4. Изготовление электромагнитного вибрационного выпрямителя.
Для выпрямления переменных токов, служащих для зарядки аккумуляторных батарей, можно пользоваться тремя приспособлениями: электромагнитным (вибрационным) выпрямителем, ламповым выпрямителем и электролитическим выпрямителем. Изготовление ламп накаливания для лампового выпрямителя домашними средствами невозможно; кто хочет применить этот способ выпрямления, должен приобрести необходимые лампы. Напротив, изготовление электромагнитного выпрямителя не представляет затруднений; точно также без труда можно изготовить самому электролитический выпрямитель. Опишем сначала изготовление электромагнитного выпрямителя, который имеет перед электролитическим выпрямителем то преимущество, что он более удобен, так как, будучи аппаратом механическим, он не содержит никакой жидкости.
Рис. 173. Простой электромагнитный выпрямитель.
Изображенный на рис. 173 электромагнитный выпрямитель состоит из электромагнитной системы A, обладающей сопротивлением около 300 ом, обмотка которой включается в осветительную сеть переменного тока последовательно с двумя угольными лампами или через небольшой трансформатор. От концов обмотки отводят два провода. Один из них ведет непосредственно к заряжаемому аккумулятору (клемма K4); другой — соединяется с колеблющимся перед электромагнитом поляризованным якорем K, который в состоянии покоя касается контактного винта St, откуда идет провод к другому полюсу аккумуляторной батареи (клемма K3).
При включении переменного тока электромагнит A перемагничивается — в зависимости от частоты — 40—50 раз в секунду; так как колеблющийся перед ним якорь в свою очередь является магнитом, то он будет в течение этого периода времени столько же раз отталкиваться и притягиваться. Вследствие этого якорь придет в сильные колебания, частота которых, ввиду непосредственной связи с переменным током, будет в точности соответствовать частоте тока. Благодаря колебаниям якоря вторая цепь тока, ответвленная от концов электромагнитной обмотки и встречающая на своем пути якорь, будет периодически размыкаться. В результате прохождение тока в одном из двух направлении будет прервано, иначе говоря, переменный ток преобразится в прерывистый ток постоянного направления. Мы видим, что принцип электромагнитного выпрямителя очень прост: этот выпрямитель не что иное, как самый обыкновенный прерыватель, размыкающий цепь в тот момент, когда ток меняет свое направление. После этого наступает короткая пауза до тех пор, пока ток вновь не потечет обратно. В это мгновение цепь снова замыкается, и процесс опять возобновляется. Явление повторяется, смотря по частоте переменного тока, 40—50 раз в секунду. По этой причине преобразованный электромагнитным выпрямителем ток называют "прерывистым постоянным током", так как после выпрямителя он перестает быть непрерывным и состоит лишь из отдельных быстро следующих одно за другим пробеганий тока, имеющих одно и то же направление.
Уясний себе вполне способ действия электромагнитного выпрямителя, нетрудно перейти к его самостоятельному изготовлению. Сначала добудем медную проволоку, необходимую для обмотки обеих катушек электромагнита. Всего потребуется 135 м проволоки в 0,1 мм диаметром с двойной шелковой изоляцией, которую посредством изображенной на рис. 136 машины намотаем на 2 небольшие деревянные катушки, изготовляемые следующим способом. Обернем карандаш толщиною в 8 мм полоской плотной писчей бумаги, имеющей в ширину 70 мм; каждый слой бумаги будем смазывать горячим рыбьим клеем, продолжая обертывание до тех пор, пока не получим бумажную трубку в 70 мм длиной при толщине стенки в 1 мм. Для просушки оставим трубку на карандаше в течение 24 часов, затем снимем ее и разрежем острым ножом или лобзиком пополам. При этом получим две трубки по 35 мм длиной, при наружном диаметре в 10 мм. На оба конца каждой трубки, согласно рис. 174, насадим боковые шайбы в 22 мм диаметром, которые выпилим из тонкой дощечки в 1½—2 мм толщины.
Рис. 174. Катушка для электромагнита.
Таким образом получим две катушки, на которые намотаем медную проволоку. При этом необходимо следить с особым вниманием за хорошей изоляцией между отдельными витками и рядами проволоки, так как обмотку электромагнита придется впоследствии включать последовательно с двумя угольными лампами в сеть сильного тока. С этой целью каждый законченный слой проволоки обертывается листком парафинированной писчей бумаги, и кроме того при наматывании проволока пропускается сквозь жидкий парафин. В каком направлении начать намотку проволоки — безразлично; следует лишь отметить это направление на наружной стороне боковой шайбы. Эти отметки понадобятся впоследствии при надевании катушек на сердечники электромагнита, при чем вокруг одного сердечника ток должен протекать по часовой стрелке, а вокруг другого в тот же самый момент — в обратном направлении.
Детали электромагнита изображены на рис. 175. Оба сердечника A и B, а также подставка C изготовляются из мелкого прокаленного поковочного железа.
Рис. 175. Подставка С и сердечники А и В электромагнита.
Возьмем железную проволоку в 8 мм диаметром, нагреем ее в кузнечном горне или на паяльной лампе до белого каления и медленно остудим в горячей золе. После этого отрежем от нее пилой для металла два куска длиной по 42 мм, тщательно опилим их и снабдим на концах шипами в 5 мм диаметром и 4 мм длиной, согласно рис. 176.
Рис. 176. Размеры сердечников.
Подставка для электромагнита делается из прокаленного железного листа в 4 мм толщиной. Она получает показанные на рис. 177 размеры и сгибается в тисках под прямым углом, чтобы ее впоследствии можно было прикрепить к основной доске. Углы и ребра тщательно закругляются напильником; затем оба сердечника А и В заклепываются в отверстиях диаметром в 5 мм.
Рис. 177. Размеры подставки электромагнита.
Магнитный якорь должен быть изготовлен из хорошей инструментальной стали. Он имеет 40 мм в длину, 10 мм в ширину и 3 мм в толщину. На обеих сторонах припаиваются слабые нейзильберовые пружины; одна служит для упругого подвешивания якоря, в то время как другая образует контакт с установочным винтом St (см. рис. 178). На наружном конце контактной пружины вставляется маленькая платиновая заклепка, которая во время работы ударяется в противолежащий платиновый штифт контактного винта St и таким образом производит размыкания и замыкания цепи.
Рис. 178. Магнитный якорь с пружинами.
Подготовив якорь, надо его намагнитить. С этой целью введем его внутрь соленоида из толстой проволоки, по которой протекает постоянный ток силой в 5—10 ампер. Чтобы избежать чрезмерного нагревания соленоида, время-от-времени ток выключают и ожидают, пока проволока не охладится. Насколько сильным должен быть магнит, сказать трудно; во всяком случае после намагничивания якорь должен быть в состоянии удерживать груз, в несколько раз превышающий его собственный вес.
Сборку аппарата начнем с электромагнита A, который привинтим к вертикальной стенке изготовленного из твердого дерева основания, надев на железные сердечники проволочные катушки по вышеуказанному способу.
Поляризованный якорь B подвешивается на таком расстоянии от сердечников, чтобы его собственный магнетизм был недостаточным для притяжения якоря к железу. Установочный винт St возьмем от старого электрического звонка и укрепим на основной доске таким образом, чтобы его платиновое острие как раз касалось платиновой заклепки, находящейся на нейзильберовой пружине.
Соединение проводниками отдельных частей аппарата выполняется по рис. 179. Оба конца магнитной обмотки присоединяются к клеммам К1 и К2 от которых ведут проволоки к клемме К4 и к якорю. Клемма К3 соединяется с установочным винтом St.
Рис. 179. Соединение проводниками отдельных частей выпрямителя.
Для предохранения аппарата от пыли его помещают в кожух (рис. 180), снабженный спереди стеклянным окошечком, чтобы можно было следить за его работой. Кожух изготовляется из дерева, тщательно протравливается и полируется, чтобы придать аппарату лучший внешний вид. При работе выпрямитель включают в осветительную сеть через посредство клемм К1 и К2 последовательно с двумя 16-свечными угольными лампами или при помощи небольшого покупного трансформатора, что в эксплоатации дает значительную экономию1). Часть тока течет непрерывно через электромагнитную обмотку и заставит якорь колебаться перед сердечниками. Другая часть тока благодаря колебаниям якоря преобразуется в пульсирующий ток постоянного направления.
Рис. 180. Кожух для выпрямителя.
При испытании выпрямителя может оказаться, что якорь колеблется неравномерно, производя так называемые "биения". Это указывает на несовпадение собственных колебаний якоря с частотой тока. В таком случае следует уменьшить массу якоря, что легче всего достигается путем обработки на наждачном круге или напильником.
Чтобы при работе выпрямителя не получалось искр, нужно с помощью установочного винта подогнать момент размыкания так, чтобы противодействующее напряжение аккумулятора и напряжение сети в точности совпадали. Тогда разность потенциалов на полюсах прерывателя отсутствует, и возможность образования искр исключается.
1) Кто хочет построить такой трансформатор самостоятельно, найдет соответствующие указания в отделе "IV. Трансформаторы для зарядки батарей", на стр. 121 и след.
