревянный кружок с жестяной лентой, а по бокам жестяные кружки. Остается только припаять жестяные кружки к ленте, и колесо готово. После припайки к ленте большего жестяного кружка деревянный кружок можно вынуть и припаять меньший жестяной кружок, а можно и не вынимать деревянный кружок, а просто закрыть его жестяным. Пусть деревянный кружок остается внутри колеса. Так гораздо проще. Три колеса припаяйте к осям длиной 20 мм, а четвертое — к оси длиной 24–25 мм. К этой оси нужно также припаять шестерню с шестьюдесятью зубцами.

Оси колес вставьте в проволочные подшипники Е, укрепленные на основании электровоза. К осям нужно припаять шайбочки, чтобы оси не выскакивали из подшипников.

К свободному концу двадцатипятимиллиметровой оси (на которой укреплена большая шестерня) припаяйте изогнутый в виде буквы Г кусок проволоки, а к рядом лежащему концу оси противоположного колеса припаяйте проволочный штырек. Этот штырек нужно обязательно изолировать, надев на него кусочек тонкой резиновой трубки или обмотав изоляционной лентой. Благодаря такой связи передних колес при вращении одного из них другое тоже будет вращаться. Так как одно из передних колес через шестерню связано с мотором, оба передних колеса оказываются ведущими. Это увеличивает сцепление электровоза с рельсами.

Для лучшего электрического контакта с рельсами оси колес, укрепленных на одной стороне основания электровоза (как левой, так и правой), соедините между собой медной проволокой.

Один из концов обмотки статора подведите к щетке (безразлично, к какой), а другой — к подшипнику одного из колес. Вторую щетку соедините с подшипником колеса, расположенного на другой стороне основания.

Остается сделать корпус — и электровоз готов. Корпус электровоза лучше всего сделать из картона. Форму выберите любую, по желанию. На корпусе можно укрепить прожектор с лампочкой от карманного фонаря.

Рельсы делаются из полосок кровельного железа и вставляются в неглубокие прорезы в шпалах. Шпалы сделайте из деревянных брусков. Расстояние между рельсами равно 42 мм. Можете сделать и по-другому: вбейте в шпалы гвоздики и припаяйте к их шляпкам двух- трехмиллиметровую проволоку. В этом случае в шпалах около гвоздей сделайте прорезы для реборд колес. К рельсам подводится ток напряжением 6–8 вольтов.

 

4. Речной троллейбус

Речной троллейбус — модель небольшого судна, которое, как и обычный городской троллейбус, приводится в движение электромотором. Ток к мотору подается через провода, укрепленные на мачтах, и через две дуги, скользящие по этим проводам. Вращение оси мотора передается трехлопастному винту. То, что источник энергии — трансформатор или батарея — находится вне судна, позволяет сделать модель небольшого размера (таблица 22).

Таблица 22. Речной троллейбус.

На корпусе и внутри речного троллейбуса можно установить маленькие электрические лампочки, что очень украсит модель.

Недостаток модели в том, что она не может производить крутых поворотов; в местах крутых поворотов приходится ставить на воде тонкие направляющие планки или проволочки. По прямому пути модель ходит безотказно.

Речной троллейбус можно пускать в специальном настольном бассейне, сделанным из толстой жести или фанеры, или в природном водоеме: в небольшом прудике, озере, на тихой речке.

Первая модель речного троллейбуса была построена юными техниками Ароном Кипнисом и Васей Савушкиным на Центральной станции юных техников имени Н. М. Шверника в Москве.

Корпус судна выпилите из доски толщиной 60–80 мм. Внутренность корпуса сначала высверлите по углам, а затем выдолбите. Фанерное дно с жестяным килем приклейте казеиновым клеем; весь корпус снаружи зашпаклюйте и окрасьте масляной краской несколько раз.

Мотор можно использовать тот же, что и подвесной для лодки, описанный раньше. Обмотку сделайте, как для электровоза. Внутри корпуса мотор устанавливается в в несколько наклонном положении. Его ось соединяется с осью винта пружинкой из набора «конструктор» или самодельной из тонкой струны. Винт вырезается из кусочка жести.

Ток к моторчику подается через две дуги, форма которых хорошо видна на рисунке. Высота их 250–300 мм. Дуги выгибаются из стальной проволоки диаметром 0,6–0,8 мм и прочно устанавливаются в отверстиях, проколотых в носовой части судна.

Провода, подающие ток к модели, укрепляются на деревянных мачтах при помощи медных держателей, форма которых хорошо видна на рисунке. Мачты делаются из тоненьких планочек сечением 10X15 мм. Держатели укрепляются на мачтах шурупами. Расстояние между нижними концами держателей равно 30 мм. Два подающих ток провода нигде не должны соприкасаться, точно так же как и держатели. Подающий провод — медный, диаметром 1 мм, очищенный от изоляции. Провод необходимо хорошо натянуть. Особенно хорошо использовать так называемый монтажный провод для радиоприемников. Его можно достать в радиомагазинах.

Мачты, если они устанавливаются в настольном бассейне, прикрепляются шурупами к боковым стенкам бассейна. Если бассейн вделан в прочную раму, мачты крепятся в особых отверстиях, высверленных в раме. Если речной троллейбус будет пускаться в пруду или речке, столбы мачт надо делать длинными, заострить концы и вбить в берег или в дно пруда. Мачты надо ставить на расстоянии не более 1 м друг от друга на прямых участках пути и на расстоянии 150–200 мм на закруглениях.

На поворотах скользящие рамки дуг соскакивают с проволоки, и троллейбус останавливается. Во избежание этого на поворотах путь надо ограничить тонкими направляющими проволоками. Эти проволоки можно закрепить внизу за мачты и изгибать по крутизне поворота. Чтобы они не были видны, поместите их ниже уровня воды.

Верх — кузов троллейбуса — склеивается из тонкого, но прочного картона. Выкройки деталей кузова даны на сетке. Их можно перечертить на клетчатую бумагу и затем перевести на картон. Окна вырезаются и изнутри заклеиваются цветной бумагой или целлофаном.

Закреплять кузов на корпусе не надо, так как для ремонта или для просмотра модели приходится иногда снимать его. Снаружи и изнутри кузов надо хорошо покрыть олифой и затем покрасить масляной краской.

 

5. Динамомашина с набивным якорем

Принцип действия

Еще более ста лет назад ученые заметили удивительное явление: если соединить концы проволоки с чувствительным прибором, показывающим наличие электрического тока, — с гальванометром, а среднюю часть проволоки провести между полюсами магнита, в проволоке возникнет ток. Правда, ток будет кратковременным: только то время, пока проволока движется между полюсами, но это уже не так важно. Важно то, что воздействие магнитного поля на движущуюся проволоку вызывает появление электрического тока.

Это открытие привело к изобретению динамомашины. Конечно, ток в проволоке получается в наше время не таким примитивным способом, но принцип возбуждения не изменился.

Такой опыт может повторить каждый, имеющий чувствительный гальванометр, простой подковообразный магнит и небольшой отрезок проволоки. Очень легко проделать этот опыт в школьной физической лаборатории.

Еще лучше выходит опыт, если сделать немного иначе: согнуть жесткую проволоку в прямоугольник, концы проволоки подвести к двум кольцами, пристроить к кольцам две гибкие пластинки-щетки, а от щеток провести провода к гальванометру. Конечно, проволочный прямоугольник с кольцами нужно укрепить на оси, а щетки на дощечке. Теперь, если поместить проволочный прямоугольник между полюсами магнита, у нас готова динамомашина (см. таблицу 23).

Таблица 23. Принцип действия динамомашины.

Пока прямоугольник будет неподвижно стоять между полюсами магнита, стрелка гальванометра будет показывать нуль (А). Однако если мы резко повернем прямоугольник, стрелка гальванометра сразу отклонится (Б). Есть ток!

Доведем прямоугольник до вертикального положения (В), остановим, и стрелка гальванометра успокоится на нуле.

Попробуем вращать прямоугольник дальше. Тут мы обнаружим, что в проволоке снова возникает ток, стрелка гальванометра опять отклоняется, но — в другую сторону (Г). Это понятно: ведь у неподвижных полюсов магнита проходят другие стороны прямоугольника, и поэтому направление тока в проволоке меняется.

Снова доведем прямоугольник до вертикального положения (Д), и стрелка гальванометра опять придет к нулю.

Ясно, что если мы будем непрерывно вращать прямоугольник, в нем также непрерывно будет возбуждаться ток, каждые пол-оборота меняющий направление на обратное. Это переменный ток. Такой ток, как в городской осветительной сети. Мы построили простейшую динамо-машину — генератор переменного тока.

Возникновение тока в прямоугольнике интересно изобразить графически. Если поставить прямоугольник вертикально, а затем начать вращать его, за первую четверть оборота ток возбудится от нуля до наибольшей величины (кривая над рис. Б). Затем, за вторую четверть оборота ток уменьшится до нуля (кривая над рис. Б). В третью четверть оборота ток снова достигнет наибольшей величины, но будет уже другого направления (кривая над рис. Г). И, наконец, за четвертую четверть оборота ток снова уменьшится до нуля (кривая над рис. Д). Для большей ясности кривая тока чертится то над, то под горизонтальной чертой, что сразу показывает перемену направления тока.

Совершенно понятно, что за следующий оборот прямоугольника явление повторится: снова ток поднимется от нуля до наибольшей величины, потом опустится до нуля, опять увеличится, но уже в другом направлении, и к концу оборота снова придет к нулю. Все время, пока мы будем вращать прямоугольник, в нем будет возбуждаться электрический ток, непрерывно меняющий направление.

Такой полный цикл — возбуждение тока, уменьшение, возбуждение в другом направлении и опять уменьшение до нуля — называют периодом. В нашей городской электрической сети ток пятидесятипериодный. Это значит, что пятьдесят раз в секунду совершается полный цикл.

Описанная нами динамомашина переменного тока очень ясно показывает принцип действия настоящей машины.

Однако машина лучше работает, если свернуть не один прямоугольный виток, а несколько — сделать многовитковую катушку. Получается еще лучше, если внутрь катушки поместить железный сердечник. В таком виде получится уже динамомашина, которая сможет не только отклонять легкую стрелку гальванометра, но и накаливать нити электрических лампочек или производить какую-нибудь другую работу.

Чем большее количество витков мы намотаем на вращающийся сердечник машины — на якорь, тем большее напряжение будет давать машина. И если мы будем вращать якорь со скоростью 3 тысяч оборотов в минуту, мы получим пятидесятипериодный переменный ток. Практически оказывается, что для самодельной машины, которую мы построили, совершенно достаточна скорость около 2 тысяч оборотов в минуту. При этой скорости она отлично работает, а число периодов, которое дает машина, нам не важно.

Постройка машины

Нашу машину мы рассчитали на 4–6 вольтов — такое напряжение, на которое рассчитаны маленькие лампочки. Эта машина может одновременно питать током шесть-восемь лампочек карманного фонаря.

Устройство и конструкция ее совершенно понятны по рисункам (см. таблицу 24).

Таблица 24. Динамомашина с набивным якорем.

Размеры якоря зависят от магнитов. Поэтому на таблице якорь нарисован так (слева, внизу), что, зная внешний диаметр его, каждый сможет рассчитать размеры вырезов. В нашей машине расстояние между полюсами магнита равно 42 поэтому диаметр якоря мы взяли в 40 мм.

Якорь — обычно самая сложная для изготовления часть машины. Многие делают его из полосок жести, изогнутых в различные фигуры, но в таком якоре оказывается недостаточное количество железа и из-за этого машина плохо работает. Якоря настоящих машин собираются на многих штампованных кружков с вырезами, но юному технику такое дело не под силу. Как же быть?

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

К двум очень тщательно вырезанным щечкам припаиваются два полукруга (см. таблицу, слева, вверху). Затем впаивается П-образная часть. Получается незакрытая 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 получится 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.

На ось, вплотную к обмотке, надевается деревянный или свернутый из бумаги цилиндрик. На цилиндрик надеваются два медных кольца. Один конец обмотки припаивается к ближайшему кольцу, другой конец пропускается сквозь проколотое шилом или раскаленной проволокой отверстие в цилиндрике и припаивается ко второму кольцу. Якорь готов.

Сделать жестяные футляры для концов постоянных магнитов уже совсем легко. Они подгоняются просто по магнитам. Изнутри припаиваются жестяные полукруги. Уголки заполняются железной проволокой и также заливаются лаком. Форма и размеры футляров, так называемых полюсных насадок, видны на рисунках.

Щетки вырезаются из хорошо пружинящей тонкой латуни и прибиваются к дощечке-основанию. Они должны хорошо прилегать к кольцам, но не очень сильно нажимать, чтобы не расходовалась зря энергия на преодоление трения.

Подшипники свертываются из медной полуторамиллиметровой проволоки и припаиваются к стойкам любой формы.

Провода от щеток лучше всего подвести к двум клеммам. Машина готова.

Если в обмотке нет обрыва и концы ее нигде не соединяются, можно ручаться, что сразу после изготовления машина заработает. Здесь не может быть никаких неожиданностей, никаких неприятностей.

Редуктор

Для испытаний машины нетрудно сделать простой редуктор из деталей «конструктора». Такой самодельный редуктор, сцепленный с динамомашиной, показан на таблице.

Этот редуктор из трех больших и трех малых шестерен от «конструктора» дает ускорение 1:18. Достаточно вращать ручку его со скоростью всего ста оборотов в минуту, чтобы машина давала полное расчетное напряжение.

Другие конструкции

А как быть, если нужно сделать машину большей мощности? Для питания десяти-пятнадцати лампочек карманного фонаря?

Очень просто сделать машину не с двумя, а с четырьмя магнитами. Конструкцию ее можно решить по-разному. Можно поставить четыре магнита в ряд и вдвое удлинить якорь. При нашей конструкции якоря сделать это незатруднительно. Можно сложить магниты попарно одноименными полюсами и получить конструкцию, показанную в левом нижнем углу таблицы. Такая машина удобна тем, что у нее нет деревянной дощечки-основания, она очень компактна. Наконец, юные техники сами могут придумать и другие конструктивные решения.

 

6. Велодинамо

Проще всего сделать для велосипеда динамомашину переменного тока (см. таблицу 25).