Кто бы мог подумать, что простейший инвертор можно сделать без применения транзисторов, микросхем и сложных схем. В прошлый раз я показывал . Как оказалось это не единственный способ построить инвертор. Я покажу как можно преобразовать электрическую энергию с постоянного напряжения 12 В до 220 В переменного тока.

Что понадобится?


Повышающий трансформатор. Естественно, раньше он работал как понижающий, но мы будем использовать его наоборот. Такие трансформаторы можно найти в приемниках, электронных часах, старых магнитофонах.

Сборка инвертора

Фактически наша схема состоит всего из трех частей включенных последовательно друг другу. Это трансформатор, включенный в цепь низкоомной обмоткой (высокоомная обмотка - это выход инвертора). Элементы питания - аккумуляторы или батареи. И коммутирующий элемент, в роли которого будет использован электрический моторчик, который можно вынуть из сломанных детский игрушек.


Вот сам моторчик. Просто так его в цепь не вставить - он не будет производить коммутацию. Нам его необходимо доработать.


Для этого разбираем моторчик.


Снимаем заднюю чать, перед этим отогнув держатели.


Нужно доработать якорь. Заключается это в том, чтобы отключить одну обмотку от контактов. Для этого обрываем проволочки одной любой обмотки.


Собираем мотор.


После такой доработки мотор не сможет полноценно крутиться, так как одна обмотка будет выключена. Но если его запускать рукой, то мотору хватает мощности чтобы поддерживать вращение. А отсутствие одной обмотки будет периодически разрывать цепь питания между элементами питания и трансформатором, куда последовательно и включен моторчик.
Включаем в цепь.



К выходу трансформатора подключаем мультиметр. Затем включаем питание. Бывает, что моторчик сам запускается, но обычно нет. Тогда запускаем вал рукой, легонько его крутнув.


Инвертор работает! Показания мультиметра прыгают от нуля и примерно до 250 В. Это нормально, так как это технический инвертор для питания примитивных устройств.


Пробуем подключить зарядное устройство. Все отлично работает - телефон заряжается.


Подключаем лампочку - лампа светит.


Конечно, о качестве преобразуемой энергии говорить не приходиться, но в сложных жизненных ситуациях такая поделка вполне может и пригодиться.

Для элементарного электромагнитного мотора нужны батарейка АА, две канцелярские скрепки, эмалированный провод диаметром 0,5 мм, клей или скотч, пластилин для крепления конструкции к столу, небольшой магнит, который должен быть не слишком большим и не слишком маленьким. Размер магнита должен быть примерно с диаметр катушки. Приобретают их в этом магазине.

Как сделать простой мотор.

Согните скрепки. Сделайте элементарную катушку в 6-7 витков из изолированного эмалью провода. Концы проволоки зафиксируйте на катушке узелком и зачистите один конец от изоляции на всю его длину, а второй также по всей длине но только с одной стороны.
Укрепите скрепки на батарейке клеем или другим материалом. Положите сверху батарейки магнит. Установите всю сборку на столе и закрепите. Установите катушку так, чтобы концы ее касались скрепки зачищенными сторонами. Когда по проводу побежит ток, возникает электромагнитное поле и катушка станет электромагнитом. Магнит следует положить так, чтобы полюса магнита и катушки были одинаковыми, тогда постоянный магнит и катушка-электромагнит будут отталкиваться друг от друга. Эта сила поворачивает катушку в самом начале поворота из-за того, что один конец зачищен по длине только с одного бока, он на мгновение теряется контакт и магнитное поле исчезает. По инерции катушка поворачивается, вновь восстанавливается контакт и цикл разворачивается снова. Как видите, сделать простейший моторчик своими руками совсем просто! более подробно описано, как сделать простой мотор, о котором шла речь выше.

Вся сборка магнитного двигателя на видео

Упрощенная модель мотора из батарейки и проволоки

Существует много типов электродвигателей, и их можно классифицировать по разным критериям. Один из них – это тип электроэнергии, поставляемой им. Мы можем различать двигатели постоянного и переменного тока.

Одним из первых двигателей постоянного тока постоянного тока был диск Faraday, который, как и многие двигатели, был реверсивной машиной. После поставки механической энергии он произвел электричество (однополярный генератор).

Сегодня мы собираемся построить простейшую, но рабочую модель двигателя постоянного тока.

Материалы

Материалы, необходимые для изготовления игрушки, можно найти в каждом доме. Нам нужно:

Небольшое количество проволоки в эмали с диаметром 0,3-0,6 мм
R6 – батарея 1,5 В
Магнит может быть небольшим
Вспомогательные материалы: олово, канифоль, фрагмент проволоки и часть универсальной печатной платы для «роскошной» версии
Конечно, нам также нужен паяльник с сопротивлением или сопротивлением трансформатора.

Мы работаем

Эмалированные провода должны быть намотаны на батарею, создавая небольшой круг, который будет служить обмоткой двигателя. Затем, с концами провода, оберните обмотку так, чтобы она не развивалась.

Чтобы крыльчатка была готова, вы все равно должны удалить изолирующую эмаль на концах провода, которая будет служить осью. Кроме того, один из них также будет примитивным коммутатором. Поэтому, если, с одной стороны, мы удаляем всю эмаль, с другой стороны, мы должны делать это только с одной стороны, сверху или снизу:

Самый простой способ сделать это – поместить выпрямленный конец провода на плоский воздух, например, на столешницу, а затем очистить эмаль сверху с помощью бритвенного лезвия. Напоминаю, что другой конец должен быть изолирован по периметру!

Наконец, выпрямите ось так, чтобы рабочее колесо было как можно более сбалансированным.

Затем сделайте два небольших обруча (подшипники), в которых ротор будет вращаться. Диаметр обода должен быть около 3 мм (лучше всего использовать гвоздь для намотки).

Куски проволоки с подшипниками необходимо припаять к батарее. Затем мы склеим из него небольшой магнит, чтобы один из его полюсов был направлен вверх. Все это должно выглядеть примерно так:

Если теперь включить ротор, он должен вращаться с высокой скоростью вокруг своей оси. Иногда требуется небольшой предварительный пуск, осторожно вращая ротор, пока он не «защелкнется». Эту модель электродвигателя, выполненную во время этого действия, можно увидеть на видео:

Мы также можем сделать более прочную версию этой физической игрушки. Я использовал большой магнит из старого динамика, который я прикреплял к универсальной печатной плате с фрагментами проводов. Также к нему припаяны более жесткие кронштейны. Плоская батарея 4,5 В находится под пластиной, а также под ней находятся кабели, которые обеспечивают напряжение на кронштейнах. Видимый с правой стороны перемычки функционирует как переключатель. Дизайн выглядит следующим образом:

Работа этой модели также изображается на видео.

Как и почему это работает?

Вся шутка основана на использовании электродинамической силы. Эта сила действует на каждый проводник, через который течет электрический ток, помещенный в магнитное поле. Его действие описано в правиле левой руки.

Когда ток проходит через катушку, электродинамическая сила действует на нее, потому что она находится в магнитном поле, создаваемом постоянным магнитом. Эта сила заставляет катушку вращаться до тех пор, пока ток не будет прерван. Это связано с тем, что одна из осей, через которые подается ток, изолирована только на половине периметра. Хотя сила больше не работает, катушка выполняет вторую половину вращения из-за своей инерции. Это продолжается до тех пор, пока ось не превратится в свою изолированную сторону. Схема будет закрыта, и цикл повторится.

Представленный электродвигатель – простая, но эффективная физическая игрушка. Отсутствие каких-либо разумных практических приложений делает игру очень приятной.

Получайте удовольствие и информативное развлечение!

Рассмотрим отдельные аспекты конструирования. Не станем обещать изготовление вечного двигателя, по типу творения, приписываемого Тесле, но рассказ предвидится интересным. Не станем тревожить читателей скрепками и батарейками, предлагаем поговорить, как приспособить уже готовый мотор под собственные цели. Известно, что конструкций масса, все используются, но современная литература базовые основы оставляет за кормой. Авторы проштудировали учебник прошлого века, изучая, как сделать электродвигатель собственноручно. Теперь предлагаем окунуться в знания, составляющие базис специалиста.

Почему в быту часто применяются коллекторные двигатели

Если брать фазу на 220В, принцип работы электродвигателя на коллекторе позволяет изготовить устройства в 2-3 раза менее массивные, нежели при использовании асинхронной конструкции. Это важно при изготовлении приборов: ручные блендеры, миксеры, мясорубки. Помимо прочего, асинхронный двигатель сложно разогнать выше 3000 оборотов в минуту, для коллекторных указанное ограничение отсутствует. Что делает устройства единственно пригодными для реализации конструкций центрифужных соковыжималок, не говоря уже о пылесосах, где скорость часто не ниже.

Отпадает вопрос, как сделать регулятор оборотов электродвигателя. Задача давно решена путём отсечки части цикла синусоиды питающего напряжения. Это возможно, ведь коллекторному двигателю нет разницы, питаться переменным или постоянным током. В первом случае падают характеристики, но с явлением мирятся по причине очевидных выгод. Работает электродвигатель коллекторного типа и в стиральной машине, и в посудомоечной. Хотя скорости сильно отличаются.

Легко сделать и реверс. Для этого меняется полярность напряжения на одной обмотке (если затронуть обе, направление вращения останется прежним). Иная задача – как сделать двигатель с подобным количеством составных частей. Сделать самостоятельно коллектор вряд ли удастся, но намотать заново и подобрать статор вполне реально. Заметим, что от числа секций ротора зависит скорость вращения (аналогично амплитуде питающего напряжения). А на статоре лишь пара полюсов.

Наконец, при использовании указанной конструкции удаётся создать устройство универсальное. Работает двигатель без труда и от переменного, и от постоянного тока. Просто на обмотке делают отвод, при включении от выпрямленного напряжения задействуют полностью витки, а при синусоидальном исключительно часть. Это позволяет сохранить номинальные параметры. Сделать примитивный электродвигатель коллекторного типа не выглядит простой задачей, зато удастся целиком приспособить параметры под собственные нужды.

Особенности работы коллекторных двигателей

В коллекторном двигателе не слишком полюсов на статоре. Если говорить точнее, всего два - северный и южный. Магнитное поле в противовес асинхронным двигателям здесь не вращается. Вместо этого меняется положение полюсов на роторе. Подобное положение дел обеспечивается тем, что щётки постепенно движутся по секциям медного барабана. Особой намоткой катушек обеспечивается должное распределение. Полюса словно скользят по кругу ротора, толкая его в нужном направлении.

Для обеспечения режима реверса достаточно поменять полярность питания любой обмотки. Ротор в этом случае называется якорем, а статор – возбудителем. Включать эти цепи допустимо параллельно друг другу либо последовательно. И тогда начнут значительно изменяться характеристики прибора. Это описывается механическими характеристиками, взгляните на прилагающийся рисунок, чтобы представить утверждаемое. Здесь условно показаны графики для двух случаев:

  1. При параллельном питании возбудителя (статора) и якоря (ротора) коллекторного двигателя постоянным током его механическая характеристика почти горизонтальна. Это значит, что при изменении нагрузки на вал сохраняется номинальная частота вращения вала. Это применяется на обрабатывающих станках, где изменение оборотов не лучшим образом сказывается на качестве. В результате деталь вращается при касании её резцом резво, как при старте. Если препятствующий момент слишком возрастает, происходит срыв движения. Двигатель останавливается. Резюме: если хотите двигатель от пылесоса применить для создания металлообрабатывающего (токарного) станка, предлагается обмотки соединить параллельно, ведь в бытовой технике доминирует иной тип включения. Причём ситуация объяснима. При параллельном питании обмоток переменным током образуется слишком большое индуктивное сопротивление. Указанную методику следует применять с осторожностью.
  2. При последовательном питании ротора и статора у коллекторного двигателя появляется прелестное свойство – большой крутящий момент на старте. Такое качество активно используется для страгивания трамваев, троллейбусов и, вероятно, электропоездов. Главное, что при увеличении нагрузки обороты не срываются. Если запустить в таком режиме коллекторный двигатель на холостом ходу, скорость вращения вала будет расти безмерно. Если мощность мала – десятки Вт – беспокоиться не стоит: сила трения подшипников и щёток, возрастание токов индукции и явление перемагничивания сердечника вкупе затормозят рост на конкретном значении. В случае промышленных агрегатов либо упомянутого пылесоса, когда его двигатель извлекли из корпуса, повышение скорости идёт лавинообразно. Центробежная сила оказывается столь велика, что нагрузки способны разорвать якорь. Поосторожнее при запуске коллекторных двигателей с последовательным возбуждением.

Коллекторные двигатели с параллельным включением обмоток статора и ротора отлично поддаются регулировке. За счёт внедрения реостата в цепь возбудителя удаётся значительно поднять обороты. А если такой присоединить в ветвь якоря, вращения, напротив, замедлится. Это массово используется в технике для достижения нужных характеристик.

Конструкция коллекторного двигателя и связь её с потерями

При конструировании коллекторных двигателей принимаются во внимание сведения, касающиеся потерь. Выделяются трёх видов:


Обычно при питании коллекторного двигателя переменным током используется последовательное включение обмоток. В противном случае выходит слишком большое индуктивное сопротивление.

К сказанному добавим, что при питании коллекторного двигателя переменным током вступает в роль индуктивное сопротивление обмоток. Поэтому при одинаковом действующем напряжении частота оборотов понизится. Полюса статора и корпус уберегаются от магнитных потерь. В необходимости этого легко убедиться на простом опыте: питайте маломощный коллекторный двигатель от батарейки. Его корпус останется холодным. Но если теперь подать переменный ток с прежним действующим значением (по показаниям тестера), картина изменится. Теперь корпус коллекторного двигателя начнёт греться.

Потому даже кожух стараются собрать из листов электротехнической стали, клепая либо склеивая при помощи БФ-2 и аналогов. Наконец, дополним сказанное утверждением: листы набираются по поперечному срезу. Часто статор собирается по эскизу, показанному на рисунке. В этом случае катушка наматывается отдельно по шаблону, потом изолируется и надевается обратно, упрощая сборку. Что касается методик, проще нарезать сталь на плазменном станке, и не думать о цене мероприятия.

Проще найти (на свалке, в гараже) уже готовую форму для сборки. Потом уже намотать под неё катушки из медной проволоки с лаковой изоляцией. Заведомо диаметр подбирается больше. Вначале готовую катушку натягивают на первый выступ сердечника, потом на второй. Прижимают проволоку так, что по торцам остаётся небольшой воздушный зазор. Считается, подобное не критично. Чтобы держалось, у двух крайних пластин острые углы срезаются, оставшаяся серёдка отгибается наружу, отжимая торцы катушки. Это поможет собрать двигатель по заводским меркам.

Часто (особенно в блендерах) находится разомкнутый сердечник статора. Это не искажает форму магнитного поля. Раз полюс единственный, особой мощности ожидать не приходится. Форма сердечника напоминает букву П, между ножками литеры в магнитном поле вертится ротор. Под устройство сделаны кругообразные прорези в нужных местах. Подобный статор нетрудно собрать самостоятельно из старого трансформатора. Это проще, нежели сделать электродвигатель с нуля.

Сердечник в месте намотки изолируется стальной гильзой, по бокам – диэлектрическим фланцами, вырезанными из любого подходящего пластика.

Всегда интересно наблюдать за изменяющимися явлениями, особенно если сам участвуешь в создании этих явлений. Сейчас мы соберем простейший (но реально работающий) электродвигатель, состоящий из источника питания, магнита и небольшой катушки провода, которую мы сами и сделаем.

Существует секрет, который заставит этот набор предметов стать электродвигателем. Секрет, который одновременно умен и изумительно прост. Вот что нам нужно:

    1,5В батарея или аккумулятор.

    Держатель с контактами для батареи.

  • 1 метр провода с эмалевой изоляцией (диаметр 0,8-1 мм).

    0,3 метра неизолированного провода (диаметр 0,8-1 мм).

Мы начнем с намотки катушки, той части электродвигателя, которая будет вращаться. Чтобы сделать катушку достаточной ровной и круглой, намотаем ее на подходящем цилиндрическом каркасе, например, на батарейке типоразмера АА.

Оставляя свободными по 5 см провода с каждого конца, намотаем 15-20 витков на цилиндрическом каркасе.

Не старайтесь особенно плотно и ровно наматывать катушку, небольшая степень свободы поможет катушке лучше сохранить свою форму.

Теперь аккуратно снимите катушку с каркаса, стараясь сохранить полученную форму.

Затем оберните несколько раз свободные концы провода вокруг витков для сохранения формы, наблюдая за тем, чтобы новые скрепляющие витки были точно напротив друг друга.

Катушка должна выглядеть так:


Сейчас настало время секрета, той особенности, которая заставит мотор работать. Это секрет, потому что это изысканный и неочевидный прием, и его очень сложно обнаружить, когда мотор работает. Даже люди, много знающие о работе двигателей, могут быть удивлены способностью мотора работать, пока не обнаружат эту тонкость.

Держа катушку вертикально, положите один из свободных концов катушки на край стола. Острым ножом удалите верхнюю половину изоляции, оставляя нижнюю половину в эмалевой изоляции.

Проделайте тоже самое со вторым концом катушки, наблюдая за тем, чтобы неизолированные концы провода были направлены вверх у двух свободных концов катушки.

В чем смысл этого приема? Катушка будет лежать на двух держателях, изготовленных из неизолированного провода. Эти держатели будут присоединены к разным концам батареи, так, чтобы электрический ток мог проходить от одного держателя через катушку к другому держателю. Но это будет происходить только тогда, когда неизолированные половины провода будут опущены вниз, касаясь держателей.

Теперь необходимо изготовить поддержку для катушки. Это просто витки провода, которые поддерживают катушку и позволяют ей вращаться. Они сделаны из неизолированного провода, так как кроме поддержки катушки они должны доставлять ей электрический ток.

Просто оберните каждый кусок неизолированного провода вокруг небольшого гвоздя - и получите нужную часть нашего двигателя.

Основанием нашего первого электродвигателя будет держатель батареи. Это будет подходящая база, потому что при установленной батарее она будет достаточно тяжелой для того, чтобы электродвигатель не дрожал.

Соберите пять частей вместе, как показано на снимке (вначале без магнита). Положите сверху аккумулятора магнит и аккуратно подтолкните катушку...


Если все сделано правильно, КАТУШКА НАЧНЕТ БЫСТРО ВРАЩАТЬСЯ! Надеемся, что у Вас, как и в нашем эксперименте, все заработает с первого раза.

Если все-таки мотор не заработал, тщательно проверьте все электрические соединения. Вращается ли катушка свободно? Достаточно ли близко расположен магнит (если недостаточно, установите дополнительные магниты или подрежьте проволочные держатели)?

Когда мотор заработает, единственное, на что нужно обратить внимание - чтобы не перегрелся аккумулятор, так как ток достаточно большой. Просто снимите катушку - и цепь будет разорвана.

Всегда интересно наблюдать за изменяющимися явлениями, особенно если сам участвуешь в создании этих явлений. Сейчас мы соберем простейший (но реально работающий) электродвигатель, состоящий из источника питания, магнита и небольшой катушки провода, которую мы сами и сделаем.

Существует секрет, который заставит этот набор предметов стать электродвигателем; секрет, который одновременно умен и изумительно прост. Вот что нам нужно:

1,5В батарея или аккумулятор.

Держатель с контактами для батареи.

Магнит.

1 метр провода с эмалевой изоляцией (диаметр 0,8-1 мм).

0,3 метра неизолированного провода (диаметр 0,8-1 мм).



Мы начнем с намотки катушки, той части электродвигателя, которая будет вращаться. Чтобы сделать катушку достаточной ровной и круглой, намотаем ее на подходящем цилиндрическом каркасе, например, на батарейке типоразмера АА.

Оставляя свободными по 5 см провода с каждого конца, намотаем 15-20 витков на цилиндрическом каркасе.

Не старайтесь особенно плотно и ровно наматывать катушку, небольшая степень свободы поможет катушке лучше сохранить свою форму.

Теперь аккуратно снимите катушку с каркаса, стараясь сохранить полученную форму.

Затем оберните несколько раз свободные концы провода вокруг витков для сохранения формы, наблюдая за тем, чтобы новые скрепляющие витки были точно напротив друг друга.

Катушка должна выглядеть так:


Сейчас настало время секрета, той особенности, которая заставит мотор работать. Это секрет, потому что это изысканный и неочевидный прием, и его очень сложно обнаружить, когда мотор работает. Даже люди, много знающие о работе двигателей, могут быть удивлены способностью мотора работать, пока не обнаружат эту тонкость.

Держа катушку вертикально, положите один из свободных концов катушки на край стола. Острым ножом удалите верхнюю половину изоляции, оставляя нижнюю половину в эмалевой изоляции.

Проделайте тоже самое со вторым концом катушки, наблюдая за тем, чтобы неизолированные концы провода были направлены вверх у двух свободных концов катушки.

В чем смысл этого приема? Катушка будет лежать на двух держателях, изготовленных из неизолированного провода. Эти держатели будут присоединены к разным концам батареи, так, чтобы электрический ток мог проходить от одного держателя через катушку к другому держателю. Но это будет происходить только тогда, когда неизолированные половины провода будут опущены вниз, касаясь держателей.

Теперь необходимо изготовить поддержку для катушки. Это просто витки провода, которые поддерживают катушку и позволяют ей вращаться. Они сделаны из неизолированного провода, так как кроме поддержки катушки они должны доставлять ей электрический ток.

Просто оберните каждый кусок неизолированного провода вокруг небольшого гвоздя – и получите нужную часть нашего двигателя.

Основанием нашего первого электродвигателя будет держатель батареи. Это будет подходящая база, потому что при установленной батарее она будет достаточно тяжелой для того, чтобы электродвигатель не дрожал.

Соберите пять частей вместе, как показано на снимке (вначале без магнита). Положите сверху аккумулятора магнит и аккуратно подтолкните катушку…


Если все сделано правильно, КАТУШКА НАЧНЕТ БЫСТРО ВРАЩАТЬСЯ! Надеемся, что у Вас, как и в нашем эксперименте, все заработает с первого раза.

Если все-таки мотор не заработал, тщательно проверьте все электрические соединения. Вращается ли катушка свободно? Достаточно ли близко расположен магнит (если недостаточно, установите дополнительные магниты или подрежьте проволочные держатели)?

Когда мотор заработает, единственное, на что нужно обратить внимание – чтобы не перегрелся аккумулятор, так как ток достаточно большой. Просто снимите катушку – и цепь будет разорвана.
Давайте выясним, как именно работает наш простейший электродвигатель. Когда по проводу любой катушки течет электрический ток, катушка становится электромагнитом. Электромагнит действует как обычный магнит. Он имеет северный и южный полюс и может притягивать и отталкивать другие магниты.

Наша катушка становится электромагнитом тогда, когда неизолированная половина выступающего провода катушки касается неизолированного держателя. В этот момент по катушке начинает течь ток, у катушки возникает северный полюс, который притягивается к южному полюсу постоянного магнита, и южный полюс, который отталкивается от южного полюса постоянного магнита.

Мы снимали изоляцию с верхней части провода, когда катушка стояла вертикально, поэтому полюса электромагнита будут направлены вправо и влево. А это значит, что полюса придут в движение, чтобы расположиться в одной плоскости с полюсами лежащего магнита, направленными вверх и вниз. Поэтому катушка повернется к магниту. Но при этом изолированная часть провода катушки коснется держателя, ток прервется, и катушка больше не будет электромагнитом. Она провернется по инерции дальше, вновь коснется неизолированной частью держателя и процесс повториться вновь и вновь, пока в батареях не кончится ток.

Каким образом можно заставить электромотор вращаться быстрее?

Один из способов – добавить сверху еще один магнит.

Поднесите магнит во время вращения катушки, и случится одно из двух: или мотор остановится, или начнет вращаться быстрей. Выбор одного из двух вариантов будет зависеть от того, какой полюс нового магнита будет направлен к катушке. Только не забудьте придержать нижний магнит, а то магниты прыгнут друг к другу и разрушат хрупкую конструкцию!

Другой способ – посадить на оси катушки маленькие стеклянные бусинки, что уменьшит трение катушки о держатели, а также лучше сбалансирует электродвигатель.

Существует еще много способов усовершенствования этой простой конструкции, но основная цель нами достигнута – Вы собрали и полностью поняли, как работает простейший электродвигатель.