Постоянного тока машина, работающая в генераторном режиме. Работа П. т. г. описывается следующими уравнениями: Р = U․I_я, где Р - полезная мощность, U - напряжение на зажимах, I_я - ток якоря; U = Е - I_яR_я, где Е - эдс якоря, R_я - сопротивление в цепи якоря, R_я = r_я + r_д + r_п (рис. 1). Основное требование, предъявляемое к П. т. г., - постоянство напряжения на его зажимах при изменении нагрузки. Зависимость между напряжением на зажимах машины и током нагрузки U = f (l) называется внешней характеристикой и определяется системой возбуждения П. т. г. Схемы возбуждения представлены на рис. 1; внешние характеристики при различных схемах возбуждения показаны на рис. 2, а. Уменьшение напряжения при росте нагрузки П. т. г. возникает из-за падения напряжения в цепи якоря и размагничивающего действия поля якоря, обусловленного насыщением магнитопровода. Оптимальной является система смешанного возбуждения (устаревшее название - Компаундное возбуждение), при которой можно получить одинаковое напряжение и при холостом ходе, и при номинальной нагрузке. Точная компенсация падения напряжения в цепи якоря (ротора) и размагничивающего влияния поля якоря, вызывающего уменьшение основного магнитного потока под нагрузкой, возможна лишь при одном значении тока нагрузки. При независимом возбуждении компенсация отсутствует. Большее уменьшение напряжения при самовозбуждении происходит вследствие уменьшения тока возбуждения с ростом нагрузки. Диапазон регулирования тока возбуждения для поддержания постоянства напряжения при изменении нагрузки определяют регулировочные характеристики П. т. г. I_в = f (I) (рис. 2, б).

Другое важное требование, которому должен отвечать П. т. г., - безыскровая коммутация тока. Уменьшение искрения обеспечивается дополнительными полюсами на статоре машины. Мощные П. т. г. иногда выполняют с компенсационной обмоткой, которая закладывается в пазы полюсных наконечников и соединяется последовательно с обмоткой якоря. Её назначение - компенсировать поле якоря в зоне под главными полюсами. Она автоматически обеспечивает компенсацию при всех нагрузках и равномерное распределение индукции под полюсной дугой. Т. о. снижается максимальное напряжение между соседними коллекторными пластинами и устраняется "потенциальное" искрение (вне зоны коммутации).

В СССР выпускаются П. т. г. как общего применения (серия 2П), так и специального назначения, например П. т. г. для электросварки (серии ГСО и ГД; серии ПСУ и ПСГ с приводом от асинхронного электродвигателя, на токи 125-500 а, при напряжении 60-70 в), электромашинные усилители (ЭМУ). В системах автоматического регулирования применяются тахогенераторы (микромашины) постоянного тока, имеющие большую точность, чем тахогенераторы переменного тока.

Лит. см. при ст. Постоянного тока машина

Л. М. Петрова.

Рис. 1. Схемы возбуждения генераторов постоянного тока: а - независимое; б - самовозбуждение; в - смешанное; Я - якорь; Д - обмотки дополнительных полюсов; В - параллельная обмотка возбуждения; П - последовательная обмотка возбуждения; I_я - ток якоря; I - ток в нагрузке; R_в - сопротивление для регулирования тока возбуждения; I_в - ток возбуждения; r_я - сопротивление обмотки якоря; r_д - сопротивление обмотки дополнительных полюсов; r_в - сопротивление параллельной обмотки возбуждения; r_п - сопротивление последовательной обмотки возбуждения; r_н - нагрузка.

Рис. 2. Внешние (a) и регулировочные (б) характеристики генераторов постоянного тока: 1 - с самовозбуждением; 2 - с независимым возбуждением; 3 - со смешанным возбуждением; I - ток в нагрузке; I_в - ток возбуждения; U - напряжение на зажимах генератора; R_в - сопротивление для регулирования тока возбуждения; n - частота вращения якоря генератора.

транзисторный или ламповый усилитель сколь угодно медленно меняющихся электрических сигналов. П. т. у. обычно используют в приборах измерительной техники и автоматики (в сочетании с разного рода датчиками, например Фотоэлементом, термопарой (См. Термопара) и др.), при измерении малых токов и зарядов (так называемый электрометрический П. т. у.), а также в электронных аналоговых вычислительных машинах - в качестве операционных усилителей (см. Решающий усилитель). При проектировании и эксплуатации П. т. у. особое внимание уделяют уменьшению медленных изменений (дрейфа) выходного напряжения или тока в отсутствие входного сигнала, которые обусловлены рядом неконтролируемых факторов: старением элементов усилителя, колебаниями температуры окружающей среды и напряжения электропитания и др.

Различают П. т. у. прямого усиления и с преобразованием по частоте. Особенность П. т. у. прямого усиления (рис. 1, 2) - отсутствие в цепях связи между усилительными каскадами реактивных элементов (конденсаторов, трансформаторов). В таких П. т. у., исторически более ранних, проблема дрейфа решается непосредственным уменьшением его в каждом из каскадов усилителя и прежде всего - во входном. С этой целью используют дифференциальные каскады (рис. 2), в которых минимизация разностного дрейфа на выходе достигается тщательным симметрированием обоих плеч. В П. т. у. с преобразованием по частоте (рис. 3) проблема дрейфа решается путём преобразования (модуляции) входного, медленно меняющегося сигнала с помощью вспомогательных колебаний (т. е. преобразованием входного сигнала в сигнал на частоте вспомогательных колебаний с амплитудой, пропорциональной амплитуде на входе), после чего преобразованный сигнал усиливается бездрейфовым (с реактивными элементами связи между каскадами) усилителем, а затем путём детектирования (демодуляции) вновь преобразуется в сигнал, повторяющий форму входного.

У современных (1975) П. т. у. - интегральных операционных усилителей коэффициент усиления доходит до 10⁶, их Полоса пропускания в пределах от 0 до 100 Мгц, а дрейф в течение длительного времени (несколько десятков часов) и в широком диапазоне температур (от -60 до +100 °С) не превышает нескольких десятков мкв.

Лит.: Эрглис К. Э., Степаненко И. П., Электронные усилители, 2 изд., М., 1964.

И. П. Степаненко.

Рис. 1. Схема простейшего однотактного усилителя постоянного тока: Т - транзистор; R - нагрузочный резистор; R_э - резистор в цепи эмиттера; Д - стабилитрон; U_вх - напряжение на входе; U_вых - напряжение на выходе; Е - напряжение источника электропитания.

Рис. 3. Усилитель постоянного тока с преобразованием по частоте: а - схема; б - временные диаграммы напряжения сигнала в точках 1, 2, 3, 4; М - модулятор; У - бездрейфовый усилитель; ДМ - демодулятор; U_вх - напряжение на входе; U_вых - напряжение на выходе; U₁, U₂, U₃, U₄ - напряжения в соответствующих точках усилителя; t - время.

устройства, преобразующие различные виды энергии в электрическую. По виду преобразуемой энергии И. т. условно можно разделить на химические и физические. Сведения о первых химических И. т. (гальванических элементах и аккумуляторах) относятся к 19 в. (например, батарея Вольта, элемент Лекланше). Однако вплоть до 40-х гг. 20 в. в мире было разработано и реализовано в конструкциях не более 5 типов гальванических пар. С середины 40-х гг. вследствие развития радиоэлектроники (См. Радиоэлектроника) и широкого использования автономных И. т. создано ещё около 25 типов гальванических пар. Теоретически в И. т. может быть реализована свободная энергия химических реакции практически любого окислителя и восстановителя, а следовательно, возможна реализация несколько тысяч гальванических пар. Принципы работы большинства физических И. т. были известны уже в 19 в. В дальнейшем вследствие быстрого развития и совершенствования Турбогенераторы и Гидрогенераторы стали основными промышленными источниками электроэнергии. Физические И. т., основанные на других принципах, получили промышленное развитие лишь в 50-60-х гг. 20 в., что обусловлено возросшими и достаточно специфическими требованиями современной техники. В 60-х гг. технически развитые страны уже имели промышленные образцы термогенераторов, термоэмиссионных генераторов (СССР, ФРГ, США), атомных батарей (Франция, США, СССР).

Технический прогресс, проникновение электротехники и электроники на транспорт, в быт, медицину и т. д. стимулировали разработку автономных источников электропитания, среди которых химические И. т. в количественном отношении заняли видное место, став продукцией массового потребления. Переносные осветительные приборы, магнитофоны и радиоприёмники, телевизоры и переносная медицинская аппаратура, средства ж.-д. транспорта, автомобили, тракторы, самолёты, искусственные спутники, космические корабли, средства связи и многое другое оснащены малогабаритными И. т.

Теория И. т. предусматривает исследование всех стадий процесса генерирования электрического тока на основе современных представлений о физике твёрдого тела, жидкости и газа, о процессах переноса зарядов и электрохимических реакциях. Теория И. т. изучает также вопросы оптимизации, включающие как выбор исходных параметров, обеспечивающих оптимальные выходные характеристики И. т., так и разработку методов прогнозирования характеристик будущих И. т. К важнейшим характеристикам И. т. относятся: кпд, энергоёмкость (или удельная энергоёмкость), мощность (или удельная мощность, отнесённая к единице массы, объёма и т. д.), срок службы, качество генерируемой электроэнергии (частота, напряжение, способность к перегрузкам, стоимость, надёжность).

Химическими источниками тока принято называть устройства, вырабатывающие электрический ток за счёт энергии окислительно-восстановительных реакций химических реагентов. В соответствии с эксплуатационной схемой и способностью отдавать энергию в электрическую сеть химические И. т. подразделяются на первичные, вторичные и резервные, а также электрохимические генераторы. Первичные И. т. (гальванические элементы и батареи) допускают, как правило, однократное использование энергии химических реагентов. Отдельные конструкции гальванических элементов и батарей разрешают кратковременное повторное использование энергии реагентов после электрической подзарядки. Положительный (катод) и отрицательный (анод) электроды, разделённые электролитом в жидком или пастообразном состоянии или же пористой мембраной-сепаратором с поглощённым в ней электролитом, электрически связаны (гальваническая связь) в течение всего срока службы И. т.

Вторичные И. т. (отдельные Аккумуляторы и аккумуляторные батареи) допускают многократное (сотни и тысячи заряд-разрядных циклов) использование энергии составляющих химических реагентов. Электроды и электролит весь срок службы аккумуляторов находятся в электрическом контакте друг с другом. Для увеличения ресурса аккумуляторов в некоторых специфических условиях эксплуатации разработаны способы сухозаряженного хранения аккумуляторов. Такие аккумуляторы перед включением предварительно заливают электролитом.

Резервные И. т. допускают только однократное использование энергии химических реагентов. В отличие от гальванических элементов и аккумуляторов, в резервных И. т. электролит при хранении никогда гальванически не связан с электродами. Он хранится в жидком состоянии (в стеклянных, пластмассовых или металлических ампулах) либо в твёрдом (но неэлектропроводном) состоянии в межэлектродных зазорах. При подготовке к работе резервных И. т. ампулы разрушают сжатым воздухом, взрывом, а кристаллы твёрдого электролита расплавляют с помощью электрического или пиротехнического разогрева. Резервные И. т. применяют для питания электрической аппаратуры, которая долгое время может (вынуждена) находиться в резервном (неработающем) состоянии. Срок хранения современных резервных И. т. превышает 10-15 лет.

Электрохимические генераторы (топливные элементы (См. Топливный элемент)) представляют собой разновидность химических И. т. Электрохимические генераторы способны длительное время непрерывно генерировать электрический ток в результате преобразования энергии химических реагентов (газообразных или жидких), поступающих в генератор извне.

К 1970 в США и СССР были созданы промышленные образцы электрохимических генераторов. Ведутся интенсивные работы по созданию электрохимических генераторов для космических объектов, электромобилей, стационарных установок и т. д. Разрабатываются разновидности электрохимических генераторов (высоко-, средне- и низкотемпературные, на газообразных, жидких и твёрдых реагентах и т. д.), из которых наиболее перспективны генераторы, непосредственно преобразующие энергию природного топлива в электрическую. (Подробнее о химических И. т. см. в ст. Химические источники тока.)

Физическими источниками тока называют устройства, преобразующие тепловую, механическую, электромагнитную энергию, а также энергию радиационного излучения и ядерного распада в электрическую. В соответствии с наиболее часто употребляемой классификацией к физическим И. т. относят: электромашинные генераторы, термоэлектрические генераторы, термоэмиссионные преобразователи, МГД-генераторы, а также генераторы, преобразующие энергию солнечного излучения и атомного распада.

Электромашинные генераторы, преобразующие механическую энергию в электрическую, - наиболее распространённый вид источников электрической энергии, основа современной энергетики. Они могут быть классифицированы по мощности (от долей вт до сотен Мвт), по назначению и особенностям эксплуатации (стационарные, транспортные, резервные и т. д.), по роду первичного двигателя (дизель-генераторы, турбо- и гидрогенераторы), по рабочему телу (пар, вода, газ) и т. д. Благодаря длительному периоду теоретического, конструктивного и технологического совершенствования характеристики этого типа И. т. достигли значений, близких к предельным (см. Генератор электромашинный).

Работа термоэлектрического генератора (ТЭГ) основана на использовании Зеебека эффекта. Рабочим материалом в ТЭГ служат различные полупроводниковые соединения кремния, германия и т. п. (как правило, твёрдые растворы). Кпд ТЭГ от 3 до 15\% в диапазоне температур от 100 до 1000°C. Исследования ТЭГ ведутся в СССР, США, Франции и др. Области возможного применения ТЭГ: автономные источники питания (на транспорте, в технике связи, медицине), антикоррозионная защита (на магистральных трубопроводах) и др. (см. Термоэлектрический генератор).

Принцип работы термоэмиссионного преобразователя (ТЭП) основан на использовании термоэмиссионного эффекта (испускание электронов поверхностью нагретого металла). Термоэмиссионный поток электронов зависит главным образом от температуры и свойств поверхности материала. Кпд отдельных лабораторных образцов ТЭП достигает 30\%, а действующих энергетических установок 15\% (при электрической мощности, снимаемой с единицы поверхности катода, - 30 вт/см²). Наиболее перспективно применение ТЭП в качестве автономных источников электроэнергии большой мощности (до 100 квт). Работы по ТЭП ведутся в СССР, США, ФРГ, Франции и др. (см. Термоэмиссионный преобразователь энергии).

Принцип действия И. т., преобразующих энергию солнечного излучения, основан на использовании внутреннего фотоэффекта (см. Фотоэлектрические явления). Фотоэлектрический генератор (Солнечная батарея) представляет собой совокупность вентильных фотоэлементов, преобразующих энергию солнечного излучения в электрическую. Практически прямое преобразование энергии солнечного излучения стало возможно лишь после создания в 1953 высокоэффективного фотоэлемента из монокристаллического кремния. Лучшие образцы кремниевых фотоэлементов имеют кпд около 15\%; срок службы их практически неограничен. Солнечные батареи применяются главным образом в космической технике, где они занимают доминирующее положение как источники энергии на искусственных спутниках Земли, орбитальных станциях и космических кораблях, а также для снабжения электроэнергией удалённых от линии электропередачи районов с большим числом солнечных дней в году, например в Туркменской ССР, Индии, Пакистане (см. Гелиотехника).

И. т., преобразующие энергию атомного распада (атомные батареи), используют кинетическую энергию электронов, образующихся при β-распаде. Эти И. т. находились к 1971 в стадии разработки, и их практическое использование требует решения многих конструкторских и технологических задач. Кпд атомных батарей невысок (до 1\%), а область применения может быть определена лишь после накопления достаточного опыта их использования.

Лит. см. при статьях с описанием конкретных типов источников тока.

Н. С. Лидоренко.

устройство для преобразования какого-либо вида энергии (механической, химической, тепловой, световой) в электрическую. Понятие "Э. г." является собирательным и не имеет чётких терминологических границ. Часто Э. г. называют Генератор электромашинный, хотя в широком смысле понятие Э. г. распространяют на гальванические элементы, электрохимические генераторы (См. Электрохимический генератор), магнитогидродинамические генераторы (См. Магнитогидродинамический генератор), термоэмиссионные генераторы, фотоэлектрические генераторы (См. Фотоэлектрический генератор), солнечные батареи (См. Солнечная батарея) и др.