通信电源（第2版）漆逢吉主编第9章油机发电机组柴油发电机组举例1柴油发电机组举例2柴油发电机组举例3柴油发电机组举例
4柴油发电机组举例5（风冷机组）柴油发电机组举例69.1油机发电机的基础知识9.1.1油机发电机组分类1．按安装
方式分类（1）固定式发电机组（2）移动式发电机组2．按结构形式、控制方式和保护功能等分类（1）基本型机组（2）自启动机组
（3）自动化机组（4）静音型机组油机发电机组分类（续）3．按使用的燃油分类分为汽油机和柴油机。以汽油为燃料，利用
电火花点燃可燃混合气的油机叫做汽油机，便携式发电机组一般采用汽油机。以柴油为燃料，压燃可燃混合气的油机叫做柴油机，固定式发电机组多
采用柴油机。对柴油发电机组而言，其分类有：按柴油机的转速可分为高速机组（3000r/min）、中速机组（1500r/min）和
低速机组（1000r/min以下）；按柴油机的冷却方式可分为水冷机组和风冷机组；按柴油机的调速方式可分为机械调速、电子调速、液
压调速和电子喷油管理控制系统调速（简称电喷或ECU）；按机组使用的连续性可分为长用机组和备用机组；按启动方式，可分为电启动和手
启动等。9.1.2柴油发电机的组成及应用要求1．组成柴油发电机组由柴油机、交流同步发电机和控制系统等组成。柴油
机主要由两大机构和四大系统组成，它们是：曲轴连杆机构、配气机构，燃油供给系统、润滑系统、冷却系统和启动系统。交流同步发电机由定子
、转子和励磁系统组成。有单相和三相之分，小型油机发电机组常采用单相发电机，大中型油机发电机组多采用三相发电机。控制系统包括自动检
测、控制和保护装置。2．应用及要求在通信领域，油机发电机组通常作为备用交流电源使用，当市电停电时，启动油机发电，为通信局（站）
提供交流电源。通信局（站）一般采用中速水冷柴油发电机组；高山、高寒和缺水地区的小型通信局（站）可采用中速风冷柴油发电机组。随着
通信技术的不断发展，现代通信设备对电源质量提出了更高的要求，油机发电机组应能随时迅速启动，及时供电，运行安全稳定，可以连续工作，供
电电压和频率满足通信设备的要求。9.2内燃机的构造和工作原理9.2.1内燃机常用术语内燃机是通过气缸内连续进
行进气、压缩、作功和排气4个过程来完成能量转换的。常用名词如下：（1）上、下止点活塞在汽缸中移动到离曲轴中心线最远
的距离称为上止点，活塞在汽缸中移动到离曲轴中心线最近的距离称为下止点。（2）活塞冲程上、下止点间的距离称为活塞冲程
（或行程），一般用S表示。对应一个活塞冲程，曲轴旋转180°。内燃机常用术语（续1）（3）气缸容积?活塞位
于上止点时，其顶部与气缸盖之间的容积称为燃烧室容积，用Vc表示；活塞从一个止点运动到另一个止点所扫过的容积，称为气缸工作容积，用
Vh表示。活塞位于下止点时，其顶部与气缸盖之间的容积称为总容积，用Va表示，Va＝Vc＋Vh。?多缸发动机各气缸工作容积的总和，
称为发动机排量，用VL表示。（4）压缩比压缩比是指气缸总容积与燃烧室容积之比，用ε表示，即ε=Va/Vc。压缩比表
明了气体的压缩程度，通常汽油机的压缩比为6～10，柴油机的压缩比为16～22。内燃机常用术语（续2）（5）工作循环
活塞在汽缸内上下移动，完成进气、压缩、作功、排气四个过程，称为一个工作循环。9.2.2内燃机的基本工作原理1．四冲程柴油
机工作原理四冲程柴油机工作原理（续）通过进气、压缩、作功和排气四个冲程完成一个循环。完成一个工作循环，曲轴旋转两周，活塞上下
运行两个来回，只有作功冲程是活塞推动曲轴而作功的，其他三个冲程要由曲轴带动活塞运动，消耗动能。因此，柴油机工作时，曲轴转速不均匀。
解决办法是安装飞轮和采用多气缸结构。对于单缸机，是在曲轴的功率端装上一个沉重的飞轮，利用飞轮的惯性带动活塞完成作功之外的其余三个
冲程；对于功率较大的柴油机，在安装飞轮的基础上还采用多气缸结构。2．多缸柴油机工作特点（1）作功间隔曲轴转两周（72
0o）每个气缸都会作功一次，为使作功均匀，将各气缸的作功冲程安排在不同的时刻出现，称为作功间隔，如四缸四冲程柴油机，其作功间隔为Φ
=720o/N=720o/4=180o，即每隔180o有一个气缸作功。（2）作功次序气缸的排列是由曲轴前端往飞轮数，靠
近曲轴前端为第1缸。为使曲轴受力均匀，不能按1、2、3、4缸的次序安排作功，四缸机常见的作功次序为1、2、4、3或1、3、4、2，
而六缸机常见的作功次序为1、5、3、6、2、4或1、5、4、6、2、3。3．汽油机基本工作原理汽油机是以汽油为燃料的
内燃机。四冲程汽油机的工作循环与四冲程柴油机的工作循环基本相同，也是通过进气、压缩、作功和排气四个冲程完成一个循环。只是由于所用燃
料的性质不同，其工作方式与柴油机有所不同，不同点如下：①汽油机进气过程中，被吸进的是汽油和空气的混合物，而不是纯净的空
气。②汽油机的压缩比低，压缩终了时，可燃混合气的压强只有5~10kg/cm2，温度只有250~400℃，需用火花塞产生
的电火花点燃。(柴油机压缩终了时气缸内空气压强可达30～50kg/cm2，温度可达500~700℃。)9.2.3柴油机的总体
构造1．曲轴连杆机构（1）组成曲轴连杆机构主要由气缸、活塞、连杆和曲轴等部件组成（详见教材P251~252）。（2）功用
其作用是将燃料燃烧时产生的热能转变为机械能，并将活塞在气缸内的上下往返直线运动变为曲轴的圆周运动，以带动其他机械做功。
（3）工作条件工作条件相当恶劣，要承受高温、高压、磨损和化学腐蚀。因此曲轴连杆机构的一些部件不能随意更换或调换，如连杆螺
栓。汽缸、活塞、连杆、曲轴曲轴连杆机构（续）（4）使用维护要点①要做好整机的清洁。保持整机的清洁和工作环境的清洁
，可减少故障的产生，也便于发现漏水、漏油等现象。②柴油机工作一段时间后，会造成机件磨损，需要定期检测活塞环间隙、轴瓦间
隙。③新安装的柴油机或更换气缸套、活塞环后的柴油机，使用时要注意零、部件的磨合，磨合期不能输出最大功率。④
倾听机器在运行时内部有无不正常敲击声，以便检查零、部件有无松动、断裂和脱落。2．配气机构（1）组成四冲程柴油机一般采用
气门式配气机构，它由气门组件（进气门、排气门）、气门传动组件（凸轮轴、推杆、挺杆、摇臂）、空气滤清器、消声器等部件组成。根据气门组
件的安装位置，又可分为顶置式和侧置式配气机构。当油机发电机组安装在室内时，还需要考虑进、排风管道，有时把它们和配气机构统称为配气系
统。配气机构图例排气系统示意图1排气系统示意图2配气机构（续1）（2）功用配气机构的作用是：根据柴油机作功次序、转速和
输出功率的要求，适时地轮流打开和关闭进、排气门，使之进气充分，排气彻底。（3）充气效率可燃混合气充满气缸的程度，用充气效率表
示。充气效率越高，表明进入气缸的新气越多，可燃混合气燃烧时可放出的热量就越大，发动机的功率也就越大。在进气管道中安装涡轮增压器即可
提高充气效率。配气机构（续2）（4）使用维护要点①要注意进、排气系统的清洁。应在柴油机工作100小时后清洗进、排气系
统。②定期清洗空气滤清器。③观察排气管排烟颜色。正常时排烟为浅灰色或无色，不正常时排烟变成深灰色，超负荷时排
烟为黑色，有机油窜入燃烧室时排烟为蓝色。3．燃油供给系统（1）组成柴油机的燃油供给是和调速系统相关联的，一般由油箱、低压油管
、输油泵、柴油滤清器、高压油泵、高压油管、喷油器及调速器等组成。柴油机工作时，输油泵从油箱内吸取柴油，经燃油滤清器滤清后进入高压
油泵，高压油泵将燃油加压送入喷油器，喷油器将高压柴油呈雾状喷入燃烧室，多余的柴油经回油管返回到油箱中。燃油供给系统示意图燃油供
给系统（续1）（2）功用燃油供给系统的作用是将清洁的柴油以高压雾状方式，适时地喷入气缸，与气缸中的高温空气混合后，着火燃
烧，同时根据负载的轻重自动调节供油量和喷油时间。（3）要求对燃油供给系统的基本要求是：良好的雾化、正确的喷油时间及便捷的
油量调节（详见教材P253~254）。燃油供给系统（续2）（4）调速器柴油机常用的调速器有机械式调速器、液压调速器和电
子调速器。（5）电控喷射系统电控喷射系统按控制方式分两类，一是在原调速器—喷油泵的基础上，改进更新机构功能，用线位移和角
位移的电磁液压执行机构，来实现喷油量和喷油正时的电控。另一类是时间控制，即共轨电喷系统。共轨电喷系统由高压油泵、压力传感器、电子控
制装置（ECU）、喷油器组成。燃油供给系统（续3）（6）使用维护要点①正确选用柴油的牌号。一般夏季选用RC-0号，
冬季选用RC-10号。②确保燃油清洁。加柴油时，事先应将柴油经过24小时的沉淀，加油时用专门加油的器皿，严格过滤，才能加
进油箱，防止水和杂质混入。③定期清洗柴油滤清器，每隔100小时打开放油塞排除燃油内的水分和杂质沉淀物，或每隔一年更换柴油
滤清器。清洗或更换柴油滤清器后要及时排除油路中的空气。④注意油箱内的油量不要用尽，以免空气进入燃油系统，造成运行中断。
4．润滑系统（1）润滑方式①压力循环润滑。利用机油泵，将具有一定压力的机油源源不断地送往摩擦表面的润滑方式称为压力循
环润滑。例如，曲轴主轴承、连杆轴承及凸轮轴轴承等处，承受的载荷及相对运动速度较大，需要以一定压力将机油输送到摩擦面的间隙中，方能形
成油膜以保证润滑。②飞溅润滑。利用连杆、曲轴等零件在旋转时拍打油底壳中的机油的飞溅作用，把油滴或油雾甩至摩擦表面的润滑
方式称为飞溅润滑。这种润滑方式可使气缸壁、活塞销以及配气机构的凸轮表面、挺柱等得到润滑。③注油润滑。发动机辅助系统中
有些零件无法实现压力循环润滑，只能定期用注油器加注润滑脂（黄油）进行润滑，例如水泵及发电机轴承就是采用这种方式润滑。近年来也采用含
有耐磨润滑材料（如尼龙、二硫化钼等）的轴承来代替需加注润滑脂的轴承。润滑系统（续1）（2）压力循环润滑的组成压力循环
润滑是柴油机的主要润滑方式，通常由油底壳、机油泵、机油滤清器（粗滤和细滤）、机油冷却器、油管、油道、油尺和机油压力表等组成。压
力循环润滑示意图润滑系统（续2）（3）功用①润滑作用：润滑运动零件表面，减小摩擦和磨损；②清洗作用：机油在润滑系统内
不断循环，清洗摩擦表面，带走磨屑和其他异物；③冷却作用：通过润滑油带走摩擦产生的热量；④密封作用：在运动零件之间形成油膜，
提高它们的密封性，有利于防止漏气或漏油；⑤防锈蚀作用：在零件表面形成油膜，防止零件表面腐蚀生锈；⑥减震缓冲作用：在运动零
件表面形成油膜，吸收冲击并减小振动。润滑系统（续3）（4）使用维护要点①机油牌号的选用：机油颜色为浅黄或绿棕色，一般
北方的冬季选HC-8号、南方的冬季和北方的夏季选HC-11号，南方的夏季选HC-14号，或选用美孚1330。②机油的清
洁：加机油时，应把合格的机油用60#筛网（每平方厘米有232孔）过滤后加入。柴油机工作100小时后，必须清洗或更换机油滤清器，更换
时先向滤清器中加注新机油，再上到滤清器座上；新机运行50小时后须更换机油，以后每运行250小时更换一次机油。③机组启
动前应检查机油液面高度和机油是否变质。④保持正常的机油压力和温度。机油压力，启动时应为1.5~3.0KG/cm2，正
常工作状况下应为1.5~4.0KG/cm2；油机工作平稳后，机油温度应保持在70~90℃。⑤各人工加油润滑点应按规
定时间加注润滑油。5．冷却系统（1）功用柴油机工作时，气缸温度很高（燃烧时最高温度可达2000℃），这样将使机件膨胀变
形，摩擦力增大。同时，机油也可能因温度过高而变稀，从而降低润滑效果。为了避免温度过高，须对机组进行冷却，把零件吸收的热量及时散发出
去，以保证机体在适宜的温度（80～90℃）下正常工作。冷却系统（续1）（2）分类冷却系统按照冷却介质的不同分为风冷和水冷系统
。通过空气的流动把高温零件的热量直接散入大气而进行冷却的装置，称为风冷系统。风冷机组体积小、质量轻、低温启动性好、暖机时间短，
适用于高山、高寒和缺水地区工作，但不太适合高温地区。把热量先传给冷却水，然后再散入大气而进行冷却的装置称为水冷系统。水冷机组受
热均匀、磨损低、使用寿命长、运行成本低，但体积大，适宜固定式机组使用，高寒地区应加装水套加热器或低温预热装置。冷却系统（续2
）（3）水冷系统的组成水冷系统包括水套、水管、水泵、散热水箱及风扇等。冷却水通过水泵加压后在冷却系统中循环。循环途径一般为：
水箱→大循环水泵进水管→水泵→进水管→机油冷却器→机体进水管→气缸水套→气缸盖出水管→节温器→回水管→水箱。节温器按水温的高低，
实现冷却水的大、小循环，柴油机冷机启动时，为迅速提高水温，冷却水采用小循环工作（不流经水箱），直到水温升高到80℃左右，节温器打开
，冷却水流入水箱形成大循环工作。水冷系统示意图冷却系统（续3）（4）风冷系统简介风冷发动机是在气缸体与气缸盖外表面安
置散热片，利用空气流动带走散热片的热量而进行冷却的。风冷发动机气缸和气缸盖一般采用传热较好的铝合金铸成，为了增大散热面积各缸一般都
分开制造，在气缸和气缸盖表面分布许多均匀排列的散热片，以增大散热面积。冷却系统（续4）（5）使用维护要点①柴油机冷
却水的出水温度保持在75~85℃之间为最好，进、出水温差不应超过20℃，更不允许有断水现象。②冷却水偏少或无冷却水不
得启动油机，冷却水最好是清洁过滤后的软水，不应有泥沙和棉纱纤维等杂物。③油机在使用中不可让它骤冷骤热。当水箱中的冷却
水沸腾时，切不可开盖加水，以免伤人或引起水箱破裂。此时应当紧急停机，待机器温度降低到40~50℃之后，再加水开机。④冬
季冷却水应加防冻剂。防冻剂一般由甘油、酒精、乙二醇按比例配置而成。若使用不加防冻剂的冷却水，在室温低至0℃时，停机后必须放出冷却水
，避免冷却水结冰涨裂冷却水道。6．启动系统使发动机从静止状态过渡到工作状态的全过程，称为发动机的启动。完成启动所需要的装置称为
启动系统。根据启动方式的不同，有人工启动、电动机启动、气压启动之分。（1）人工启动人工启动就是用人力转动曲轴启动，分为绳拉、手
摇，适用于便携式机组。手摇式启动是将启动手柄端头插入曲轴前端的启动爪内，以人力转动曲轴，达到一定转速后松开减压装置，利用曲轴飞轮的
惯性启动油机。启动系统（续1）（2）电动机启动电动机启动是以电动机作为机械动力，通过离合机构将电动机轴上的齿轮与发
动机飞轮周缘的齿圈啮合，使飞轮旋转从而启动油机。电动机采用直流电机，以蓄电池作为电源。通信局（站）所用的油机发电机组通常采用电启动
。（3）电启动系统的组成电启动系统一般由启动电池（24V或12V蓄电池）、启动开关（按钮）、电动机、电动机的离合机构
、充电机、导线等组成。启动时，打开电路锁匙→按下启动按钮→电路接通：一方面使电动机转动，另一方面通过离合机构使电动机的齿轮与飞轮的
齿圈啮合，飞轮转动；油机启动成功后，应及时松开启动按钮，使其回到断开位置，此时由于电路已切断，离合机构在复位弹簧的作用下复位，电动
机的齿轮与飞轮的齿圈脱离，同时电动机断电停机。启动系统（续2）（4）使用维护要点①机组启动前，应先检查确认冷却水位、
机油位、柴油位正常，机组无零件松动，机组上无其他工具、物品。②机组采用电启动时，应每次启动不超过5~7秒，连续启动不超过
3次，间隔不小于10秒，以免蓄电池过放电。③机组启动成功后，应先低速运转一段时间，然后再逐步调速到额定转速。不允许刚启动
就猛加油，使转速突然增高。启动系统（续3）（4）使用维护要点（续）④机组启动成功后，要注意观察，待水温在50℃以上
，机油温度在45℃以上，机油压力为1.5~3.0KG/cm2，电压、频率（转速）达到规定要求后，方可供电。⑤启动电池应
经常处于稳压浮充状态，每月检查一次浮充电压；如采用普通蓄电池，还应同时检查电解液液位。若液位偏低，应添加蒸馏水。⑥电气
系统应保持清洁。电启动系统的故障与它的清洁程度有直接关系，如蓄电池电解液混有金属杂质，可能造成蓄电池内部短路；各接触点、接线柱的污
垢会使其接触不良，造成启动困难，甚至产生电火花，烧坏接点或引起火灾。9.3同步发电机工作原理9.3.1同步发电机的基本
结构及工作原理1．同步发电机的基本结构同步发电机由两部分构成，一是静止部分称为定子，二是旋转部分称为转子。通常将定子做成电枢，
转子做成磁极。在定子铁心中嵌入电枢绕组，工作时电枢绕组输出交流电送往负载。电枢绕组可以是单相的，称为单相交流发电机；也可以是三相
的，称为三相交流发电机。转子成为磁极的方法有两种，一种是在转子铁心中嵌入励磁绕组，励磁绕组通以直流电流而形成磁极，称为电励磁发电
机；另一种是由永磁材料做磁极，称为永磁发电机。磁极在柴油机的带动下形成旋转磁场，旋转磁场切割定子绕组而发电，称为旋转磁极式发电机。
2．同步发电机的工作原理柴油机带动发电机的转子旋转，转子磁极在定子和转子之间的空气隙里形成一个旋转磁场，适当选择磁极形状，使该
磁场的磁感强度沿定子圆周按余弦规律分布；定子的三相绕组被旋转磁场切割而产生三个频率相同、幅值相等、相位互差120o的正弦电动势。
旋转磁场的转速与发电机的转速始终是相等的关系，两者保持同步，所以称为同步发电机。发电机转速n（r/min即转/分钟）与频率f及磁
极对数p的关系为：n=60f/p。当磁极对数p=2时，要获得恒定的50Hz频率，就必须严格要求柴油机的转速稳定在15
00r/min不变。定子每相绕组的电动势有效值为：E=4.44KfNΦm。改变Φm的大小（改变励磁电流大小）可调节E值。9.
3.2电励磁发电机在转子励磁绕组中通以直流电流而使转子成为磁极的发电机，称为电励磁发电机。凡是从其他电源获得励磁电流的，
称为他励发电机；从发电机本身获得励磁电流的，则称为自励发电机。1．发电机获得励磁电流的几种方式（1）直流发电机供电的励磁
方式需滑环及电刷，在通信用柴油发电机组中已经不采用。（2）交流励磁机供电的励磁方式为同步发电机提供励磁电
流的交流发电机称为交流励磁机。交流励磁机制成旋转电枢式，装在发电机大轴上，大轴转动时交流励磁机输出交流电供给安装在机组转动部分的整
流器，旋转整流器输出直流电给发电机转子励磁绕组产生磁极。这种励磁方式无须电刷，称为无刷励磁。（3）三次谐波励磁方式属于
自励方式。三次谐波励磁现在通信用柴油发电机组不采用。2．同步发电机输出电压的调整励磁系统都应具有如下功能：一是为同步发电机转
子绕组提供励磁电流；二是能调节励磁电流的大小，用以改善由于负载变化、功率因数变化、频率变化、绕组发热等所带来的电压偏差，实现自动电
压调节。自动电压调节的装置称为恒压励磁装置。9.3.3永磁发电机用永磁材料制成磁极的发电机，称为永磁发电机。1．永磁发
电机的发展2．永磁同步发电机的特点3．用永磁电机做电励磁发电机的励磁机用永磁发电机做副励磁机，它与主机及主励磁机同轴。副励
磁机用永磁材料制成转子磁极。主励磁机是旋转电枢式三相同步发电机，旋转电枢产生的交流电，经与主轴一起旋转的硅整流器整流后，直接送到
主发电机的转子磁极励磁绕组。主励磁机定子磁极的励磁电流，由副励磁机定子电枢产生的交流电经静止的晶闸管整流器整流后供给，其励磁电流
大小可以调节，便于实现主机自动稳压。永磁机励磁示意图1永磁机励磁示意图29.4柴油发电机组主要技术要求9.4.1
电气性能9.4.2启动性能9.4.3环境污染限值9.4.4耗油量9.4.5安全
性9.4.6可靠性9.4.7对自动化机组的技术要求9.5油机发电机组的使用与维护9.5.1
油机发电机组的维护基本要求9.5.2固定式油机发电机组的维护9.5.3移动式发电机组的维护致谢
为了增强教学的直观性，本章课件引用了一些企业在技术交流或用户培训中所用ppt的若干图片与动画，谨向这些图片与动画的原作者及其所在企业表示衷心感谢！油水分离器油箱输油泵高压油泵滤清器喷油器回油管高压油管低压油管见教材P259~260。通信行业标准YD/T502-2007《通信用柴油发电机组》中要求：“选用无刷励磁同步发电机，宜采用永磁励磁方式”。主发电机主励磁机副励磁机见教材P260~264。见教材P264~266。油机是将燃油（柴油或汽油）在气缸中燃烧的热能转变为机械能的内燃机，它带动交流同步发电机旋转将机械能转变为电能。在通信局（站）中主要采用柴油发电机组。水箱机底油箱发动机发电机控制屏排风喉蓄电池不能置于地面下!百页窗百页窗导风槽Daily至油罐燃油泵减震垫蓄电池波纹管排烟管及消声器的悬挂排烟管及消声器一定要悬挂于天花板油机发电机房简介油机发电机组是指将内燃机（柴油发动机或汽油发动机）、交流同步发电机及其控制装置（控制屏）组装在一个公共底座上形成的机组。详见教材P248。（a）进气冲程；（b）压缩冲程；（c）作功冲程；（d）排气冲程。四冲程示意（动画）凸轮轴摇臂弹簧进气门与排气门（压缩环即气环）曲轴活塞连杆空气滤清器(打开) |
|
