Электрогенератор – машина, превращающая механическую энергию в энергию электрического тока. Действие его основано на явлении электромагнитной индукции. Простейшей схемой генератора может служить проводник в виде рамки, вращающийся вокруг оси в магнитном поле постоянного или электромагнита (рисунок 1). При вращении рамки в магнитном поле в ней возникает переменная электродвижущая сила. Если рамку соединить с внешней частью цепи, то в цепи появится переменный ток. Для соединения рамки с внешней цепью используются кольца, укрепленные на той же оси, на которой укреплена вращающаяся рамка. К кольцам присоединяются концы рамки, а над каждым кольцом устанавливаются неподвижные скользящие контакты – щетки. При вращении рамки за один оборот полярность щеток меняется два раза.

Очевидно, в действительности устройство генераторов переменного тока значительно сложнее. С клемм генератора должно сниматься достаточно высокое напряжение; поэтому вместо одного витка приходится использовать значительное их число и соответствующим образом соединять их между собой.

Однако такой тип генератора переменного тока с неподвижной магнитной системой (индуктором) и вращающимися витками (якорем), в которых возбуждается электродвижущая сила (ЭДС), строится сравнительно редко (обычно маломощные генераторы). Это вызвано тем, что при помощи подвижных контактов практически невозможно отводить от генератора ток высокого напряжения из-за сильного искрения в подвижных контактах.

Поэтому почти во всех генераторах переменного тока обмотку (якорь), в которой индуцируется ЭДС, устанавливают неподвижно, а вращаться заставляют магнитную систему (индуктор). Неподвижная часть машины называется статор, а подвижная ротор.

Статор генератора переменного тока собирается из листовой стали (для борьбы с вихревыми токами). В пазах, сделанных во внутренней полости статора укладываются проводники, в которых индуцируется ЭДС (Рисунок 2a). На рисунке 2a показан маломощный (<1кВт) генератор фирмы Bosсh. Через систему щеток (1) на обмотку ротора (2)подается постоянный ток (при запуске генератора от постоянного источника тока). На рисунке 2a также видно, что обмотки статора (якоря) проходят в через специальные отверстия в металлическом сердечнике.

Если вращать ротор какой-либо внешней механической силой, то вместе с ним будет вращаться и создаваемое им магнитное поле. При этом силовые линии поля будут пересекать проводники, вложенные в пазы статора, и индуцировать в них ЭДС. Величина суммарной ЭДС генератора будет зависеть от размера и типа обмотки статора, величина магнитного поля ротора и скорости его вращения.

На рисунке 2b изображен внешний вид мощного турбогенератора (в сборе с турбиной) типа ТС-63 развивающий мощность до 63МВт. Выходное напряжение такого генератора несколько десятков киловольт. КПД генераторов весьма велико и зависит от мощности генератора, при высокой выходной мощности оно может достигать 99%. Ротор мощных генераторов питается постоянным током, даваемым небольшой машиной постоянного тока, находящейся на одном валу с генератором.

Схема генератора постоянного тока показано на рисунке 3. Устройство генератора, аналогично генератору переменного тока, однако якорь в данном случае является ротором двигателя и снабжен большим количеством обмоток (чем больше обмоток, тем более стабилен ток на выходе генератора). Каждая обмотка имеет свой контакт на коллекторе двигателя, при определенном угле поворота только одна из обмоток замкнута на внешнюю цепь через щетки.

Генератор постоянного тока обладает рядом недостатков по сравнению с генератором переменного тока:

- более сложное устройство

- меньшая надежность

- более сложное изготовление

Однако так как генераторы переменного тока требуют питание постоянным током обмоток индуктора, вместе с мощными генераторами переменного тока применяются небольшие генераторы постоянного тока.

На сегодняшний день электрогенераторы – наиболее распространенный и практически единственный источник электроэнергии, используемый в энергетике любой страны мира. В любой конструкции электростанции, включая даже такие как солнечная или атомная, используется преобразование механической энергии вращения в электрическую; следовательно, без электрогенератора не может обойтись ни одна электростанция. Более того, электрогенераторы также весьма широко используются в транспорте и в быту.

Мощность серийно производимых электрогенераторов варьируется в широких пределах: от нескольких ватт до десятков мегаватт (например, генератор типа ТС - 63). К настоящему времени благодаря высокой надежности наибольшее распространение получили генераторы переменного тока, так как постоянное напряжение, благодаря достижениям электроники, весьма легко получить из переменного тока. Тем не менее следует отметить, что электродвигатель постоянного тока одновременно может являться и генератором постоянного тока (т.е. данная электрическая машина является обратимой). Этот эффект часто используется в электротранспорте для снижения среднего расхода электроэнергии.

В 1827 венгр Аньош Иштван Йедлик начал экспериментировать с электромагнитными вращающимися устройствами, которые он называл электромагнитные самовращающиеся роторы. В прототипе его униполярного электродвигателя (был завершен между 1852 и 1854) и стационарная и вращающаяся части были электромагнитные. Он сформулировал концепцию динамо-машины по меньшей мере за 6 лет до Сименса и Уитстона, но не запатентовал изобретение, потому что думал, что он не первый, кто это сделал. Суть его идеи состояла в использовании вместо постоянных магнитов двух противоположно расположенных электромагнитов, которые создавали магнитное поле вокруг ротора. Изобретение Йедлика на десятилетия опередило его время.

В 1831—1832 Майкл Фарадей открыл принцип работы электромагнитных генераторов. Принцип, позднее названный законом Фарадея, заключался в том, что разница потенциалов образовывалась между концами проводника, который двигался перпендикулярно магнитному полю. Он также построил первый электромагнитный генератор, названный «диском Фарадея», который являлся униполярным генератором, использовавшим медный диск, вращающийся между полюсами подковообразного магнита. Он вырабатывал небольшое постоянное напряжение и сильный ток.

Конструкция была несовершенна, потому что ток самозамыкался через участки диска, не находившиеся в магнитном поле. Паразитный ток ограничивал мощность, снимаемую с контактных проводов и вызывал бесполезный нагрев медного диска. Позднее в униполярный генераторах удалось решить эту проблему, расположив вокруг диска множество маленьких, распределенных по всему периметру диска, чтобы создать равномерное поле и ток только в одном направлении.

Другой недостаток состоял в том, что выходное напряжение было очень маленьким, потому что образовывался только один виток вокруг магнитного потока. Эксперименты показали, что используя много витков провода в катушке можно получить часто требовавшееся более высокое напряжение. Обмотки из проводов стали основной характерной чертой всех последующих разработок генераторов.

Однако, последние достижения (редкоземельные магниты), сделали возможными униполярные двигатели с магнитом на роторе, и должны внести много усовершенствований в старые конструкции.

Динамо-машина стала первым электрическим генератором, способным вырабатывать мощность для промышленности. Работа динамо-машины основана на законах электромагнетизма для преобразования механической энергии в пульсирующий постоянный ток. Постоянный ток вырабатывался благодаря использованию механического коммутатора. Первая динамо-машина была построена Hippolyte Pixii в 1832.

Пройдя ряд менее значимых открытий динамо-машина стала прообразом из которого появились дальнейшие изобретения, такие как двигатель постоянного тока, генератор переменного тока, cинхронный двигатель, роторный преобразователь.

Динамо-машина состоит из статора, который создает постоянное магнитное поле, и набора вращающихся обмоток, вращающихся в этом поле. На маленьких машинах постоянное магнитное поле могло создаваться с помощью постоянных магнитов, у крупных машин постоянное магнитное поле создается одним или несколькими электромагнитами, обмотки которых обычно называют обмотками возбуждения.

Большие мощные динамо-машины сейчас можно редко где увидеть, из-за большей универсальности использования переменного тока на сетях электропитания и электронных твердотельных преобразователей постоянного тока в переменный. Однако до того, как был открыт переменный ток, огромные динамо-машины, вырабатывающие постоянный ток, были единственной возможностью для выработки электроэнергии. Сейчас динамо-машины являются редкостью.