На современных предприятиях, судах, заводах, транспорте с электроэнергетической системой постоянного тока в качестве источников электрической энергии используются генераторы постоянного тока. Это такие электромеханические устройства, которые преобразуют механическую энергию первичного двигателя (паровой или газовой турбины, дизеля) в электрическую. В зависимости от типа первичного двигателя генераторы делятся на турбогенераторы, газогенераторы, дизель-генераторы. В электроэнергетических системах на переменном токе для питания потребителей постоянного тока используют электромашинные преобразователи, которые представляют собой агрегат, состоящий из приводного двигателя переменного тока и генератора постоянного тока.
По способу возбуждения генераторы постоянного тока делятся на две группы — генераторы независимого возбуждения и генераторы с самовозбуждением. Генераторы с независимым возбуждением разделяются на магнитоэлектрические генераторы и генераторы с электромагнитным возбуждением. У магнитоэлектрических генераторов основной магнитный поток создается постоянными магнитами. В генераторах с электромагнитным возбуждением магнитный поток создается одной или несколькими обмотками возбуждения, расположенными на главных полюсах машины. Обмотка возбуждения генератора независимого возбуждения получает питание от постороннего источника электрической энергии постоянного тока (рис.1, а).
В генераторах с самовозбуждением обмотки возбуждения получают питание от самого генератора. На возбуждение в зависимости от мощности генератора расходуется (0,3..5)% номинальной мощности.
Генераторы с самовозбуждением в зависимости от способа включения обмоток возбуждения в электрическую цепь машины подразделяются на генераторы параллельного возбуждения (шунтовые) (рис.1, б), генераторы последовательного возбуждения (серисные) (рис.1, в) и генераторы смешанного возбуждения (компаундные) (рис.1, г).
В генераторах параллельного возбуждения обмотка возбуждения включается параллельно обмотке якоря. Обычно эти обмотки выполняются с большим числом витков из проводников небольшого сечения. По ним проходит ток возбуждения, который составляет (1..5)% номинального тока. В этих машинах ток якоря Ia равен сумме токов нагрузки Iн и возбуждения Iв.
Генераторы последовательного возбуждения имеют обмотку возбуждения, включенную последовательно с обмоткой якоря. При этом ток нагрузки Iн, ток якоря Ia и ток возбуждения Iв являются одним и тем же током. Последовательная обмотка рассчитывается на номинальный ток машины и выполняется из проводников большого сечения с небольшим числом витков.
Рис. 1 – Схемы генераторов независимого (а), параллельного (б), последовательного (в), смешанного (г) возбуждения
Генераторы смешанного возбуждения имеют две обмотки возбуждения, параллельную, включенную параллельно обмотке якоря и последовательную, включенную последовательно с обмоткой якоря. Если эти обмотки включены так, что создаваемые ими МДС совпадают по направлению, т.е. складываются, то такое включение называется согласным. Если МДС не совпадают по направлению, т.е. вычитаются, то включение называется встречным. Обычно применяют согласное включение обмоток. У генераторов смешанного возбуждения основная МДС создается параллельной обмоткой.
В цепях обмоток параллельного и независимого возбуждения для регулирования тока возбуждения включают регулировочные реостаты. В судовых электроэнергетических системах применяют генераторы независимого, параллельного и смешанного возбуждения.