Простейший электродвигатель: принцип работы и пошаговая инструкция по сборке

Как устроен и работает простейший электродвигатель. Какие материалы нужны для его сборки. Пошаговая инструкция по изготовлению простейшего электродвигателя своими руками. Какие существуют варианты конструкции простейших электромоторов.

Принцип работы простейшего электродвигателя

Простейший электродвигатель основан на взаимодействии магнитных полей постоянного магнита и электромагнита. Его основные компоненты:

• Источник питания (батарейка)
• Постоянный магнит
• Катушка из провода (электромагнит)
• Коммутатор для переключения направления тока

При прохождении электрического тока через катушку вокруг нее создается магнитное поле. Это поле взаимодействует с полем постоянного магнита, заставляя катушку вращаться. Коммутатор переключает направление тока при каждом полуобороте, поддерживая вращение.

Необходимые материалы для сборки простейшего электродвигателя

Для изготовления простейшего электродвигателя своими руками понадобятся следующие компоненты:

• Батарейка на 1,5 В (типоразмер AA или C)
• Неодимовый магнит
• Медная проволока (0,2-0,5 мм, 1-2 метра)
• Канцелярские скрепки (2 шт.)
• Наждачная бумага
• Изолента

Все эти материалы легко найти дома или приобрести в магазине радиодеталей. Стоимость компонентов минимальна, что делает сборку такого двигателя доступной.

Пошаговая инструкция по сборке простейшего электродвигателя

Соберем простейший электродвигатель, следуя этой пошаговой инструкции:

1. Намотайте 10-15 витков медной проволоки на цилиндрический предмет (например, маркер), формируя катушку.
2. Снимите катушку и закрепите ее форму, обмотав концы вокруг витков.
3. Зачистите концы проволоки наждачной бумагой.
4. Выпрямите скрепки и согните их в форме буквы П.
5. Закрепите скрепки на противоположных полюсах батарейки с помощью изоленты.
6. Поместите магнит на корпус батарейки.
7. Установите катушку на скрепки так, чтобы ее концы касались скрепок.
8. Слегка подтолкните катушку, чтобы она начала вращаться.

При правильной сборке катушка начнет непрерывно вращаться. Если этого не происходит, проверьте все соединения и попробуйте изменить полярность магнита.

Варианты конструкции простейших электродвигателей

Существует несколько вариантов конструкции простейших электродвигателей:

Униполярный двигатель

Самый простой вариант, использующий всего один магнит и проволочную петлю. Ток проходит через петлю только в одном направлении.

Биполярный двигатель

Более сложная конструкция с коммутатором, меняющим направление тока. Обеспечивает более стабильное вращение.

Двигатель с постоянными магнитами

Использует несколько постоянных магнитов вместо электромагнита. Прост в изготовлении, но менее эффективен.

Применение простейших электродвигателей

Несмотря на простоту конструкции, такие двигатели находят применение:

• В образовательных целях для демонстрации принципов электромагнетизма
• В детских игрушках и сувенирах
• Как основа для создания более сложных моторов
• В простейших робототехнических проектах

Изучение и сборка простейших электродвигателей помогает понять фундаментальные принципы работы электрических машин.

Преимущества и недостатки простейших электродвигателей

Рассмотрим основные плюсы и минусы простейших электромоторов:

Преимущества:

• Простота конструкции
• Низкая стоимость компонентов
• Наглядность принципа работы
• Возможность самостоятельной сборки

Недостатки:

• Низкий КПД
• Малая мощность
• Нестабильность работы
• Ограниченный ресурс

Несмотря на недостатки, простейшие электродвигатели остаются отличным инструментом для изучения основ электротехники.

Как улучшить работу простейшего электродвигателя

Существует несколько способов повысить эффективность простейшего электромотора:

1. Увеличить количество витков в катушке для усиления магнитного поля
2. Использовать более мощный магнит
3. Улучшить качество электрических контактов
4. Сбалансировать катушку для уменьшения трения
5. Применить более эффективный коммутатор

Экспериментируя с различными параметрами, можно значительно улучшить характеристики двигателя.

Безопасность при работе с простейшими электродвигателями

При сборке и эксплуатации простейших электродвигателей следует соблюдать меры безопасности:

• Используйте только источники питания с безопасным напряжением (до 12 В)
• Не допускайте короткого замыкания батареи
• Будьте осторожны с острыми концами проволоки
• Не оставляйте работающий двигатель без присмотра
• Храните мелкие детали в недоступном для детей месте

Соблюдение этих простых правил обеспечит безопасное экспериментирование с электродвигателями.

Как сделать электродвигатель за 15 минут / Хабр

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.

ПРОСТЕЙШИЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ

Самоделки электрические Существует огромное количество различных конструкций электрических двигателей. Но зачастую при первоначальном изучении электротехники за сложной конструкцией теряется сам принцип работы электрического двигателя. Работа любого двигателя основывается на появлении силы Ампера. Автор этой заметки не претендует на авторство данной конструкции, она широко известна и описана, например, в следующей книге: А. С. Дмитриев «Законы физики в повседневной жизни», М.: Книжный дом «Либроком», 2013 г. (с. 68-71). Итак, для изготовления простейшей модели электродвигателя понадобится щелочной (алкалиновый) гальванический элемент типоразмера АА, отрезок голой медной проволоки длинной 15-20 см и неодимовый магнит диаметром 1-1,5 см. Используемый гальванический элемент имеет ток короткого замыкания около 1 А. Проволоку сгибаем в петлю, так как показано на фотографии. Центральной частью проволока опирается на положительный полюс гальванического элемента, а концы немного отогнуты в стороны и скользят по магниту, который присоединен к отрицательному полюсу. Электрическое сопротивление неодимового магнита мало, так что электрический ток в данной конструкции ограничивается в основном внутренним сопротивлением гальванического элемента. Кстати, где можно взять такие магниты — смотрите по ссылке. Если все сделано правильно, то, как только конструкция оказывается, собрана, проволочная петля начинает вращаться.  По существу мы имеем простейший электродвигатель, у которого есть все необходимые для работы элементы: источник тока, магнит создающий постоянное магнитное поле и ротор, состоящий из одного витка проволоки. Естественно, в данной конструкции гальванический элемент работает в короткозамкнутом режиме, что сказывается на его ресурсе просто убийственно, по опыт не нужно показывать дольше 5-10 с. Даже в этом случае корпус гальванического элемента заметно нагревается, так что следует быть готовым к тому, что после нескольких демонстраций гальванический элемент полностью разрядится. Denev Поделитесь полезными схемами ПРОСТОЙ КУБ НА СВЕТОДИОДАХ    Интересная простая конструкция светодиодного куба на 3х3х3 на светодиодах и микросхемах. FM ПЕРЕДАТЧИК НА МИКРОСХЕМЕ     Схема миниатюрного ФМ передатчика на микросхеме MAX2606, для качественного радиомикрофона или жучка. ПРОСТЕЙШИЙ РАДИОПЕРЕДАТЧИК    Как и на какой диапазон можно самому сделать простейший радиопередатчик — схема и фото собранного трансмиттера на одном транзисторе. ЗУ ДЛЯ АВТО    В отличие от другого зарядного устройства, данное усовершенствованное зарядное устройство обеспечивает автоматическое поддержание аккумуляторной батареи в рабочем состоянии не давая ей разряжаться ниже установленного уровня. Описанный цикл работы устройства позволяет использовать eгo для автоматической тренировки аккумуляторных батарей циклами «заряд — разряд» при подключении к нему параллельно аккумуляторной батарее разрядного резистора. МОЩНЫЙ БЕСТРАНСФОРМАТОРНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ     Такой преобразователь напряжения может быть использован для маломощных гаусс-пушек и т.п. Преобразователь не имеет импульсного трансформатора, что резко уменьшает размеры печатной платы.

—> Ремонт блоков питания компьютера Ремонт компьютеров различной степени сложности осуществить  сложно Как ленточные конвейеры облегчают работу шахты? Ленточные конвейеры — это профессиональные рабочие устройства, которые используются во многих отраслях промышленности и хозяйства.  Как самостоятельно сделать угольную маску? В период, когда пандемия коронавируса бушует по всему миру, каждый хочет защититься от опасных вирусов. Особенности зимней стройки Строительство обычно проводится в теплое время года. Однако кто сказал, что строить зимой нельзя? Что собой представляет сварочный инвертор Сегодня сварку активно используют не только для строительных и монтажных процедур, но и при выполнении различных бытовых работ. Игровые автоматы Плей Фортуна Для любителей азартных игр на просторах интернета представлены много игровых площадок, удовлетворяющих требования своих игроков. Что делать если зависает компьютер Постепенное снижение работоспособности и производительности компьютера — одна из наиболее частотных проблем, с которой сталкиваются пользователи любого ПК. Gaminator Slot — игровые автоматы бесплатно Несмотря на большой ассортимент игровых автоматов, наибольшей популярностью пользуются Гаминаторы. Для тех, кто любит и знает мир спорта — полная версия Вулкан ставка на спорт Отличные знания спортивных игр и событий могут значительно улучшить финансовое положение. Для этого существуют букмекерские конторы, где можно воспользоваться опытом прогнозирования в спорте и заработать. Игровые автоматы на деньги в 2020 году Очень много игроков уже давно просиживают вечера в казино-онлайн.

Как сделать простейший электродвигатель

У вас есть один шуруп для гипсокартона, один щелочной элемент на 1,5 В, шесть дюймов простой медной проволоки, один небольшой неодимовый дисковый магнит и никаких других инструментов или расходных материалов. У вас есть 30 секунд, чтобы заставить электродвигатель работать со скоростью, превышающей десять тысяч оборотов в минуту. Ты можешь сделать это? Удивительно, но вы можете.

Давайте сделаем шаг назад. Наиболее распространенным типом электродвигателя является коллекторный электродвигатель постоянного тока. Это тот тип, который вы найдете внутри практически всего, что движется (или трясется) и работает от батареек. Этот тип двигателя притягивает электромагнит к постоянному магниту. Когда они достаточно близки, полярность тока через электромагнит меняется на противоположную, так что теперь он отталкивает постоянный магнит и, таким образом, продолжает вращаться. Построить работающую модель довольно просто; Кристиан построил этот пример для своего научного проекта в третьем классе.

Более простой, но двигатель (иногда продаваемый как «самый простой двигатель в мире») просто отключает ток на половину цикла, позволяя угловому моменту вращающегося якоря двигателя выполнять его. В Make Magazine Volume 1 комикс Howtoons показывает, как сделать электродвигатель, который работает таким образом.

Ни один из этих двигателей не является самым простым. Настоящий рекордсмен — униполярный мотор .

Готов построить? Приступим:

Ингредиенты (слева направо): один ферромагнитный винт, один аккумулятор, несколько дюймов медной проволоки и неодимовый дисковый магнит. он поворачивается. Вместо него можно использовать гвоздь. Аккумулятор не обязательно должен быть определенного типа; щелочная С-ячейка отлично работает и ее легко держать. Почти любой медный провод отлично подойдет для этого приложения. Я использовал провод с частично зачищенной (и частично полосатой) красной изоляцией, что хорошо видно на фотографиях. Голая медь будет работать так же хорошо.

Магнит исходил от метателя светодиодов с разряженным аккумулятором. Лучшими магнитами для этой работы являются неодимовые дисковые магниты с проводящим покрытием. Вы можете получить их из пластиковых игрушек или купить в магазинах со скидкой и излишками.

Установите винт на магнит, загните проволоку.

Прикрепите магнит к одному концу батареи. Слабый одноточечный контакт, который вы устанавливаете, служит подшипником с низким коэффициентом трения. Мне нравится прикреплять его к концу с пуговицей, но другой конец тоже подойдет. (Если вы это сделаете, двигатель будет вращаться в противоположном направлении. Вы также можете изменить направление, перевернув магнит вверх дном. )

(Примечание для знатоков физики: чем тяжелее ваша система магнит + винт, тем ниже будет трение, вплоть до того момента, когда магнит не будет достаточно сильным, чтобы удерживать их. Это потому, что сила трения пропорциональна

Прижмите и удерживайте верхний конец провода к верхнему концу батареи, создавая электрическое соединение между верхним концом батареи и проводом. .

Итак, приступим: Слегка коснитесь свободным концом провода стороны магнита. Магнит и винт сразу начинают вращаться. Мы можем разогнать наш до 10 000 об/мин примерно за пятнадцать секунд. Будьте осторожны: винт и магнит могут легко выйти из-под контроля, и вы не хотите, чтобы этот винт попал вам в глаз. Также обратите внимание, что некоторые компоненты, такие как провод, могут сильно нагреваться, пока вы это делаете. Носите защитные очки и руководствуйтесь здравым смыслом!

Короткометражный фильм (25 с): запуск двигателя (встроено ниже или нажмите на YouTube)

Хотите знать, что делать дальше? Вам также может понравиться этот проект, в котором речь идет о создании похожего двигателя, который вращает воду вместо магнита.

---

Как это работает?

Когда вы прикасаетесь проводом к магниту, вы замыкаете электрическую цепь. Ток течет из батареи вниз по винту, сбоку через магнит к проводу и через провод к другому концу батареи. Магнитное поле от магнита ориентировано через его плоские грани, поэтому оно параллельно оси симметрии магнита. Электрический ток протекает через магнит (в среднем) в направлении от центра магнита к краю, поэтому он течет в радиальном направлении, перпендикулярном оси симметрии магнита. Если вы когда-нибудь изучали физику, возможно, вы помните эффект, который магнитное поле оказывает на движущиеся электрические заряды: на них действует сила, перпендикулярная как направлению их движения, так и магнитному полю. Поскольку поле направлено вдоль оси симметрии магнита, а заряды движутся радиально наружу от этой оси, сила действует в тангенциальном направлении, и поэтому магнит начинает вращаться. Аккуратный! Более подробное объяснение можно найти в конце этой статьи, посвященной магнитогидродинамическому униполярному двигателю.

Он называется униполярным двигателем, потому что вам никогда не нужно менять полярность какого-либо компонента двигателя во время работы, в отличие от других типов двигателей, которые мы описали. Впервые я узнал об этом типе двигателя из статьи Дэвида Кагана в журнале The Physics Teacher , февраль 2005 года. Оказывается, он существует гораздо дольше: он был изобретен в 1821 году Майклом Фарадеем. Несколько удивительно, что это больше, чем просто любопытство: в настоящее время двигатели этой конструкции разрабатываются для тихих и мощных приложений.

Последнее замечание: Как мы измеряем скорость вращения двигателя?

Вы можете приобрести оптический тахометр за 20 долларов или меньше, предназначенный для использования с моделями самолетов. У меня есть модель LXPT31 от Tower Hobbies, которая ожидает увидеть самолетный винт с двумя лопастями. Шарпи добавил на магнит две широкие черные полосы, которые позволяют тахометру считывать скорость вращения мотора. Направив тахометр на магнит и раскрутив двигатель, мы смогли разогнаться до скорости выше 10 000 об/мин после раскрутки в течение примерно пятнадцати секунд. Элегантный.

Простой двигатель | Общество студентов-физиков

Этот эксперимент покажет учащимся, как построить простой электродвигатель. Это лучше всего подходит для учащихся двенадцати лет и старше, так как требует деликатной работы.

• Загрузить версию в формате PDF

МАТЕРИАЛЫ:

Для каждого двигателя вам понадобится одна батарея C, небольшой, но сильный магнит, около метра магнитной проволоки (купите ее в магазине Radio Shack, онлайн или любом другом скобяной магазин), две английские булавки, резинка, липкая замазка и небольшой кусочек наждачной бумаги. Магнитная проволока имеет пластиковое покрытие.

ИНСТРУКЦИЯ:

Оберните провод вокруг круглого предмета (например, батарейки, а еще лучше ручки или карандаша), а затем сдвиньте его, чтобы получилась небольшая спираль (диаметр ~1 см), оставив два торчащих конца. как показано на рисунках 1 и 2. Далее нам нужно снять изоляцию с части концов. С одного конца отшлифуйте покрытие по всей окружности проволоки. На другом конце отшлифуйте только нижнюю часть проволоки.

Затем соберите двигатель, как показано на рис. 3. Английские булавки прикрепляются к батарее с помощью резиновой ленты, а концы катушек проволоки проходят через отверстия на концах английских булавок. Здесь мы использовали немного липкой замазки, чтобы удерживать батарею на столе. Поместите магнит сверху батареи, под катушкой. Дайте вашей катушке немного покрутиться, и она должна продолжать вращаться сама по себе. (Если это не работает, попробуйте повернуть его в противоположном направлении.) Вы сделали мотор!

ОБЪЯСНЕНИЕ:

Когда электричество проходит через проволочную катушку (как вы делаете, когда подключаете катушку к батарее), вы создаете электромагнитное поле, которое отталкивает катушку от магнита. ^1,2 Когда вы вращаете катушку, поскольку одна сторона провода изолирована, вы ненадолго разрываете цепь, поэтому катушка продолжает вращаться, используя свой импульс. Когда цепь снова замыкается, магнитное поле снова отталкивает катушку, поэтому она продолжает вращаться. Двигатель может продолжать вращаться, пока батарея не разрядится!

 

ФИЗИКА:

Электрический ток через любой проводник создает магнитное поле. Это было обнаружено (некоторые говорят случайно) Гансом Христианом Эрстедом в 1820 году, когда он заметил, что ближайшая стрелка компаса отклонилась, когда он включил свое электрическое оборудование. Вы можете увидеть тот же эффект с вашей схемой катушки и компасом. ^1,2

Намотка проволоки на катушку увеличивает напряженность магнитного поля до тех пор, пока момент инерции остается малым.

Принципы работы этого двигателя те же, что и у всех двигателей. Все эти двигатели превращают электромагнитную энергию в кинетическую энергию. Генераторы работают наоборот, превращая кинетическую энергию в электромагнитную (и на самом деле вы можете превратить моторы в генераторы и наоборот, хотя иногда это требует небольшой работы).

ОБЫЧНЫЕ ВОПРОСЫ ОЖИДАЕМЫЕ:

Почему не работает?
Этот относительно простой двигатель требует некоторого терпения. Ответом на этот наиболее распространенный вопрос может быть ряд вопросов. Попробуйте устранить неполадки:

Убедитесь, что английские булавки хорошо контактируют с клеммами аккумулятора.

• Убедитесь, что вы не отшлифовали слишком много изоляции провода — один конец должен иметь достаточную изоляцию с одной стороны, чтобы цепь размыкалась при вращении катушки.
• Если катушка слишком сильно наклонена в одну сторону, возможно, вам придется перемотать ее, чтобы она стала более симметричной.
• Попробуйте повернуть катушку в другом направлении.

ПОДРОБНЕЕ:

Инструкции по сборке еще более простого двигателя с использованием батареи, магнита, проволоки и шурупа для гипсокартона можно найти здесь.