Ha il seguente schema elettrico:

In essa il circuito di eccitazione è totalmente disgiunto dal circuito d'indotto (le piccole dinamo nelle quali il sistema induttore è costituito da un magnete permanente sono riconducibili al medesimo modello).

Nel modello si evidenziano:

a) la tensione Ve [V] e la corrente Ie [A] d'eccitazione.

b) la resistenza del reostato di campo Rc [W] che permette, a parità di tensione d'eccitazione, di variare la corrente d'eccitazione e quindi il flusso induttore principale F₀ [Wb], coincidente col flusso nella macchina a vuoto.

c) la resistenza degli avvolgimenti induttori Re [W]. Per lo studio dei fenomeni transitori è necessario introdurre nel modello anche l'induttanza Le [H] di tale avvolgimento.

d) la f.e.m. E [V] indotta negli avvolgimenti d'armatura. Tale f.e.m. è esprimibile come:

dove F è il flusso a carico (minore di quello a vuoto F₀ ). La caduta di f.e.m. per reazione d'indotto DE non è esprimibile in forma analitica, può essere nota in seguito a prove fatte sulla macchina ed espressa in forma tabellare o grafica. In ogni caso vale qualche percento (circa 5%) a pieno carico.

e) la resistenza interna Ri [W]. Si tratta della resistenza complessiva dei conduttori costituenti le varie vie interne (da considerarsi tra di loro in parallelo) dell'indotto, in serie alla resistenza degli eventuali avvolgimenti compensatori, in serie alla resistenza degli avvolgimenti degli eventuali poli ausiliari. Per quanto riguarda la resistenza di contatto delle spazzole, essendo queste di tipo non Ohmico, si preferisce considerare la c.d.t. totale dovuta a tale contatto. Essa è convenzionalmente assunta pari a 2 [V] nel caso di spazzole in grafite, 0,6 [V] nel caso di spazzole a contenuto metallico.

Per lo studio dei fenomeni transitori è necessario introdurre nel modello anche l'induttanza Li [H] del circuito costituito dall'indotto della macchina e dal carico ad essa allacciato, oltre al momento d'inerzia complessivo delle masse rotanti.

f) la tensione d'uscita V [V] e la corrente erogata I [A]. Per questo tipo di dinamo, la corrente erogata coincide con la corrente d'indotto Ii [A]. Lo schema disegnato mostra anche la resistenza Ru [W] che riassume l'utilizzatore alimentato dalla dinamo.

Il funzionamento a carico della macchina può essere descritto attraverso le seguenti equazioni interne:

e l'equazione esterna: V = Ru· I (detta retta di carico).

La caratteristica esterna V = f(I) e la retta di carico V = f'(I) possono pure essere rappresentate graficamente. Se si trascura la DE e si assumono costanti la velocità di rotazione e la corrente di eccitazione, le due caratteristiche hanno l'aspetto:

dove l'intersezione della caratteristica esterna con l'ordinata costituisce il punto di funzionamento a vuoto per il quale Ru = ¥ [W] , I = 0 [A] , V = E₀ [V] , mentre l'intersezione con l'ascissa costituisce il punto di funzionamento in cortocircuito per il quale Ru = 0 [W] , I = Icc = E₀ / Ri [A] , V = 0 [V]. Inoltre è facile verificare che è tg(b) = - Ri , tg(a) = Ru. L'intersezione tra la caratteristica esterna e la retta di carico individua il punto di lavoro del generatore le cui coordinate corrispondono alla corrente ed alla tensione ai morsetti d'uscita per quella determinata retta di carico.

Osservazione: la potenza erogata è nulla a vuoto ed in cortocircuito, assume il valore massimo quando Ru = Ri ed in tal caso vale:

Il rendimento in tali condizioni vale 0,5. Quando si verifica questa condizione si dice che vi è l'adattamento di massima potenza tra generatore e carico.

Osservazione: se si tiene conto della caduta di f.e.m. per reazione d'indotto, la caratteristica esterna risulta essere non più rettilinea (a causa della non linearità del fenomeno) e più cadente, per cui la corrente di cortocircuito Icc' sarà più piccola.

Per variare la tensione d'uscita di una dinamo si può intervenire sulla velocità di rotazione oppure sulla corrente d'eccitazione. Naturalmente risulta più semplice intervenire sulla corrente d'eccitazione. In ogni caso la caratteristica esterna si modifica spostandosi parallelamente a se stessa, infatti sia la f.e.m. a vuoto che la corrente di cortocircuito sono direttamente proporzionali alla velocità ed al flusso (e, quindi, alla corrente d'eccitazione). La caratteristica si alza se aumenta la velocità oppure la corrente d'eccitazione, diversamente si abbassa.

Ad esempio, se abbiamo una dinamo che eroga la corrente I' con tensione d'uscita V' quando la resistenza dell'utilizzatore vale Ru', nel caso in cui la resistenza dell'utilizzatore diventi Ru" < Ru' varierà la tensione d'uscita da V' a V" < V'. Se si desidera mantenere costante la tensione d'uscita, bisognerà aumentare la corrente d'eccitazione (o la velocità di rotazione) in modo tale che la caratteristica esterna si alzi portandosi da a' ad a". Ovviamente assieme alla tensione varierà anche la corrente erogata.

Altre due caratteristiche significative per la dinamo ad eccitazione indipendente sono la caratteristica totale e la caratteristica di regolazione, rispettivamente:

di andamento facilmente immaginabile.

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