Генератор постоянного тока (ГПТ) — это вращающаяся машина, которая выдает на выход электрический ток с однонаправленными напряжением и силой. Основные принципы работы такие же, как и у синхронных генераторов. Напряжение индуцируется в катушках за счет скорости изменения магнитного поля в катушках при вращении машины. Это индуцированное напряжение по своей природе является переменным, так как поток в катушке то увеличивается, то уменьшается с нулевым средним значением.
Поле создается постоянным током в катушках возбуждения или постоянными магнитами на статоре. Выходные обмотки, или обмотки якоря, размещены в пазах цилиндрического железного ротора. Упрощенная машина с одной катушкой ротора показана на рисунке 6. Ротор оснащен механическим вращающимся переключателем, или коммутатором, который соединяет катушку ротора с неподвижными выходными клеммами через угольные щетки. Этот коммутатор меняет местами соединения в два момента каждого вращения, когда скорость изменения потока в катушке равна нулю, т.е. когда приложенный поток максимален (положительный) или минимален (отрицательный). В этом случае выходное напряжение является однонаправленным, но пульсирующим для простого случая с одной катушкой ротора. В практических двухполюсных машинах ротор содержит множество катушек, симметрично расположенных в пазах по периферии и соединенных последовательно. Каждая катушка соединена с сегментом многополюсного коммутатора. Таким образом, выходное напряжение состоит из суммы индуцированных напряжений в ряде отдельных катушек, смещенных на половину периферии. Величина выходного напряжения приблизительно постоянна и содержит лишь небольшие пульсации. Величина напряжения пропорциональна скорости вращения ротора и магнитному потоку. Управление выходным напряжением обычно осуществляется путем управления постоянным током в поле.
Для удобства
По своей конструкции генераторы постоянного тока обычно имеют от четырех до восьми полюсов возбуждения, отчасти для сокращения длины концевых соединений катушек ротора и отчасти для уменьшения количества магнитного железа, необходимого в статоре. Число неподвижных щеток, опирающихся на вращающийся коммутатор, обычно равно числу полюсов, но в некоторых конструкциях их может быть только две.
Ток возбуждения для генератора может быть получен от внешнего источника, например, от батареи или выпрямителя, как показано на рисунке 7A. В этом случае генератор классифицируется как генератор с раздельным возбуждением. В качестве альтернативы можно отметить, что выход генератора постоянного тока является однонаправленным и поэтому может быть использован в качестве источника для подачи собственного тока возбуждения, как показано на рисунке 7B. В этом случае генератор называется генератором с шунтовым возбуждением. Его преимущество заключается в том, что он не требует независимого электропитания. Остаточный магнитный поток в железных полюсах создает небольшое генерируемое напряжение, когда машина разгоняется до скорости. Это вызывает ток возбуждения, который увеличивает поток и, в свою очередь, генерируемое напряжение. Напряжение растет до тех пор, пока насыщение железа не ограничит генерируемое напряжение. Стабильное значение генерируемого напряжения можно регулировать в ограниченном диапазоне, изменяя величину резистора, установленного последовательно с катушкой возбуждения.
