ГЕНЕРАТОРЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ, машины, состоящие из неподвижной и вращающейся части (в редких случаях — из обеих вращающихся частей) и преобразующие механическую энергию в электрическую (рис. 1, 2). Как в неподвижной части (корпусе, станине), так и во вращающейся части (якоре, индукторе) расположены медные изолированные проводники — проволоки или стержни (обмотки), по к-рым и циркулирует электрический ток, образуемый (генерируемый) в Г. э. действием электродвижущей силы (см.).
Рис. 1. Г. э. постоянного тока, непосредственно соединенный с двигателем внутреннего сгорания.
Последняя же образуется (индуктируется) в проводниках при вращении их в магнитном поле. Г. э. приводится в движение механическими двигателями — тепловыми, гидравлическими, ветряными и др. Создание Г. э. вызвало такую же техническую революцию, как в свое время появление паровой машины, ибо явилась возможность централизованного производства электрической энергии у источников дешевого топлива (минерального или «белого угля» — энергии воды), с дальнейшим транспортированием ее по проводам электрической передачи на далекие расстояния.
Хотя первые Г. э. были построены почти сто лет тому назад на основании работ Фарадея (1831—32), но промышленное значение
Рис. 2. Г. э. трехфазного тока, непосредственно соединенный с водяной турбиной (колесом Пертона).
они получили лишь в 60-х годах 19 в., благодаря работам Пачинотти, Грамма, а особенно Вернера Сименса.
Рис. 3. Схема обмотки двухполюсного Г. э.
В 1925 общая мощность Г. э., установленных на электрических станциях всего мира, составляла ок. 80 млн. kW. Годовое мировое производство Г. э. в 1925 превысило 5 млн. kW по мощности, общей стоимостью ок. 50 млн р. В СССР Г. э. производятся на трех заводах ГЭТ: Харьковском электромеханическом заводе, заводе «Электросила» в Ленинграде и «Вольта» на Урале. В 1927/28 на заводах СССР было изготовлено Г. э. на общую мощность 100.000 kW. В связи с окончанием постройки мастерской для изготовления Г. э., предназначен. для соединения с паровыми турбинами, на заводе «Электросила», производство Г. э. в СССР будет доведено до 1 млн. kW в год. В 1927/28 потребность в Г. э. только на 16 % была удовлетворена отечественным производством и на мощность ок. 550.000 kW Г. э. были ввезены из-за границы.
Рис. 4. Лист динамостали якоря Г. э. постоянного тока.
Действие Г. э. основано на том, что, если вращать железный цилиндр, в пазах к-рого помещена медная проволока, между полюсами стального магнита, то проволоки пересекут силовые линии, исходящие от магнитов («магнитное поле»), и в них образуются (индуктируются) электродвижущие силы, источник электрического тока (рис. 3). Концы обмотки цилиндра присоединяются к кольцам, помещенным на цилиндре. Ток снимается с колец помощью щеток (угольных или медных), неподвижно укрепленных и трущихся о кольца, благодаря чему создается необходимый контакт. Упрощенная схема, изображенная здесь, в современных конструкциях Г. э. значительно усложняется. Основными техническими данными Г. э. являются мощность, выражаемая в киловаттах, род тока — постоянный или переменный, однофазный или трехфазный, напряжение, выражаемое в вольтах, и число оборотов в минуту. Для генераторов, вырабатывающих переменный ток, необходимо еще указание числа его периодов (см.). Г. э. можно разделить на группы по роду тока и по способу соединения с механическим двигателем.
Г. э. постоянного тока, или динамомашины, имеют чугунную или стальную станину, к к-рой привинчены магниты стальные или составленные из тонких стальных спрессованных листов, как это показано на рис. 5. На каждый магнит надевается катушка из проводов, служащая для его намагничивания. Все катушки, через к-рые проходит ток возбуждения (магнитного потока), соединены друг с другом так, чтобы чередовались южные и северные полюса. Якорь, собранный также из стальных листов (рис. 4 и 6), насаженных на чугунный цилиндр или прямо на вал, имеет на одном конце коллектор. Так называется цилиндр, составленный из медных листов — ламеллей, соединенных с секциями обмотки якоря так, чтобы щетки, скользящие по коллектору, снимали ток одного направления и одинаковой силы (постоянный ток), т. е. без пульсации от положительного максимума через нуль до отрицательного максимума, где плюс и минус означают перемену направления тока.
Рис. 5. Полюсный магнит Г. э. постоянного тока, спрессованный из листов динамостали.
Рис. 6. Якорь электрического генератора постоянного тока (справа — коллектор).
Щетки коллектора присоединяются к клеммам (борнам) генератора.
Различаются Г. э. постоянного тока (рис. 7) с шунтовой, последовательной и компаундной обмоткой (см. Возбуждение электрических машин). Г. э. постоянного тока с шунтовой обмоткой (шунтовые динамомашины) — самые распространенные. В них магнитный поток создается частью тока, образуемого в якоре и проходящего через катушки магнитов. В последовательных (сериес) динамомашинах весь ток якоря проходит через катушки возбуждения, и, наконец, в компаундных динамомашинах имеется на магнитах двойное возбуждение — шунтовое и сериесное.
Рис. 7. Г. э. постоянного тока большой мощности.
Сериес-динамо употребляются для передачи энергии и для работы последовательно включенных дуговых ламп, а компаунд-динамо, когда требуется сохранять постоянство напряжения при больших колебаниях в нагрузке (напр., в электрических трамваях). Для регулирования напряжения динамомашин употребляется регулятор (рис. 8), представляющий собой ступенчатое сопротивление.
Г. э. постоянного тока употребляются в небольших установках; лишь для электрической тяги поныне применяется постоянный ток в больших количествах. Кроме того, генераторы постоянного тока применяются для электролиза, где требуются обычно низкое напряжение (чаще от 2 до 12 V) и большие силы токов. Большее применение Г. э. постоянного тока имеют в области электрического освещения поездов (от оси вагона), где особенно популярна специальная конструкция, разработанная Розенбергом. Наконец, отметим применение их для целей электрической сварки и в радиотехнике. Обычно Г. э. постоянного тока изготовляются для напряжений 115, 230 и 460 V.
Рис. 8. Г. э. трехфазного тока с возбудителем на одном валу.
Говоря о Г. э. переменного тока, следует остановиться на генераторах трехфазного тока, в виду весьма малого распространения однофазных и двухфазных Г. э. Трехфазный ток представляет собой такую комбинацию трех однофазных токов, от действия к-рой создается вращающееся магнитное поле, в силу чего крайне упрощается конструкция электродвигателей, приводимых в движение от трехфазиого тока. Г. э. трехфазного тока состоят из чугунной или железной станины (статора, рис. 9), в которую вставлено цилиндрическое кольцо,
Рис. 9. Статор Г. э. трехфазного тока.
Рис. 10. Ротор Г. э. трехфазного тока.
составленное из спрессованных листов динамостали. В пазах этого цилиндра размещены обмотки, соединенные звездой или треугольником. В первом случае все три обмотки имеют один конец в общей точке (нулевая точка), другие же концы выводятся наружу, и от них берется в сеть получаемый от генератора трехфазный ток. В случае соединения обмоток статора в треугольник, концы отдельных обмоток последовательно соединены друг с другом, и ток от генератора берется от трех точек соединения. При соединении звездой можно нулевую точку, если это нужно, заземлить или взять от нее четвертый нулевой провод: в этом случае имеется в виду применить для электромоторов трехфазный ток (напр., напряжения 380 V между фазами), а для освещения — однофазный ток, образуемый каждой фазой и нулевым проводом с напряжением, меньшим в (напр., ) следовательно, можно получить повышенное напряжение для моторной нагрузки, удешевляющее сеть проводов, и допустимое напряжение для целей освещения. Статор (рисунок 9) в Г. э. переменного тока играет роль якоря в Г. э. постоянного тока, ибо в его обмотках индуктируется электродвижущая сила. Внутри статора вращается индуктор,или ротор (рис. 10), т. е. система электромагнитов с чередующимися разноименными полюсами, укрепленными на окружности маховика, замыкающего магнитн. цепь. Катушки магнитов соединены последовательно друг с другом, концы обмоток возбуждения выведены к двум кольцам, к которым посредством щеток подводится постоянный ток возбуждения. Последний обычно доставляется Г. э. постоянного тока, находящимся на одной оси с индуктором и получающим механическую энергию от того же механического двигателя, что и альтернатор (рисунок 8). Реже, в больших установках ток возбуждения получается от отдельно установленных Г. э. постоянного тока. На рисунке 11 изображен турбоальтернатор, т. е. Г. э. трехфазного тока, приводимый в движение паровой турбиной. В силу больших окружных скоростей эти альтернаторы имеют своеобразную (механическую) конструкцию, особенно в части закрепления катушек индукторов (роторов) и устройства вентиляции для охлаждения обмоток; Г. э. трехфазного тока изготовляются для напряжения 115, 230, 400, 525, 3.150, 6.300, 10.500 V, хотя в САСШ выполнены машины даже на 22.000 V.
По способу соединения с механическими двигателями Г. э. делятся на 1) приводимые в движение от привода и 2) непосредственно соединенные с механическими двигателями. На рисунке 12 изображен Г. э. постоянного тока с ременным шкивом. Для больших мощностей применяется канатная передача, а для приведения в действие от быстроходных турбин (напр., Лаваля, особый тип Метро-Виккерса) — зубчатая передача в масле.
Непосредственное соединение с механическими двигателями осуществляется помощью соединительных муфт, а иногда якорь Г. э. постоянного тока или индуктор Г. э. переменного тока насаживается прямо на вал механического двигателя. Такие генераторы
Рис. 11. Турбоальтернатор трехфазного тока.
строятся горизонтального и вертикального типа. Наибольшая мощность Г. э., выполненная по настоящее время (1929), равна 80.000 kW. В СССР ныне строятся генераторы для соединения с паровыми турбинами мощностью в 24.000 kW. Современная техника стремится к достижению минимального веса Г. э. при сохранении всей необходимой надежности, требуемой международными нормами, а в СССР «Правилами и нормами для испытания электрических машин» (одобренными 9 Всесоюзным электротехническим съездом), где предусматриваются пределы нагревания Г. э., порядок испытания электрической прочности, изоляции машин, пределы перегрузки, способ определения коэффициента полезного действия, и т. д.
Рис. 12. Г. э. постоянного тока с ременным приводом.
Понижение веса Г. э. достигается лучшей механической и электрической конструкцией, а также повышением числа оборотов.
Лит.: Шенфер К. И., Динамомашины постоянного тока, ч. 1 и 2, М., 1927; Толвинский В. А., Электрические машины, ч. 1 и 2, Л., 1923 и 1925; Arnold-LaCour E., Die Gleichstrommaschine, B-de I und II, B., 1927; Arnold E., Die synchronen Wechselstrommaschinen, Berlin, 1913; Thomson S. P., Die Dynamoelektrischen Maschinen, Halle an der Saale, 1889; Linker A., Elektromaschinenbau, Berlin, 1928.