Принцип действия электростатических генераторов с транспортером-диэлектриком существенно отличается от принципа действия генераторов с транспортерами-проводниками. Заряды, находящиеся на проводниках, находятся в состоянии равновесия, определяемом действием внешнего электрического поля. Используя это свойство проводников, электрические заряды разделяют, и заряды одного знака переносят из первичной цепи во вторичную. Зарядка и разрядка транспортеров-проводников производятся простым контактированием их с металлическими щетками. В противоположность этому на транспортерах-диэлектриках заряды остаются в тех местах, где они были возбуждены, и не меняют своего местоположения под действием поля любого направления.
Для нанесения зарядов на транспортер-диэлектрик используются особые коронирующие устройства. Контактные устройства для нанесения зарядов на транспортер диэлектрик не могут быть применены, так как туннельный эффект перехода электронов с одной поверхности на другую может быть обеспечен только при плотном контакте. Из-за шероховатой поверхности диэлектриков такой эффект будет проявляться только для единичных точек контакта щетки и поверхности диэлектрика.
Схема работы всех электростатических генераторов с транспортером-диэлектриком (дисковых, цилиндрических или с движущейся лентой) заключается в следующем. Электрические заряды, возбужденные на транспортере с помощью коронирующего устройства, называемого зарядным устройством, переносятся к коронирующему разрядному устройству, соединенному с потребителем тока.
Коронирующие устройства состоят из двух основных элементов: ионизатора и индуктора, располагаемых по разным сторонам диэлектрика, причем в зарядном устройстве между ионизатором и индуктором прикладывается напряжение возбуждения U1 (рис. 2-17), а в разрядном устройстве индуктор и ионизатор электрически соединены накоротко. Расстояние между зарядным и разрядным устройствами определяется расчетной величиной выходного напряжения U2 из условия недопущения перекрытия по поверхности.
Напряжение возбуждения на зарядном устройстве вызывает вблизи ионизатора ионизацию газа, являющуюся следствием повышенной напряженности поля на остриях ионизатора (рис. 2-17,а). Ионы определенного знака в соответствии с полярностью напряжения возбуждения двигаются в сторону транспортера и оседают на его поверхности, поскольку для проникновения внутрь диэлектрика энергия их недостаточна.
Так как поверхность транспортера заряжается только с одной стороны, то поверхностная плотность заряда определяется соотношением σ=εЕп, где ε — диэлектрическая проницаемость среды, окружающей транспортер, а Еп—нормальная к поверхности транспортера составляющая вектора напряженности электрического поля.
Рис. 2-17. Схема зарядного устройства.
Как было выяснено ранее, рабочей средой в электростатических генераторах является обычно газ под атмосферным или повышенным давлением, диэлектрическая проницаемость которого равна ε0; отсюда
(2-41)
а ток генератора определится как
(2-42)
где b — ширина транспортера;
v — скорость его перемещения;
D — электрическое смещение в зазоре между индуктором и транспортером.
Формула (2-42) является прямым выражением закона индукции тока в электростатическом генераторе с транспортером-диэлектриком.
Определим необходимое напряжение возбуждения U1. Если бы сопротивление ионизированного газа было равно нулю, то потенциалы ионизатора и поверхности транспортера, обращенной к ионизатору, были бы одинаковы, а напряженность поля в этом промежутке равнялась бы нулю (рис. 2-17,б). Поверхностная плотность заряда в этом случае соответствовала бы уравнению (2-41).
Как и в случае генераторов с транспортерами-проводниками, основным условием увеличения мощности генератора в соответствии с (2-51) является обеспечение достаточно больших сил, действующих на заряженный транспортер. Помещая транспортер в сжатый газ, увеличивают как нормальную составляющую напряженности поля Еп, определяющую плотность заряда на транспортере, так и тангенциальную составляющую Е1.
Для того чтобы при перемещении транспортера от зарядного устройства к разрядному количество зарядов, закрепленных на транспортере, оставалось неизменным, необходимо, чтобы нормальная составляющая напряженности поля Еп была постоянной. Для этого служит статор генератора, распределение напряжения вдоль поверхности которого, параллельной поверхности транспортера, должно быть равномерным во избежание искажения поля. В генераторе с движущейся лентой, например, роль статора выполняет колонка из эквипотенциальных колец, равномерное распределение напряжения по которой достигается с помощью делителя напряжения или других устройств.
Энергетической характеристикой электростатических генераторов, как и всяких электрических генераторов, является их удельная мощность. Генераторы с транспортером-диэлектриком обычно характеризуются поверхностной удельной мощностью или мощностью, приходящейся на единицу заряженной поверхности транспортера:
P =fxv (2-53)
Большое значение имеет правильное решение вопроса о возбуждении электростатических генераторов с транспортером-диэлектриком. До сих пор мы рассматривали так называемую простую, или однократную, зарядку транспортера, когда заряды с плотностью
переносится только той частью транспортера, которая перемещается от зарядного устройства к разрядному. При перемещении от разрядного устройства к зарядному на транспортере остается только -остаточный заряд, и в этот период транспортер не испытывает действия полезных сил.
Таким образом, только одна половина транспортера участвует в основном процессе генератора. Для вовлечения второй половины транспортера в рабочий процесс достаточно снабдить ее зарядом противоположного знака. Эта искусственная (принудительная) перезарядка транспортера приводит к удвоению выходного тока генератора. В этом случае разрядное устройство должно быть соответствующим образом переделано. Одна из схем перезарядки иллюстрируется рис. 2-18. Разрядное устройство имеет добавочный ионизатор 2, соединенный через сопротивление R с ионизатором 1, снимающим приносимые транспортером заряды. Ток I1, возникающий в результате снятия зарядов, создает падение напряжения на сопротивлении R/
Рис. 2-18. Схема разрядного устройства с перезарядкой.
Это приводит к появлению напряжения между индуктором и ионизатором 2, что при определенном его значении вызывает ионизацию в зоне ионизатора 2 и стекание зарядов противоположного знака на убегающую часть транспортера. В нагрузку поступает дополнительный ток I2. Общий ток генератора
Правильным выбором сопротивления R из условия U1=RI1 обеспечивается равенство токов I1 и I2, поскольку U1 — напряжение возбуждения зарядной системы, отсюда 
Такой способ перезарядки связан с потерей части мощности, развиваемой генератором, в перезарядном устройстве.
Во избежание этого часто в перезарядном устройстве при меняют посторонний источник напряжения возбуждения, находящийся под высоким напряжением и включенный между индуктором и ионизатором.
Удвоение тока генератора с перезарядкой вызывает удвоение его мощности. Конкретные возможности генераторов с транспортером-диэлектриком будут рассмотрены при описании отдельных типов генераторов.
