Пионер-электротехник

Каждый юный пионер-электротехник может у себя дома организовать простейшую электромастерскую, укомплектовать ее необходимым самодельным электрооборудованием, инструментами. Это облегчит изготовление приборов и моделей, описанных в этой книге, и позволит отремонтировать неисправные домашние электроприборы.

Для работы вам потребуются различные инструменты и материалы. Сразу приобрести все инструменты трудно. Поэтому их придется приобретать постепенно.

В первую очередь приобретите следующие инструменты: лобзик с пилками, рубанок, молоток, шило, угольник, линейку, циркуль, нож, ножницы, кусачки, отвертки разные, плоскогубцы, клещи, паяльник, пилу лучковую, набор напильников с различной насечкой, кисти, клеянку, малые настольные тиски.

Для дальнейшей работы потребуется еще дрель с набором сверл, небольшие слесарные тиски (средние), пила по металлу с набором полотен, круглогубцы, коловорот с перками, киянка и др. Полный набор инструментов показан на рисунках 67, 68.

Рис. 67. Набор электромонтажных и слесарных инструментов: 1 — круглогубцы; 2 — кусачки; 3 — плоскогубцы; 4 — пассатижи; 5 — мелкомонтажная отвертка; 6 — электромонтажная отвертка; 7 — универсальная часовая отвертка; 8 — отвертка для слесарных работ; 9 — отвертка для столярных работ: 10— ножницы по металлу; 11 — молоточный электропаяльник; 12 — торцовый маломощный электропаяльник; 18—торцовый электропаяльник на 80—100 ватт; 14 — клещи; 15 — перочинный нож;16 — стамеска.

Рис. 68. Набор столярных и слесарных инструментов: 17 — молоток; 18 — шило; 19 — линейка; 20 — угольник; 21 — подогревной паяльник; 22 — коловорот; 23 — пёрка; 24 — трехгранный напильник; 25 — плоский напильник; 26 — молоток-гвоздодер; 27 — керн; 28 — дрель ручная; 29 — рубанок; 30 — буравчик; 31 — ножовка; 32 — пилка по металлу; 33 — лучковая пила.

Все инструменты нужно хранить в шкафу или в ящике, располагая их в определенном порядке. Если нет шкафа или ящика для хранения инструментов, надо сделать специальные полочки и на них, как в готовальне, расположить инструменты. После работы инструменты протирайте сухой тряпкой. Кисти, кроме клеевой, надо тщательно отмыть от краски в керосине, а затем в воде с мылом. Затупившиеся инструменты надо своевременно затачивать.

Кроме инструментов, для работы потребуются различные материалы: фанера, доски, рейки, жесть, цинк, медь, графит, проволока, обмоточные и гибкие изолированные провода, гвозди, шурупы, болтики с гаечками, винты, клей, разные лаки, краски, припой, канифоль, парафин, изоляционная лента, наждачная или стеклянная бумага, стеклянные и жестяные банки, бутылки и проч. Все перечисленные материалы надо тщательно очистить от грязи, пыли и ржавчины и хранить в сухом помещении в специальных ящиках.

Для хранения гвоздей и шурупов сделайте ящик с ячейками, в которые сложите по сортам гвозди, винты, гайки, шайбы, болты и проч.

Во время работы соблюдайте экономию материалов. Прежде чем отпилить кусок от большой доски или от листа фанеры, посмотрите, нет ли подходящего куска среди обрезков.

Значительную часть весьма ценного оборудования для электромастерской вы можете изготовить сами.

Самодельные настольные тиски

Большинство деталей для приборов и моделей необходимо обрабатывать, пользуясь настольными тисками.

Конструкция простейших самодельных настольных тисков показана на рисунке 69.

Вырежьте две одинаковые толстые доски из сухого дерева твердой породы (береза, дуб, клен, ясень и проч.), сложите их вместе, очертите карандашом места для выемки материала изнутри. Просверлите сквозное отверстие немного ниже губок под болт с четырехгранной или шестигранной гайкой или круглой головкой. Отрежьте два одинаковых уголка из уголковой стали, просверлите в них по два отверстия и прикрепите к губкам каждой половины тисков изнутри. Между уголками в тисках прочно зажимается обрабатываемая деталь.

Одну половину тисков привинтите сбоку к верстаку или столу. Другую половину прикрепите К первой при помощи навесных оконных петель. Тиски сжимаются гайкой, завинчиваемой специальным гаечным ключом.

Вычертите на куске листовой мягкой стали толщиной 1,5–2 миллиметра профиль ключа, разметьте отверстие под гайку, вырубите ключ зубилом, удалите напильником заусенцы по линиям вырубки, отогните его рукоятку слегка в сторону.

Можно пользоваться и готовыми слесарными или велосипедным ключами.

Чтобы одна половина тисков сама отходила в сторону после отвинчивания гайки, поместите между половинами распорную пружину, надев ее на стяжной болт.

Рис. 69. Самодельные настольные тиски: а, б — деревянные тиски без разжимной пружины; в — приспособление ручных тисков в качестве настольных.

Самодельный электролобзик

При выпиливании из фанеры различных деталей пользуются лобзиками. Пилки лобзика очень часто рвутся, их запас быстро иссякает, и работа остается незаконченной. Гораздо удобнее пользоваться электролобзиком, в котором не требуется пилок. Их заменяет короткая раскаленная нихромовая проволока, туго натянутая между зажимами лобзика.

Электролобзик оригинальной конструкции показан на рисунке 70.

Он состоит из деревянного станка 1, металлических зажимов-наконечников и натяжной пружины 2, нихромовой проволоки 3, монтажных проводов 4 и понижающего трансформатора 7.

Станок вырежьте из фанеры толщиной 6–8 миллиметров по форме, показанной на рисунке. Сделайте зажимы-наконечники из медной пластинки, просверлите в них нужные отверстия и закрепите на концах станка.

На круглом металлическом стержне диаметром 6–8 миллиметров навейте 8—10 витков стальной проволоки диаметром около 1 миллиметра. Для этой цели можно использовать рояльную проволоку. Пружина в лобзике нужна для того, чтобы туго натягивать раскаленную нихромовую проволоку.

Рис. 70. Самодельный электролобзик.

Закрепите на станке гибкие изолированные провода и присоедините их к концам нихромовой проволоки. Свободные концы проводов от лобзика присоедините через выключатель к зажимам понижающего трансформатора на 2 или 4 вольта. Если взята толстая нихромовая проволока, ее надо присоединить к зажимам на 2 вольта, тонкую проволоку — на 4 или 6 вольт. Вы можете практически подобрать толщину проволоки, чтобы она раскалялась до ярко-красного цвета.

При работе проволока несколько охлаждается, поэтому водите лобзиком медленно. Нельзя долго держать лобзик включенным, когда не производится выпиливание, так как проволока может быстро перегореть. Для лобзика пригодится нихромовая проволока от электроплитки и электроутюга.

Если у вас окажется лобзик с металлическим станком, то проволоку надо натянуть на фарфоровых бусинках, которые применяются для заделки концов спирали в электроплитках и электроутюгах.

Самодельный электровыжигатель

Вам, вероятно, приходилось видеть деревянные шкатулки, пеналы, рамки и другие вещи, украшенные выжженными рисунками. Выжигание на дереве производится специальными аппаратами. Вы можете изготовить такой аппарат, который работает с помощью электротока и поэтому называется электровыжигателем.

Для изготовления электровыжигателя потребуется трансформатор, понижающий сетевое напряжение 120–220 вольт до 2—12 вольт, 1,5–2 метра осветительного шнура, два болтика (на каждом из них по две гайки с шайбами), мелкие шурупы, изоляционная лента и деревянная ручка.

Ручку для электровыжигателя можно изготовить из сухого дерева или воспользоваться готовой от старого напильника, лобзика или поломанной отвертки, сняв с нее металлическое кольцо. По центру ручки просверлите сквозное отверстие диаметром 10–12 миллиметров или же прожгите его раскаленным железным прутком. После этого из латуни или миллиметрового железа вырежьте две пластинки и просверлите в них отверстия. Затем эти пластинки прикрепите к торцовой части ручки мелкими шурупами.

В качестве зажимов возьмите два болтика, которые прикрепите к пластинкам с помощью гаек. Под эти гайки подожмите концы проводов, заделанные петелькой. Болтики поставьте головками внутрь, а гайками наружу. На болтики наденьте по две шайбы и навинтите по второй гайке. Затем возьмите кусочек нихромовой или какой-либо другой реостатной проволоки длиной 40–60 миллиметров, диаметром 0,8–1 миллиметр. Концы этой проволоки закрепите зажимными гайками, выгнув ее по форме, показанной на рисунке 71.

Рис. 71. Самодельный электровыжигатель: 1— нихромовая проволочка для выжигания; 2 — контактные держатели; 3 — рукоятка; 4 — зажимы; 5 — соединительные провода.

Концы шнура, идущие от зажимов электровыжигателя, присоедините к клеммам понижающего трансформатора. При включении трансформатора в сеть проволочка накалится до светло-красного цвета. Слегка прижав конец накаленной проволочки к дереву, выжгите на нем рисунок, предварительно нанесенный карандашом или переведенный с помощью копировальной бумаги.

Электровыжигатель продолжительно и надежно работает, если у него правильно подобрано накальное напряжение. Нельзя раскалять проволочку до белого цвета, так как она быстро окисляется и перегорает. Если проволочка раскаляется до ярко-красного цвета, считают, что напряжение и длина проволочки подобраны правильно (до ярко-красного цвета должна накаляться дужка заостренного изгиба).

Чтобы добиться нормального накала проволочки, измените ее длину и величину напряжения электротока.

Самодельный понижающий трансформатор

Переменный электрический ток получил очень широкое распространение в промышленности и технике благодаря легкости его преобразования. Прибор, служащий для преобразования тока одного напряжения в ток другого напряжения почти при одной и той же мощности, называют трансформатором.

Трансформатор (рис. 72, а) состоит из двух катушек 1 и 2, намотанных обмоточным проводом изолированно друг от друга и насаженных на сердечник 3, собранный из отдельных железных полос.

Рис. 72. Самодельный понижающий трансформатор и его части.

Первая обмотка 1, к которой подводится ток от генератора, называется первичной. Вторая 2, от которой ток поступает к потребителю, называется вторичной. Если число витков в первичной обмотке меньше, чем во вторичной, трансформатор называют повышающим, то есть в его вторичной обмотке напряжение выше, чем в первичной. Если же число витков во вторичной обмотке меньше, чем в первичной, трансформатор называют понижающим, то есть напряжение во вторичной обмотке меньше, чем в первичной.

Мощность тока во вторичной обмотке меньше, чем в первичной. Напряжение на обмотках пропорционально числу витков. Если во вторичной обмотке число витков в десять раз больше, чем в первичной, то и напряжение во вторичной обмотке будет в десять раз больше, чем в первичной. Если же число витков во вторичной обмотке в десять раз меньше, чем в первичной, то и напряжение во вторичной обмотке будет в десять раз меньше, чем в первичной.

Большое значение имеют трансформаторы при передаче электроэнергии на далекие расстояния. Передавая ток большой мощности при обычном напряжении (120–220 вольт), можно потерять много электроэнергии на бесполезное нагревание проводов. Эти потери будут тем меньше, чем выше будет напряжение передаваемого тока.

Для повышения напряжения применяют трансформаторы, которые повышают передаваемое напряжение до 220 тысяч и даже до 500 тысяч вольт. Такое высокое напряжение опасно для жизни. На месте потребления напряжение понижают до 120–220 вольт. А для моделей и приборов, изготовляемых юными электротехниками, напряжение надо понижать до 2—24 вольт.

Трансформатор изобрели ученый Павел Николаевич Яблочков и лаборант Московского университета Иван Филиппович Усагин.

Действие трансформатора основано на явлении электромагнитной индукции. Переменный ток, проходя по первичной обмотке, создает в железном сердечнике переменное магнитное поле. Это поле действует на вторичную обмотку трансформатора, создавая в ней электрический ток.

Рассмотрим упрощенный расчет трансформатора на конкретном примере.

Допустим, что у нас имеется пакет трансформаторного железа Ш-образной формы (рис. 72, б). Нас будут интересовать размеры той части пакета, на которую надевается катушка с обмоткой. Эта часть называется сердечником. Ширина одной пластинки нашего сердечника равна 50 миллиметрам, а толщина его набора — 60 миллиметрам. Ширина окна равна 26 миллиметрам, длина — 85 миллиметрам. Надо определить количество витков для первичной и вторичной обмоток, а также определить толщину провода для них.

Весь расчет производится в следующем порядке.

1. Сначала находим площадь поперечного сечения сердечника: 5х6 = 30 кв. сантиметрам.

2. Определяем количество витков для напряжения в 1 вольт, для чего постоянный коэффициент 60 делим на площадь поперечного сечения (в квадратных сантиметрах) трансформатора: 60:30 = 2 виткам.

3. Подсчитываем полное количество витков для первичной обмотки на сеть 220 вольт: 220х2 = 440 виткам.

4. Определяем полное количество витков для вторичной обмотки 48 вольт: 48х2 = 96 виткам.

Теперь надо определить диаметр изолированного обмоточного провода, применяемого для первичной и вторичной обмоток. Диаметр провода подбирают в зависимости от мощности, которую желают получить от трансформатора.

Для наших опытов можно ограничиться мощностью в 200 ватт. Для получения такой мощности нужно по первичной обмотке в 220 вольт пропустить ток величиной: I1=200/220=0,9 ампера, где I1 — ток, проходящий по первичной обмотке.

Обмоточный провод сечением 1 кв. миллиметр выдерживает нагрузку в 2 ампера. Сечение провода первичной обмотки можно определить простым подсчетом: величина тока, проходящего по обмотке, в два раза меньше, чем допустимая величина тока, приходящаяся на 1 кв. миллиметр. Значит, площадь поперечного сечения провода для первичной обмотки равна 1:2=0,5 кв. миллиметра. Этому сечению соответствует диаметр провода приближенно 0,8 миллиметра.

Во вторичной обмотке мощность будет приблизительно 180 ватт. Значит, величина тока I2 во вторичной обмотке может достигнуть I2 = 180/48 = 3,75 ампера, где 180 — мощность во вторичной обмотке, 48—напряжение во вторичной обмотке, I2 — величина тока во вторичной обмотке.

Значит, для вторичной обмотки можно было бы вполне ограничиться проводом, сечение которого равно 3,8 кв. миллиметра. При таком сечении провод имеет диаметр 2,2 миллиметра.

После определения диаметра провода для намотки приступим к изготовлению каркаса катушки, на который будут намотаны сетевая (первичная) и понижающая (вторичная) обмотки.

Каркас катушки склейте из плотного картона (рис. 72, в). Сначала определите размеры щечек 4. Для того чтобы щечки можно было плотно надеть на основу каркаса 5, вырежьте в них отверстия 6 несколько больших размеров, чем площадь сердечника, а именно: по толщине основы каркаса. Затем вырезайте и склеивайте основу из того же плотного картона. После этого на основу наденьте щечки и приклейте их.

Склеенную катушку желательно несколько раз покрыть изоляционным лаком и дать ей просохнуть. Потом возьмите катушку и измерьте внутреннее расстояние от щечки до щечки, а также высоту щечки. Эти измерения делаются для того, чтобы проверить, уложатся ли обе обмотки, если их намотать тем проводом, который мы выбрали по расчету. Предварительный подсчет производится следующими последовательными вычислениями.

1. Определите, какое количество витков уложится в одном ряду, если их плотно укладывать виток к витку. Для этого внутреннее расстояние от щечки до щечки, выраженное в миллиметрах, разделите на диаметр провода, которым производится намотка. В нашем примере внутреннее расстояние равно 80 миллиметрам, а высота щечек—18 миллиметрам. Следовательно, в одном ряду первичной обмотки проводом с диаметром 0,8 миллиметра уложится 100 витков: 80:0,8 = 100 виткам.

2. Подсчитайте количество слоев во всей первичной обмотке. Для этого полное количество витков первичной обмотки разделите на число витков в одном ряду. Получается: 440:100 = 4,4 слоя.

Берем округленно пять слоев, учитывая, что с увеличением числа слоев количество витков в каждом из них уменьшается, то есть не доматывается по одному-два витка до щечек с каждой стороны. Это делается для того, чтобы избежать межвитковых замыканий.

3. Определите, какую высоту займут пять слоев: 5х0,8 = 4 миллиметрам.

При намотке каждый слой изолируйте друг от друга тонкой бумагой, пропитанной парафином. Ее толщину примем равной 0,25 миллиметра. Значит, изоляция (пять слоев) займет 5х0,25 = 1,25 миллиметра.

К этому же следует прибавить толщину изоляционной прокладки между первичной и вторичной обмотками, которая займет 0,8 миллиметра высоты.

Таким образом, первичная обмотка вместе с изоляцией займет 6 миллиметров: 4+1,25+0,8=6,05 миллиметра.

На долю вторичной обмотки остается часть окна высотой 12 миллиметров: 18—6=12 миллиметрам.

4. Определите количество витков, которое уложится в одном слое, если вторичную обмотку наматывать проводом в хлопчатобумажной изоляции диаметром (вместе с изоляцией) около 2,5 миллиметра: 80:2,5=32 виткам.

5. Определите число всех слоев вторичной обмотки, для чего 96:32 =3 слоям.

Вторичную обмотку наматывайте с отводами для получения различного напряжения. Поэтому для отводов от первичного слоя надо дополнительно взять не менее 2,5 миллиметра высоты на каждый слой.

6. Подсчитайте высоту трех слоев вместе с отводами: 2,5 + (2,5х3) = 10 миллиметрам.

Однако не всегда можно найти обмоточный провод с диаметром 2,5 миллиметра. Поэтому иногда приходится подбирать нужное сечение провода из отдельных изолированных проводников меньшего диаметра. В таком случае вряд ли останется свободная часть «окна», предназначенного для вторичной обмотки.

Мы предположим, что во вторичной обмотке трансформатора мощность будет не менее 180 ватт. При 24 вольтах во вторичной обмотке величина тока будет равна 7,5 ампера. При мощности 180 ватт и напряжении 4 вольта во вторичной обмотке величина тока будет 45 ампер: 180: 4 = 45 амперам.

Но провод диаметром в 2,5 миллиметра не может продолжительное время выдержать такого тока, начнет быстро нагреваться, вследствие чего может сгореть изоляция, и трансформатор станет непригодным к употреблению. Поэтому для получения тока большой величины при напряжении в 4, 6 и 12 вольт необходимо сечение провода значительно увеличить.

Если же от трансформатора брать кратковременно ток большой величины, то 1 кв. миллиметр выдерживает ток до 5 ампер. Значит, провод сечением в 2,5 миллиметра может кратковременно выдержать около 27 ампер.

Существует формула, по которой можно определить диаметр провода для вторичной обмотки при плотности тока в 2 ампера на 1 кв. миллиметр.

Эта формула выражается так: I2 =0,8√d2, где d2 — диаметр провода вторичной обмотки, 0,8 —постоянное число, I2—величина тока во вторичной обмотке.

Эту величину легко определить, зная мощность и напряжение во вторичной обмотке.

Для того чтобы можно было изменить сечение проводов при получении желаемых величин напряжения и тока, нужно обмотку на 12 вольт составить из трех отдельных секций по 4 вольта.

На каждую секцию наматывается 8 витков провода диаметром 2,5 миллиметра. Тогда для получения тока большой величины при напряжении в 4 вольта можно все три обмотки соединить между собой параллельно, то есть выводы от начала этих обмоток соединяют вместе, а выводы от концов обмоток соединяют тоже вместе. В этом случае отдаваемая величина тока будет в три раза больше, чем у одной 4-вольтной секции.

Если нужно получить напряжение в 12 вольт, надо все три секции соединить последовательно, то есть конец первой секции с началом второй, а конец второй секции с началом третьей. Оставшиеся свободные концы явятся началом и концом уже 12-вольтной обмотки. При последовательном соединении секций можно брать с 12-вольтной обмотки в три раза меньший ток, чем с тех же секций, соединенных параллельно. Для того чтобы со всей вторичной обмотки можно было получить напряжение в 24 вольта, нужно добавить еще одну секцию на 12 вольт. Тогда, соединив все секции последовательно, можно получить 24 вольта. Чтобы получить с первой секции 2 вольта, нужно сделать отвод от четвертого витка. Чтобы получить 48 вольт, надо намотать еще одну секцию на 24 вольта и присоединить ее последовательно.

На рисунке 72, г показана схема соединения секций между собой. Жирными линиями показано последовательное соединение, а пунктирными — параллельное соединение только трех первых секций. Четвертая секция дает 12 вольт, и ее нельзя включать параллельно с секциями, дающими только по 4 вольта. Для удобства в составлении последовательных и параллельных соединений нужно зажимы, соединенные с выводами от начала каждой секции, расположить в горизонтальный ряд. А против этих выводов, ниже их, следует расположить соответствующие выводы от концов секций. Отвод О от первой секции выводим в середине между выводами Н1 к К1 (начало и конец обмотки секции).

При последовательном соединении всех секций можно получить с соответствующих зажимов следующие напряжения:

Между зажимами H1 и K1 снимается напряжение 4 вольта.

Н1 и К2 — 8 вольт.

H1 и К3 — 12 вольт.

H1 и К4 — 24 вольта.

Н2 и К4 — 20 вольт.

Н1 и О — 2 вольта.

О и К2 — 6 вольт.

H1 и К5 — 48 вольт.

Так производятся простейшие расчеты обмоток трансформатора.

Теперь можно приступить к работе.

Сначала намотайте первичную обмотку. Для этого сделайте отверстие у основания щечки и проденьте через него кончик изолированного гибкого провода. Этот провод припаяйте к обмоточному проводу и намотайте обмотку ровными слоями, виток к витку, изолируя один слой от другого бумагой, пропитанной парафином. Подсчитывайте число витков в каждом слое и результаты записывайте на бумаге.

Закончив намотку первичной обмотки, просверлите в щечке катушки отверстие для вывода второго конца обмотки. Его тоже припаяйте к гибкому проводу, который проденьте в отверстие в щечке катушки. Затем всю обмотку изолируйте бумажной прокладкой так, чтобы первичная обмотка не касалась вторичной.

Вторичную обмотку составьте из пяти отдельных секций. Первые три секции намотайте по восьми витков в каждой. В четвертой секции, рассчитанной на 12 вольт, уложите 24 витка. Все секции наматывайте в одном и том же направлении. В первой секции от четвертого витка сделайте петлеобразный отвод на ток напряжением 2 вольта. На последнюю, пятую, секцию намотайте 48 витков.

Отводы от начала и конца каждой секции помечайте, чтобы не перепутать их между собой при параллельном и последовательном соединении.

После укладки обмоток приступайте к сборке трансформатора. Его пластины собирайте вперекрышку, то есть пластины замыкаются перемычками поочередно с одной и другой стороны.

Для крепления трансформатора к подставке изготовьте лапки. Эти лапки подожмите под болты, стягивающие трансформаторный пакет после сборки (см. рис. 72, д).

Теперь остается изготовить ящик для трансформатора. На передней панели ящика монтируются зажимы, к которым присоединяются соответствующие отводы и сетевая предохранительная пробка.

Вывод шнура к осветительной розетке можно сделать в нижнем правом углу. Над вторичной обмоткой сделайте надпись «Низкое напряжение». Отводы каждой секции обозначьте соответственно: Н1 — начало первой секции, К1 — конец первой секции, Н2 — начало второй секции, К2— конец второй секции, и т. д.

Кроме того, на передней панели в левом углу поместите схему соединения обмоток трансформатора на различное напряжение и силу тока (рис. 72, е).

Мы описали расчеты и изготовление понижающего трансформатора, для которого было использовано готовое трансформаторное железо. Если трудно найти готовое трансформаторное железо, можно в крайнем случае использовать отожженную железную проволоку троса.

Особенность в изготовлении такого трансформатора заключается в том, что каркас катушки делается более прочным. Верхнюю часть обмотки катушки надежно изолируйте, покрывая плотной бумагой, кембриковым полотном и в отдельных случаях изоляционной лентой.

На выводы обмоток надеваются кембриковые или резиновые трубочки. Щечки и отверстия в катушке для сердечника делаются круглой формы.

Сначала произведите намотку катушки, а потом плотно заполните заготовленными и отожженными проволоками отверстия в катушке. После этого сердечник у щечек с обеих сторон скрепите, расплетите проволоки и сгибайте их с одной и другой стороны катушки в направлении друг к другу. Затем эти концы плотно укладывайте друг на друга и расположите так, чтобы по всей окружности щечек получались ровные и аккуратные слои. На первые слои накладываются вторые, на вторые — третьи и т. д. При этом следите, чтобы выводы от обмоток не замкнулись на железную проволоку. После того как все слои проволоки будут уложены, их стягивают в поперечном направлении тоже отожженной проволокой. Затем длинные концы проволок обрезают ножницами (рис. 73).

Рис. 73. Трансформатор ежового типа: Н и К — выводы от сетевой обмотки; Н1, Н2, Н3, Н4 — выводы от начала понижающих обмоток; К1, К2, К3, К4— выводы от концов понижающих обмоток.

Такой трансформатор работает надежно и удовлетворительно. Чтобы его рассчитать, нужно сначала выбрать площадь поперечного отверстия катушки, в которое будет вставлен сердечник из проволок. Все остальные вычисления производят так же, как и в обычном трансформаторе.

Понижающий трансформатор не требует никакого ухода. Он всегда готов к действию и может выдерживать кратковременные перегрузки. Большие перегрузки трансформатора сопровождаются нагреванием обмоток. При сильном нагревании обмоток трансформатор надо выключать.

Модель электроискрового станка для прошивки отверстий

Представьте себе, что вам потребовалось просверлить отверстие в заготовке очень высокой твердости, например в закаленной пластинке из инструментальной стали, в магнитном сплаве, победитовом резце и проч. Высверливание отверстий в таких материалах — дело весьма трудное. Во-первых, сверла быстро изнашиваются и очень часто ломаются. Во-вторых, сверло и деталь в процессе сверления надо искусственно охлаждать специальной жидкостью — суспензией, которая не окисляет инструмента и детали. В-третьих, потребуется много труда и времени, чтобы получить отверстие нужного размера. Гораздо труднее сделать в твердых металлах отверстия различной формы, например квадратные, шестигранные и более сложного профиля.

Поставленная задача поразительно просто разрешается, если для этой цели применять не обычные сверлильные станки, а специальные электроискровые установки или электроискровые станки. Эти станки отличаются необычной простотой — у них совсем нет сверл, вращающегося шпинделя с патроном и электродвигателя. Роль сверла в станке выполняет электрод-инструмент, изготовленный из латуни или бронзы. Причем форма электрода-инструмента должна точно соответствовать форме получаемого отверстия, что очень легко сделать практически.

Работа электроискрового станка основана на явлении электрической эрозии, то есть на свойстве электрической искры разрушать проводящие материалы.

Электрическая схема станка показана на рисунке 74, а.

Рис. 74. Самодельный электроискровой станок: а — электрическая схема; б — внешний вид станка; в — конструкция станка; г — конструкция направляющей стойки; д — устройство каретки; е — конструкция штурвала; ж; з — различные виды электродов-инструментов. 1 — металлический столик; 2 — ванна; 3 — электрод-инструмент; 4 — сердечник; 5 — соленоидная катушка; 6 — каретка; 7 — направляющая стойка; 8 — штурвал; 9—кронштейн; 10 — крепежный болт с зажимным барашком; 11 — вибрационная пластинка; 12 — стягивающие болты с колонками; 13 — направляющий стержень; 14 — металлическая накладка; 15— зажим для включения соленоидной катушки в цепь переменного тока; 16 — зажим для включения станка в рабочую цепь; 17 — основание ванны; 18 — стойка основания; 19 — зажимной винт; 20 — штатив; 21 — скоба; 22 — переходная втулка; 13 — стопорный винт; 24 — зажимные пружины столика; 25 — направляющие рейки; 26 — вал для перемещения каретки; 27 — резиновая трубка; 28 — стягивающий болт переходной втулки; 29 — стягивающий болт скобы; 30 — гильза соленоидной катушки.

Она представляет собой цепь, содержащую переменное проволочное сопротивление — ползунковый реостат R, батарею конденсаторов постоянной емкости С. Такую цепь называют контуром RC. Параллельно этому контуру включены металлический стол М для обрабатываемых деталей, установленный в подвижной ванне В с рабочей жидкостью, электрод-инструмент Э, прикрепленный к сердечнику, установленному в соленоидной катушке К. Питание схемы можно производить постоянным или переменным током напряжением от 24 до 200 вольт.

Устройство станка показано на рисунке 74, б. Он состоит из соленоидной катушки 5, сердечника электрода-инструмента 3, каретки 6, направляющей стойки 7, штурвала 8, кронштейна 9, крепежного болта с зажимным барашком 10, ванны 2, столика 1, вибрационной пластинки 11, прикрепленной к нижней щечке соленоидной катушки при помощи скобы 21 и стягивающих болтов с колонками 12. Сердечник заканчивается направляющим стержнем 13, скользящим в отверстии металлической накладки 14.

Для включения соленоидной катушки в сеть переменного тока имеется зажим 15, укрепленный на верхней щечке катушки. Станок включается в контур при помощи зажима 16 и барашка 10, навинченного на болт, крепящий скобу столика 9 к стойке. Ванна устанавливается на основании 17 и перемещается при помощи стойки 18. которая укреплена зажимным винтом 19, установленным на штативе 20.

Соленоидная катушка с сердечником предназначены для создания вибрации электроду-инструменту.

Каркас катушки можно изготовить следующим образом. Отрежьте гильзу длиной 7 сантиметров от трубки с внутренним диаметром 10–11 миллиметров. В гильзе сделайте прорезь для уменьшения паразитных токов. Щечки сделайте квадратными (7х7 сантиметров) из фанеры или доски толщиной 7—10 миллиметров и приклейте их к гильзе при помощи клея БФ-2 или БФ-4. Покройте гильзу несколько раз изоляционным лаком, просушите и оберните двумя-тремя слоями бумаги. В верхней щечке сделайте отверстие возле гильзы.

Припаяйте гибкий проводник к обмоточному проводу марки ПЭЛ или ПЭ диаметром 0,15 миллиметра и про пустите его через отверстие в щечке катушки. Намотайте на каркас катушки 4200 витков обмоточного провода. К концу обмотки припаяйте гибкий проводник и пропустите его через второе отверстие в верхней щечке. Для удобства включения катушки в схему закрепите выводы от обмотки при помощи клеммных зажимов.

Сердечник для катушки сделайте из мягкой стали. Один конец сердечника сточите на токарном станке до диаметра 7–8 миллиметров, а на другом его конце просверлите сквозное отверстие диаметром 5–6 миллиметров. Сделайте скобу 21 из латуни по форме, показанной на рисунке 74, в, и просверлите в ней отверстия.

Переходную втулку 22 выточите из бронзы или латуни. С одного торца втулки просверлите отверстие и нарежьте резьбу под упорный болт. С другого торца просверлите отверстие на глубину 15–20 миллиметров под электрод-инструмент 3. Отступите на 10 миллиметров от нижнего края втулки, просверлите боковое отверстие и нарежьте в нем резьбу под стопорный винт 23, которым закрепляется хвостовик электрода-держателя. Вибрационную пластинку 11 сделайте из стальной упругой полоски, кронштейн 9 — из медной или стальной шины толщиной 5—б миллиметров и шириной от 30 до 60 миллиметров. К отогнутому концу кронштейна прикрепите металлический столик 1 с деталедержателями 24 в виде упругих стальных или бронзовых пластинок, прикрепленных к столику винтами. Столик можно сделать из мягкой стальной плиты или из листовой меди в виде прямоугольника произвольных размеров. Направляющую стойку 7 сделайте из сухих деревянных брусков, как показано на рисунке 74, б, г.

Каретку 6 для катушки сделайте из сухих досок по форме, показанной на рисунке 74, д. Причем каретка должна туго входить в паз направляющей стойки. Прикрепите каретку к щечкам катушки при помощи металлических угольников. Для перемещения каретки вдоль паза вверх и вниз сделайте прижимной валик 26 со штурвалом или маховиком 8. Для этого выточите из стальной мягкой заготовки валик по форме, показанной на рисунке 74, е. С одного конца валика нарежьте резьбу под гайку, которой крепится штурвал — круг, вырезанный из толстой фанеры или сухой доски. Наденьте на тонкую часть валика 26 кусок резиновой трубки 27, прикрепите к нему штурвал и установите валик в выемке направляющей стойки. Чтобы валик не перемещался вверх, прикрепите металлические накладки 25 с обеих сторон направляющей стойки, как показано на рисунке 74, г.

Ванну сделайте из жести или подберите готовый небольшой тазик. Основание 17 для ванны можно сделать прямоугольной формы из доски. В центре основания закрепите деревянную стойку 18. Штатив сколотите из досок в виде столика, как показано на рисунке 74, б. В центре крышки штатива сделайте отверстие для прохода стойки. По центру возле отверстия прикрепите зажимной винт 19.

После изготовления всех частей приступайте к сборке станка.

Прикрепите к вибрационной пластинке скобу и переходную втулку. Разметьте и просверлите отверстия на нижней щечке катушки для стяжных болтов с колонками. Скрепите сердечник со скобой болтом с гайкой. Пропустите сердечник внутрь катушки и прикрепите вибрационную пластину к нижней щечке катушки. На верхней щечке катушки закрепите металлическое кольцо. Прикрепите направляющую стойку к крышке штатива и вставьте в ее паз каретку с катушкой.

Прикрепите к направляющей стойке кронштейн с металлическим столиком при помощи зажимного болта с барашком.

Закрепите в отверстии переходной втулки электрод-инструмент. Установите на основание 17 ванну, укрепите на столике деталь, в которой требуется просверлить отверстие, и приподнимите ванну так, чтобы в нее погрузился столик. Наполните ванну керосином или минеральным маслом — и станок готов.

Ванну следует заполнять так, чтобы обрабатываемая деталь была погружена в жидкость на глубину не более 3–4 миллиметров.

Теперь приступайте к сборке электрической схемы станка. Вам потребуется источник электрического тока от понижающего трансформатора с напряжением 48 вольт — можно пользоваться как переменным, так и постоянным током. Однако целесообразнее пользоваться постоянным током, так как электрод-инструмент при этом изнашивается меньше и скорость прошивки отверстии несколько повышается.

Электрическую схему собирайте по рисунку 74, а. Выводы от конденсаторов сделайте толстой медной проволокой или изолированной шиной. Один вывод присоедините к зажиму, прикрепленному к вибрационной пластинке, а другой зажмите между шайбой и барашком крепежного болта кронштейна. Для регулировки рабочего режима станка в цепь разрядного контура включены вольтметр на 50–75 вольт и амперметр со шкалой до 200 ампер. Регулировка режима осуществляется проволочным реостатом, пропускающим ток до 10–15 ампер.

Емкость конденсаторов можно подбирать в пределах от 20–30 до 600 микрофарад. Конденсаторы следует брать только бумажные (электролитические конденсаторы непригодны — они легко пробиваются и сильно нагреваются в момент работы, то есть не выдерживают импульсных напряжений и токов). Рабочее напряжение конденсаторов надо брать в два раза выше напряжения источника электрического тока. Так как подобрать промышленные конденсаторы на нужную величину емкости трудно, вам следует составлять конденсаторные батареи, включая параллельно в группы отдельные конденсаторы малой емкости.

Для прошивки отверстий в деталях при помощи промышленных станков применяются три основных рабочих режима:

1. Жесткий (или грубый), при котором напряжение равно 150–200 вольт, величина тока короткого замыкания берется в пределах от 10 до 60 ампер, емкость конденсаторов выбирается от 400 до 600 микрофарад.

2. Средний, характеризующийся напряжением 80—120 вольт, величиной тока 5—10 ампер, емкостью конденсаторов 100–300 микрофарад.

3. Мягкий, характеризующийся напряжением 25–50 вольт, величиной тока 0,1–1 ампер и емкостью конденсаторов 10 микрофарад.

Ваш станок будет работать на мягком режиме, дающем хорошую чистоту обработки поверхности. Следует учесть, что наибольшую производительность дает жесткий режим, но при этом получается плохая чистота поверхности и низкая точность отверстия. А мягкий режим отличается самой низкой производительностью, но качество и точность обработки получаются наилучшими.

Чтобы повысить скорость прошивки, вы можете практически подобрать наиболее подходящий режим. Для этого надо несколько увеличить емкость конденсаторной батареи, величину тока в разрядной цепи и напряжение.

Работа на станке производится следующим образом. Сначала установите обрабатываемую деталь на металлическом столике. Затем погрузите столик в ванну и заполните ее жидкостью. Включите катушку в сеть переменного тока и вращением штурвала опустите каретку вниз, чтобы электрод-инструмент прикоснулся к поверхности детали. Оставьте каретку в этом положении и включите разрядный контур, в это время вы услышите характерное потрескивание искр, проскакивающих между электродом-инструментом и деталью. Когда поток искр становится редким или прекращается, необходимо вращением штурвала сблизить электрод-инструмент с деталью. Если при дальнейшем сближении треск не возобновляется, то это является признаком того, что в детали получилось сквозное отверстие и инструмент прошел в отверстие столика. Теперь опустите ванну вниз так, чтобы столик вышел из жидкости. Подождите, пока она стечет с детали. Отделите деталь от столика, протрите ее ветошью или тряпочками и приступайте к прошивке следующего отверстия.

Принцип работы станка состоит в следующем (см. рисунок 74, а). Условимся считать, что электрический ток от отрицательного зажима источника поступает на электрод-инструмент, а затем через заполненный керосином промежуток (зазор) к поверхности детали и от детали течет по столику, кронштейну, соединительной шине к плюсу источника и снова к отрицательному зажиму, и т. д.

Когда электрод-инструмент приблизится к детали так, что зазор станет очень маленьким, между электродом-инструментом и деталью проскочит искра. При этом произойдет эрозия детали — небольшой кусочек металла будет вырван из ее поверхности. При вибрации электрода-инструмента все время будет возникать электрическая искра, увеличивая углубление в детали, а вырванные мельчайшие частички металла будут оседать на дно ванны в виде мути. Так будет происходить до тех пор, пока в детали не получится сквозное отверстие. Жидкость, находящаяся в ванне, препятствует образованию электрической дуги и как бы вымывает частички металла из отверстия во время работы станка.

Электрод-инструмент должен иметь профиль, подобный профилю прошиваемого отверстия.

Для прошивки отверстий очень малого размера пользуются медной проволокой соответствующего диаметра. Чтобы тонкая проволока не изгибалась, ее помещают в стеклянную трубку с соответствующим отверстием. В этом случае стеклянная трубка выполняет роль кондуктора. Для отверстий фасонного профиля электроды изготавливают из латунных листов толщиной от 0,4 миллиметра и больше. Если диаметр отверстия больше 6 миллиметров, электрод лучше делать пустотелым, в виде трубки. Пустотелыми электродами можно не только прошивать отверстия, но и вырезать из листового материала детали сложной конструкции, как показано на рисунке 74, з.

Вы тоже можете сделать фасонный электрод для вырезания деталей из листового материала.

Электроискровая пила

В настоящее время резка металлов очень широко применяется в заготовительных цехах машиностроительных и приборостроительных заводов.

Внешний вид простейшей электроискровой пилы и ее части показаны на рисунке 75, а. Она состоит из электрода-инструмента / в виде диска: электрода-держателя заготовки 2, прикрепленного к стенке ванны 3, изолированно от нее; электродвигателя 4, связанного передачей 5 с осью 12 диска электрода-инструмента; защитного козырька 6) конденсаторных батарей 7; проволочного реостата 8, источника постоянного тока 9; соединительных проводов 10. Ванна заполнена рабочей жидкостью (суспензией) — водой со взмученной в ней огнеупорной глиной (каолином).

Принцип работы электроискровой пилы основан на свойстве электроэрозии. К электроду-инструменту присоединяется толстый проводник, идущий от минуса конденсаторной батареи, как показано на рисунке 75, б. А к электроду-держателю заготовки присоединен второй проводник, идущий от плюса конденсаторной батареи. Сначала надо включить электродвигатель — он приведет во вращение диск инструмента, — а затем подвести заготовку к вращающемуся диску на такое расстояние, при котором возникает искра между диском и заготовкой.

Рис. 75. Простейшая электроискровая пила и ее части.

Диск при этом постепенно углубляется в металл. Скорость резания регулируется изменением емкости конденсаторной батареи, силы тока и скорости вращения диска.

На листе кровельного железа начертите окружность и вырежьте диск. Просверлите в центре круга отверстие. Из стального прутка выточите ось На выступающей части оси нарежьте резьбу под стягивающие гайки. Из бронзовой заготовки выточите подшипники 11, как показано на рисунке 75, в.

Ванну можно сделать из кровельного железа. Размеры ее зависят от размеров разрезаемых заготовок. Вдоль боковых стенок надо укрепить направляющие рейки 16 для перемещения рамки 17 (рис. 75, г). В качестве ванны можно использовать также готовый металлический тазик или кастрюлю. К задней стенке ванны или к основанию пилы прикрепите электродвигатель при помощи хомутиков 13. Из толстой фанеры выточите два шкива 14 и 15. Шкив меньшего диаметра туго закрепите на оси диска при помощи клея БФ-2 или БФ-4 и гайки, а шкив большего диаметра закрепите на валу электродвигателя, причем шкивы должны находиться в одной плоскости, чтобы ремень не спадал.

Электрод-держатель сделайте по рисунку 75, г. Рамку 17 с зажимами 18 надо изготовить из листовой латуни, а направляющие рейки 16 сделайте из пластмассы или из другого изоляционного материала. Ось 19 держателя изготовьте из латунного или бронзового прутка и нарежьте резьбу по всей ее длине под направляющую гайку 20, которую прочно закрепите в отверстии изоляционной прокладки 21. Прокладку укрепите на передней стенке ванны так, чтобы гайка была в центре окна.

После изготовления всех частей электроискровой пилы приступайте к ее сборке. Установите на ванне электрод-диск 1 и соедините ременной передачей его шкив со шкивом электродвигателя. В качестве электродвигателя можно взять любой электродвигатель на 6—12 вольт мощностью от 3 до 10 ватт. В крайнем случае можно использовать электродвигатель от швейной машины или вентилятора.

Соберите электрод-держатель и прикрепите его к передней стенке ванны. Этот электрод должен иметь поперечную подачу заготовки к диску, что обеспечивается вращением оси 19 держателя по часовой стрелке. Конец этой оси свободно вращается в зажимах рамки 17 и толкает рамку с зажимами вперед поступательно. К оси держателя плотно прижимается латунная щетка соединенная с зажимом 23 на изоляционной прокладке 21.

Вторая такая же щетка 24 прижимается к оси диска. Она соединена с зажимом, укрепленным на боковой стенке ванны. Защитный козырек 6 сделайте из топкой жести и прикрепите его к задней стенке при помощи пластинки шарнирно, чтобы козырек легко откидывался назад (рис. 75, д).

Сбоку возле ванны на деревянном основании укрепите конденсаторную батарею и реостат, соберите электрическую схему по рисунку 75, б. Наполните ванну рабочей жидкостью — и пила готова к работе.

Для нормального рабочего режима электроискровой пилы необходимо установить следующие величины: скорость вращения диска 15–20 метров в секунду, напряжение 20–28 вольт, емкость выбирается от 20 до 100 микрофарад.

Величина тока выбирается в зависимости от диаметра разрезаемой заготовки. При диаметре заготовки до 10 миллиметров величина тока должна быть от 5 до 15 ампер, а при диаметре 10–20 миллиметров — 20–40 ампер.

Следует учесть, что для электроискровой резки металлов требуются постоянные токи большой величины. Поэтому необходимо изготовить выпрямитель, обладающий большой мощностью, то есть выпрямитель должен отдавать в цепь ток до 50—100 ампер. Такой выпрямитель нужно собирать из селеновых шайб с большой рабочей площадью. Для включения постоянного тока в разрядный контур укрепите двухполюсный рубильник.

Электроискровая пила может работать и от переменного тока, но качество ее работы будет несколько хуже и быстрее изнашивается электрод-диск.

Вы можете сами придумать конструкцию и построить электроискровую пилу по своим чертежам. При этом следите за тем, чтобы диск был с ровной поверхностью и не имел бы изогнутых краев. Электрод-держатель надо тщательно изолировать от корпуса ванны, а диск не должен перемещаться в осевом направлении.

Самодельный сварочный трансформатор

При изготовлении большинства приборов и моделей их части или отдельные детали соединяются пайкой. Однако в некоторых случаях такое соединение деталей не обладает достаточной прочностью. Гораздо прочнее получается соединение частей с помощью сварки, которая значительно ускоряет процесс работы. Кроме того, сварка может успешно заменять резьбовые соединения, клепку и проч.

Юные пионеры-электротехники могут сами изготовить простейший сварочный трансформатор, при помощи которого можно быстро и очень прочно соединять небольшие металлические части.

Порядок изготовления сварочного трансформатора, его упрощенный расчет можно производить тем же методом, который был применен нами при изготовлении понижающего трансформатора. Поэтому мы рассмотрим здесь только конструктивную особенность сварочного трансформатора и способы намотки его обмоток.

Рис. 76. Сварочный трансформатор и его детали.

Сварочный трансформатор отличается от понижающего главным образом мощностью и величиной напряжения, снимаемого со вторичной обмотки. Если понижающий трансформатор для питания приборов и моделей потребляет от сети электрическую мощность около 200 ватт, то сварочный трансформатор потребляет от сети напряжением 220 вольт мощность приблизительно 5 киловатт. А с обмотки низкого напряжения можно снимать от 100 до 25 вольт: ступенями через каждые 5 вольт — от 25 до 50 вольт и через каждые 10 вольт — от 50 до 100 вольт, то есть 100, 90, 80, 70, 60, 50, 45, 40, 35, 30 и 25 вольт.

Для сварочного трансформатора надо взять железо от старого дросселя. Трансформаторные пластинки имеют прямоугольную форму и собираются в пакет магнитопровода, как показано на рисунке 76, а. Те части сердечника, на которые надеваются катушки с обмоткой, называются кернами, части сердечника, замыкающие магнитопровод, называются ярмами. Наш магнитопровод содержит два керна А и А1 и два ярма Б и Б1 (рис. 76, б).

Мы рассмотрим изготовление сварочного трансформатора, магнитопровод которого показан на рисунке 76, а.

Предположим, что вы располагаете подобным магнитопроводом. Вам предстоит изготовить два одинаковых каркаса для катушки. Гильзы изготовьте из фанеры толщиной 3 миллиметра, а щечки — из фанеры толщиной 5 миллиметров по размерам, показанным на рисунке 76, в. Каркасы склейте столярным или казеиновым клеем, просушите их и приступайте к намотке катушек. Сначала определите, сколько витков надо намотать на первичную и вторичную обмотки.

Расчеты показывают, что один виток дает напряжение 1,01 вольта. Тогда на всю вторичную обмотку, рассчитанную на 50 вольт, надо уложить примерно 50 витков. А для первичной обмотки на 220 вольт надо намотать на каркас 218 витков.

При сварке необходимо регулировать ток и напряжение. Для этой цели в первичной обмотке надо предусмотреть отводы от соответствующих витков, чтобы получить во вторичной обмотке указанные выше значения напряжения.

Из расчета известно, что величина тока, проходящего по первичной обмотке, равна 7 амперам, а по вторичной обмотке при напряжении в 50 вольт — 30 амперам. Поэтому первичную обмотку надо наматывать обмоточным проводом, сечение которого равно 1,4 кв. миллиметра (этому сечению соответствует диаметр провода 1,35 миллиметра), а вторичную — 7,6 кв. миллиметра (этому сечению провода соответствует диаметр 3 миллиметра).

Если провода с таким сечением не окажется, можно взять обмоточный провод меньшего диаметра, сложить его вдвое или втрое и более, то есть сделать многожильным, и производить намотку как одножильным проводом.

Возьмем конкретный пример. Предположим, что мы имеем обмоточный провод марки ПЭЛ сечением 0,7 кв. миллиметра, что соответствует диаметру 0,98 миллиметра с изоляцией и 0,93 миллиметра без изоляции. Чтобы получить нужное сечение провода для вторичной обмотки, надо взять 7:0,7 = 10 проводов (жил).

У нас обмотка низкого напряжения расположена на двух катушках, соединенных параллельно. Поэтому на каждую катушку надо намотать по 50 витков обмоточного провода, состоящего из пяти проволок. На каждой катушке уложится два слоя. Сначала надо наматывать вторичную обмотку. На первой катушке укладывайте витки по часовой стрелке. Вывод от начала обмотки обозначьте через Н21 (что означает: Н — начало, 2 — вторичной обмотки, 1 — на первой катушке), а конец обмотки обозначьте через К21 (К — конец, 2 — вторичной обмотки, 1 — на первой катушке).

На вторую катушку наматывайте вторичную обмотку, укладывая витки против часовой стрелки, и выводы соответственно обозначьте: Н22 — от начала обмотки и — от конца обмотки. Пропустите выводы сквозь отверстия в щечках катушек, как показано на рисунке 76, г, к. Закройте вторичную обмотку двумя-тремя слоями плотной бумаги или одним слоем картона и приступайте к намотке первичной обмотки.

Сначала намотайте первичную обмотку на первую катушку, укладывая витки по часовой стрелке. Вывод от начала обмотки пропустите через отверстие в щечке катушки и обозначьте его цифрой 1, как показано на рисунке 76, д. Затем уложите 68 витков, сделайте петлеобразный вывод, пометьте его цифрой 5 и продолжайте обмотку в том же направлении до 77-го витка от начала обмотки; снова сделайте петлеобразный вывод, пометив его цифрой 6. Продолжайте намотку до 83-го витка от начала обмотки, сделайте третий петлеобразный вывод, обозначьте его цифрой 7 и далее наматывайте до 102-го витка, снова сделайте петлеобразный вывод, обозначьте его цифрой 8 и производите намотку до конца, то есть до 218-го витка. Вывод от конца обмотки обозначьте цифрой 3. Причем намотку производите одним проводом марки ПЭЛ диаметром 0,98 миллиметра.

Точно таким же способом наматывайте первичную обмотку на вторую катушку, делая отводы от 68. 77, 88 и 102-го витков от начала обмотки. Вывод от начала обмотки обозначьте цифрой 4 и пропустите его сквозь отверстие на щечке катушки. Вывод от конца обмотки пропустите через отверстие в щечке катушки и обозначьте его цифрой 2. Для крепления магнитопровода сделайте четыре бруска из сухого дерева по форме и размерам, показанным на рисунке 76, е.

Из железной полоски сделайте скобы (рис. 76, ж) для крепления клеммной колодки. Изготовьте из сухой доски клеммную колодку (рис. 76, з) и пропитайте ее олифой. Подберите 16 одинаковых клеммных зажимов или болтов с гайками и приступайте к сборке трансформатора.

Сначала соберите магнитопровод. Возьмите пластину А (для керна) и вставьте ее в отверстие первой катушки, а к ней приложите в стык пластину Б (для ярма). Затем к пластине Б приложите пластину А, пропустив ее через отверстие во второй катушке. При этом расположите катушки так, чтобы их выводы были с одной стороны. К пластине А1 приложите в стык пластину Б1, и вы получите замкнутый магнитопровод. Следующие четыре пластины собирайте в обратном порядке, а именно: пластину А1 пропустите через отверстие во второй катушке, наложите ее сверху на пластину Б и приложите в стык с пластиной Б1. Пластину же Б1 наложите на пластину А, и т. д., пока не соберете полностью пакет магнитопровода. После сборки магнитопровода скрепите его пластины деревянными брусками, поджимая под гайки верхнего ярма скобы, как показано на рисунке 76, и.

Заделайте все выводы от обмоток петельками и присоедините их зажимами клеммной колодки снизу, туго зажимая между металлическими шайбами. Прикрепите клеммную колодку к скобам и сверху возле каждого зажима сделайте соответствующие надписи, как показано на рисунке 76, з, л.

Сделайте из медной пластинки перемычки, закорачивающие соответствующие зажимы. На листе чертежной бумаги аккуратно вычертите тушью таблицу, приведенную ниже.

В данной таблице обозначение 2–3 или а1—х указывает на зажимы, которые надо соединить накоротко, а обозначение, например 1–2 или аа1, указывает на то, что эти закороченные зажимы присоединяются к осветительной сети или к сети низкого напряжения.

Эта таблица поможет вам правильно регулировать напряжение, снимаемое с зажимов вторичной обмотки. В первой графе этой таблицы приведено напряжение, подводимое к зажимам первичной обмотки. Во второй графе указаны напряжения, снимаемые со вторичной обмотки при соответствующих закороченных зажимах в первичной и вторичной обмотках. В третьей графе показано, какие зажимы надо присоединять к осветительной сети. В четвертой графе указано, какие зажимы первичной обмотки надо соединить накоротко. В пятой графе показано, какие зажимы надо включать в сеть низкого напряжения, а в шестой графе приведены зажимы, которые надо соединить накоротко.

Если вам потребуется напряжение для сварки, например 25 вольт, то соедините накоротко зажимы 2–3, а — а1 и х — х1, зажимы 1 и 4 присоедините к сети в 220 вольт, а к зажимам аа1 и хх1 присоедините электроды для сварки.

Трансформатор можно использовать не только для сварки различных деталей, но и для питания электроискровых станков. В этом случае вторичную обмотку трансформатора надо включить в цепь выпрямителя и снимать с него постоянное напряжение и ток. Однако сварочный трансформатор невыгодно применять для питания различных моделей, так как он потребляет большую мощность от осветительной сети.

Самодельный электропаяльник

Внешний вид и детали электропаяльника показаны на рисунке 77. Он имеет сердечник 1, изготовленный из прутка красной меди, кожух, состоящий из двух крышек 2, металлическую трубку 3, в которую вставляется сердечник. Один ее конец закрепляется в деревянной ручке 4, а на свободном конце укреплен нагревательный элемент, состоящий из нихромовой спирали 5, изолированной от трубки и от кожуха слюдяными прокладками. Крышки кожуха скрепляются с торцов стяжными кольцами 6. Выводы от спирали присоединяются к свободным концам соединительного шнура 9, пропущенного сквозь отверстие в ручке и заделанного в вилку. Спираль намотана в два слоя 7 и 8.

Мы рассмотрим изготовление электропаяльника на низкое напряжение (24 вольта).

Рис. 77. Устройство электропаяльника.

Отрежьте от прутка красной меди диаметром 7—10 миллиметров кусок весом 35–50 граммов. Один его конец запилите напильником, как показано на рисунке 77. По внешнему диаметру сердечника подберите железную или алюминиевую трубку длиной 12–15 сантиметров. Отступите от одного конца на 6 сантиметров и сделайте сквозное отверстие, через которое будут пропущены концы соединительного шнура. Удалите заусенцы с краев отверстий, чтобы не повредить изоляцию проводов.

Из сухого дерева сделайте ручку и просверлите по ее центру сквозное отверстие диаметром 10–12 миллиметров, чтобы трубка туго входила в него. Закрепите свободный конец трубки в отверстии ручки и проденьте через нее концы соединительного шнура. На свободный конец трубки намотайте два слоя тонкой листовой слюды и закрепите ее нитками, чтобы не раскручивалась.

Возьмите кусок проволоки длиной около 1 метра от перегоревшей спирали для электроплитки на 220 вольт и намотайте спираль на паяльник. Сначала сделайте один-два витка из толстой медной проволоки на слюдяной изоляции около отверстий в трубке. Это будет первый отвод. Присоедините к нему два конца — один от соединительного шнура, а другой от нихромовой проволоки — и прочно скрепите их, чтобы они не касались трубки. Намотайте один слой нихромовой обмотки с принудительным шагом, то есть располагая виток от витка на некотором расстоянии. Для этого возьмите обмоточный провод такого же диаметра и длины, как нихромовая проволока, сложите их вместе и произведите намотку, укладывая виток к витку. После того как намотаете слой, размотайте обмоточный провод, а нихромовую обмотку оберните двумя слоями листовой слюды и закрепите тонкими нитками, чтобы не раскручивалась. Затем намотайте второй слой нихромовой обмотки и вывод ее соедините с другим концом соединительного шнура, закрепляя их на второй слюдяной прокладке возле отверстий трубки двумя-тремя витками толстой Медной проволоки. Верхний слой обмотки оберните несколькими слоями слюды или веревочным асбестом и закройте обмотку кожухом от старого паяльника. Простейший кожух вы можете сделать сами из жести от консервной банки. Теперь можно испытать работу паяльника.

Если паяльник будет быстро нагреваться, надо включать его на меньшее напряжение, например на 20 или 18 вольт, или взять более длинную нихромовую проволоку. Медленное и слабое нагревание паяльника говорит о том, что надо увеличить напряжение или уменьшить длину нихромовой проволоки.

Можно практически подобрать такую длину и диаметр нихромовой проволоки, при которой паяльник нормально нагревается и продолжительно работает. Вы можете сами изготовить электропаяльник на любое низкое напряжение.

Нередко приходится ремонтировать перегоревшие паяльники, приобретенные в магазинах.

Чаще всего паяльник портится от сильного перегревания, особенно когда его долго держат включенным без употребления.

От перегревания сгорают концы соединительных проводов возле выводов от нагревательной проволоки или же перегорает проволока.

Иногда паяльник не работает из-за неисправности соединительного шнура. Перед тем как приступить к ремонту паяльника, надо проверить, нет ли обрыва в шнуре, а также заделку концов в штепсельной вилке. Убедившись в их исправности, приступают к разборке паяльника для определения повреждения и ремонта.

Разборка производится в следующем порядке.

Сначала снимают крепительные кольца с кожуха. Затем отнимают обе половины кожуха и осторожно снимают асбестовый и слюдяной слои изоляции. Особенно осторожно снимают слюду, так как она очень хрупкая и легко ломается на мелкие части. После этого осматривают надежность соединения выводов от проволоки с проводами соединительного шнура. Нарушенное соединение восстанавливают и снова собирают паяльник.

Если окажется, что перегорела проволока в верхнем слое, в месте неисправности снимают один виток и скручивают плоскогубцами концы перегоревшей проволоки, отрезают лишние концы после соединения и снова собирают паяльник. Если же обрыв произошел в первом слое, конец верхнего слоя отсоединяют от вывода и сматывают проволоку на деревянную палочку.

После того как кончится первый слой, осторожно снимают слюдяную изоляцию и продолжают размотку до места обрыва. Потом концы разорванной проволоки скручивают и производят вновь намотку, укладывая виток от витка на расстоянии около 1–1,5 миллиметра.

Для предохранения слюды от поломки на нее накладывают небольшой листочек папиросной бумаги и затем вместе с бумагой покрывают слюдой намотанный слой. Чтобы слюда не раскручивалась, ее в нескольких местах перевязывают тонкой ниткой, а затем наматывают второй слой. По окончании намотки конец проволоки снова присоединяют к выводу.

Всю намотку покрывают слюдой и асбестом и производят сборку, то есть закрывают нагревательный элемент крышками и скрепляют их кольцами. После сборки паяльника с помощью контрольной лампочки проверяют, не замкнулись ли провода на корпус паяльника.

Выпрямители

Для ваших работ потребуется не только переменный ток низкого напряжения, взятый от осветительной сети, но и постоянный ток. Приборы и модели постоянного тока надо питать от элементов и батарей постоянного тока. При этом элементы работают непродолжительно, а аккумуляторы необходимо подзаряжать через определенные промежутки времени.

В этих случаях значительно удобнее пользоваться выпрямителями, то есть приборами, преобразующими переменный ток в постоянный. Известно, что переменный сетевой ток меняет свое направление 100 раз в секунду: 50 раз он течет в одном направлении и столько же раз в противоположном.

Принцип действия выпрямителя переменного тока состоит в том, что через него протекает ток только в одном направлении. Следовательно, выпрямитель обладает односторонней проводимостью. Условное обозначение выпрямителя показано на рисунке 78, а.

Рис. 78. Условное обозначение выпрямителя (а) и схема однопериодного выпрямителя с фильтром (б): С1 и С2 — электролитические конденсаторы; Др — дросселе низкой частоты.

Пропуская переменный ток через выпрямитель, получают ток постоянный по направлению, но изменяющийся по величине, то есть пульсирующий. Чтобы уменьшить пульсации тока, в цепь выпрямителя включают дроссель низкой частоты и конденсатор большой емкости. Цепь, состоящая из дросселя и конденсатора, называется фильтром. Схема выпрямителя с фильтром показана на рисунке 78, б.

Различают следующие виды выпрямителей: механические, кенотронные, электролитические, селеновые, купроксные, ртутные, газотронные и тиратронные. В последнее время наиболее широкое распространение получили ртутные, газотронные и полупроводниковые (селеновые, германиевые, кремниевые и др.) выпрямители. Некоторые виды выпрямителей вы можете сделать сами.

Самодельный электролитический выпрямитель

Для питания маломощных моделей и приборов постоянного тока можно изготовить простейший электролитический выпрямитель. Его внешний вид и устройство по казаны на рисунке 79.

По своему устройству он напоминает гальванический элемент. Электродами в нем служат алюминиевая и свинцовая пластинки. Свинцовую пластинку можно заменить железной или угольной. Алюминиевую пластинку можно изготовить из старой посуды — кастрюли, чайника, ложки и проч.

Рис. 79. Электролитический выпрямитель: 1 — стеклянная банка; 2 — алюминиевая пластинка; 3 — свинцовая пластинка; 4 — участок, покрытый влагостойким лаком; 5 — схема выпрямителя.

Сосудом выпрямителя может быть стеклянная банка емкостью не менее пол-литра. Если в качестве сосуда взять железную банку, ее корпус будет служить электродом. В подобном случае изолированно от банки устанавливают лишь один алюминиевый электрод. В качестве электролита для выпрямителя берут раствор обыкновенной питьевой соды в дистиллированной или прокипяченной и остуженной воде. Раствор составляют в такой пропорции: на каждые 100 граммов дистиллированной воды берут 5–8 граммов питьевой соды.

Порядок изготовления и сборки электролитического выпрямителя ничем не отличается от изготовления гальванических элементов.

Алюминиевая пластинка у поверхности электролита сильно разъедается. Чтобы предотвратить разрушение пластинки, ее в этом месте покрывают влагостойким лаком или варом.

Только что изготовленный выпрямитель пропускает ток в обоих направлениях. Поэтому его сначала надо отформовать. Формовка производится просто. Составляют электрическую цепь из лампочки мощностью 40–50 ватт, соединенной последовательно с выпрямителем, и включают в сеть переменного тока. Первоначально лампочка будет гореть почти нормальным накалом, но через некоторое время накал ее начнет постепенно ослабевать, и лампочка может совсем погаснуть. Это свидетельствует о том, что выпрямитель сформовался. В сформованном выпрямителе алюминиевый электрод покрывается тонким слоем окиси алюминия. Окись обладает свойством пропускать ток, идущий через электролит, только в одном направлении— от свинцового или железного электрода к алюминиевому. Поэтому для внешней цепи алюминиевый электрод будет служить положительным полюсом выпрямителя, а свинцовый или железный электрод — отрицательным.

Величина выпрямляемого тока зависит от размеров алюминиевого электрода. Можно предварительно определить величину тока, даваемого выпрямителем. Нормальной нагрузкой электролитического выпрямителя считается плотность тока 0,005 ампера (5 миллиампер) на 1 кв. сантиметр алюминиевого электрода, учитывая его поверхность с обеих сторон. При большей плотности тока выпрямитель будет работать плохо: быстро нагревается электролит, действие выпрямителя значительно ослабевает и даже совсем прекращается.

Чтобы электролит меньше нагревался, сосуд для него берут большей емкости.

Для более полного использования переменного тока выпрямитель составляют из четырех выпрямителей, соединенных по схеме, показанной на рисунке 80. Эта схема получила название двухполупериодного выпрямителя.

Рис 80. Схема двухполупериодного выпрямления переменного тока: 1, 2, 3, 4 — электролитические выпрямители; 5 — реостат; 6 — аккумуляторная батарея; 7 — предохранительные пробки.

В современной технике очень широкое распространение получили полупроводниковые селеновые выпрямители. Известно, что кристаллический селен является полупроводником, то есть пропускает ток только в одном направлении. Селеновый выпрямитель представляет собой столбик (рис. 81, в), состоящий из отдельных выпрямительных элементов — селеновых шайб, насаженных на изолированную стальную шпильку 9 и скрепленных стяжными гайками 11.

Внешний вид селеновой шайбы и ее конструкция показаны на рисунках 81, а, к.

Рис. 81. Устройство полупроводникового выпрямителя: а — конструкция селеновой шайбы; б — условное обозначение шайбы на схемах; в — устройство селенового столбика; г — условное обозначение столбика на схемах; д — набор селеновых шайб с выводом от средней точки; е — набор селеновых шайб для мостовой схемы выпрямителя; ж — однополупериодная схема выпрямителя; з — двухполупериодная схема выпрямителя; и — мостовая схема выпрямителя; к — внешний вид деталей селеновой шайбы, R — сопротивление нагрузки. I и II — концы вторичной обмотки трансформатора.

Основанием шайбы является железный или алюминиевый диск 1, покрытый тонким слоем никеля 2 для предохранения от коррозии. Одна сторона диска покрывается слоем толщиной 0,07 — 0,1 миллиметра кристаллического селена 3. На поверхность селена наносится слой сплава из олова, кадмия и висмута. Этот сплав хорошо проводит ток, образует надежный контакт с селеном. Он называется катодным слоем 5. В процессе формовки шайбы электрическим током на границе между селеном и катодным слоем образуется очень тонкий переходный слой, называемый запорным слоем 4, который и определяет одностороннюю проводимость шайбы. После формовки шайба хорошо пропускает электроны от катодного слоя через селен к железу и почти не пропускает их от железа к катодному слою. Поэтому со стороны катодного слоя шайба имеет положительный полюс (+), а со стороны железа отрицательный полюс (—). Шайба надевается на изолирующую трубку 6, в которую вставляется стягивающая шпилька 9. К катодному слою прикладывается латунная контактная пружинная шайба 7 и прижимается при помощи металлической шайбы 8.

Отечественной промышленностью выпускаются селеновые шайбы диаметром 18, 25, 35, 45, 100 и больше миллиметров для плотности тока прямой проводимости 50 миллиампер с каждого кв. сантиметра и обратного напряжения: 18 вольт для шайб диаметром 45 миллиметров и 14 вольт для шайб диаметром 100 миллиметров.

Нормальное падение напряжения прямого тока для одной шайбы 1–1,3 вольта независимо от ее диаметра.

Типовые селеновые столбики имеют по 2, 4, 8, 16, 20, 24, 32 и до 40 шайб. Эти столбики могут быть трех видов:

1. Обычного набора последовательных шайб на шпильке 9 с выводами 10 (81, в).

2. Такого же набора, но с выводом от средней шайбы (рис. 81, д).

3. Набора шайб с пятью выводами (рис. 81, е).

Обычные столбики используются в однополупериодных выпрямителях (рис. 81, ж), а со средней точкой — в двухполупериодных выпрямителях (рис. 81, з), с пятью выводами — в мостиковых схемах выпрямителей (рис. 81, и).

В магазинах радиотоваров и электротоваров продаются селеновые столбики, из которых вы можете собрать селеновый выпрямитель. Вам потребуются столбики, собранные из шайб самого большого диаметра: они могут пропускать большой выпрямленный ток.

Изготавливать надо двухполупериодный выпрямитель, так как он дает выпрямленный ток с меньшей пульсацией и позволяет хорошо заряжать аккумуляторы.

Предположим, что вы располагаете понижающим трансформатором, конструкция которого была описана выше, и достаточным количеством квадратных селеновых шайб размером 100х100 миллиметров. Каждая шайба пропускает выпрямленный ток в 6 ампер и выдерживает напряжение 18 вольт.

Ваш выпрямитель должен давать напряжение около 12 вольт и пропускать выпрямленный ток до 15–20 ампер. Для такого выпрямителя возьмите 12 одинаковых шайб, соедините их по двухполупериодной схеме, включив параллельно по 6 шайб в каждое плечо.

В качестве фильтра используйте бумажные или электрические конденсаторы емкостью 20—100 микрофарад, рассчитанные на рабочее напряжение 20–25 вольт.

Для получения выпрямленного напряжения в 12 вольт надо селеновые столбики включать в сеть переменного напряжения в 15 вольт.

Самодельный электрический щиток

Для удобства в работе с различными электрическими приборами необходимо установить на стене специальный электрический щиток, к которому подводится низкое постоянное и переменное напряжение.

Простейший электрический щиток и его схема показаны на рисунке 82. Он состоит из деревянного основания 1, прикрепленного к стене при помощи роликов 2. К щитку подводятся две сети низкого напряжения: с левой стороны проложена сеть переменного, а с правой — постоянного тока. В сеть переменного тока включены предохранительная пробка 3 и двухполюсный рубильник 4. На входные зажимы а и б подается ток переменного напряжения от понижающего трансформатора, а приборы и модели переменного тока присоединяются к выходным зажимам а1 и б1.

В сеть постоянного тока включена предохранительная пробка 5, рубильник 6, автомобильный амперметр постоянного тока 7 со шкалой 15—0—15 ампер и низкоомный ползунковый реостат 8 до 10 ампер. К входным зажимам в и г присоединяются напряжение от выпрямителя, а к выходным зажимам в1 и г1 подключаются приборы и модели постоянного тока. Аккумуляторная батарея подключается для зарядки к специальным зажимам «батарея».

Рис. 82. Устройство электрического щитка.

Электрический щиток изготовьте в следующей последовательности.

Из фанеры толщиной 5–6 миллиметров вырежьте основание по рисунку 82, разметьте на нем места для крепления всех частей, просверлите нужные отверстия и пропитайте парафином. Прикрепите к основанию сначала все зажимы, затем рубильники, предохранительные пробки, реостат и, наконец, амперметр.

Установленные части соедините по схеме, показанной на рисунке 82, б, — и щиток готов. Прикрепите его на высоте 150–170 сантиметров от пола при помощи шурупов с роликами, установленными по углам основания.

Монтаж щитка надо делать толстыми изолированными проводами. Предохранительные пробки следует устанавливать на ток не более 10 ампер. При включении моделей и приборов, потребляющих ток более 10 ампер, нужно заранее поставить на щитке предохранительные пробки, рассчитанные на больший ток. Понижающий трансформатор и выпрямитель желательно установить на полу под щитком и соединить их с соответствующими входными зажимами изолированными проводами большого сечения.

Если вам потребуется изменять напряжение постоянного или переменного тока, то на щитке можете установить вольтметр рядом с амперметром и присоединить его к выходным зажимам с монтажной стороны.