Generator sincron fără perii - mașină sincronă , care funcționează numai în modul generator, al cărui rotor nu are un ansamblu colector-perie, iar curentul în înfășurarea de excitație (în rotor ) este indus datorită câmpului magnetic alternativ creat de principalul și/sau înfășurare suplimentară a statorului .
Există mai multe implementări practice ale unui generator sincron fără perii, care diferă prin modul în care este indus curentul în înfășurarea câmpului și prin reglarea tensiunii la bornele de ieșire.
Cel mai simplu din punct de vedere al implementării tehnice este un generator fără perii cu excitație compusă și o capacitate de compensare conectată la o înfășurare suplimentară. Un astfel de generator este o mașină sincronă cu poli saliente cu o înfășurare de excitație în rotor.
Înfășurarea de excitație este împărțită în două secțiuni, capetele fiecăreia fiind închise printr-o diodă . Astfel, curentul indus în înfășurarea câmpului poate circula doar într-o singură direcție, creând un câmp magnetic constant.
Statorul are două înfășurări: primar și secundar. Sarcina este conectată la înfășurarea principală. Un condensator de compensare este conectat la înfășurarea suplimentară . Înfășurarea principală ocupă 2/3 din fantele statorului și 1/3 suplimentară din fantele. Dacă este necesar, la stator se adaugă o altă înfășurare pentru o tensiune alternativă de 12 volți sau alta, care este redresată la o tensiune constantă pe puntea de diode.
Înfășurarea principală este împărțită în două părți, care sunt situate vertical la 180 de grade și interconectate, iar înfășurarea de excitație (suplimentară) constă din patru părți, care sunt distribuite la 90 de grade vertical și orizontal. Cele două părți ale înfășurării principale coincid vertical cu cele două înfășurări de excitație, care sunt responsabile pentru încărcarea condensatorului, iar celelalte două înfășurări de excitație sunt situate orizontal și sunt responsabile pentru descărcarea condensatorului. Rotorul interacționează cu înfășurările statorului la fiecare 90 de grade, adică în poziție verticală interacționează cu principalul și suplimentar, iar în poziție orizontală cu unul suplimentar.
Generatorul funcționează după cum urmează. Când rotorul începe să se rotească, nu există curent în înfășurări. Cu toate acestea, circuitele magnetice ale statorului și rotorului au magnetizare reziduală. Datorită acestora din urmă începe să fie indus un curent în înfășurări. Deoarece, datorită diodelor, curentul din înfășurarea rotorului poate circula doar într-o singură direcție, circuitul magnetic al rotorului începe să fie magnetizat. În acest caz, câmpul magnetic rotativ creat de rotor induce o forță electromotoare în înfășurările statorului . Deoarece înfășurarea suplimentară a statorului este încărcată pe condensator, curentul alternativ începe să curgă prin acesta. Acest curent alternativ creează un câmp magnetic al statorului, alternativ, dar nerotitor, care induce o forță electromotoare în înfășurarea rotorului. Sub acțiunea acestei forțe electromotoare, în înfășurarea rotorului ia naștere un curent care este redresat de diode și magnetizează și mai mult rotorul. Aceasta, la rândul său, determină o creștere a forței electromotoare și a curentului în înfășurările statorului, care, la rândul său, magnetizează și mai mult rotorul. Procesul de excitație se dezvoltă ca o avalanșă până când circuitele magnetice ale statorului și rotorului intră în modul de saturație. În înfășurarea statorului principal, apare o forță electromotoare cu o valoare nominală. Generatorul este gata să conecteze sarcina.
Când o sarcină este conectată la înfășurarea principală, apare un curent în ea, care creează propriul câmp magnetic. Dacă excitația generatorului a rămas la același nivel, atunci tensiunea la bornele sale de ieșire ar scădea din două motive: căderea de tensiune pe rezistența internă și deplasarea câmpului magnetic în raport cu axa înfășurării statorului. Cu toate acestea, înfășurările statorului sunt dispuse astfel încât axele lor magnetice să fie rotite cu 90 de grade. Datorită acestui fapt, câmpul magnetic al rotorului se rotește în direcția înfășurării principale, ceea ce crește EMF de inducție în acesta. Cu cât este mai mare curentul înfășurării principale, cu atât este mai mare rotația câmpului magnetic al rotorului. Astfel, tensiunea de ieșire a generatorului este stabilizată. Această metodă de reglare se numește compusă.
Generatorul cu excitație compusă are un design simplu, are o greutate și un cost redus, ceea ce a dus la utilizarea pe scară largă în unități portabile pe benzină-electrice („centrale electrice pe benzină”). În același timp, acest tip de generatoare prezintă o serie de dezavantaje, și anume:
Dezavantajele generatoarelor cu excitație compusă și compensare capacitivă sunt eliminate la generatoarele fără perii cu excitație independentă. În acest caz, transferul de energie electrică către înfășurarea câmpului (sub formă de curent alternativ) are loc printr-un transformator rotativ , iar rectificarea curentului alternativ pentru a alimenta înfășurarea câmpului are loc în rotor însuși datorită redresorului. Astfel de generatoare sunt mai complexe în proiectare (este necesar un transformator rotativ). Reglarea tensiunii poate fi efectuată atât prin combinare, cât și prin utilizarea unui regulator electronic.