摘要：柴油发电机组控制系统的根本目标是在外部电网失效或需要独立供电时，能够自动、安全、可靠地启动发电机组，并向负载提供稳定、合格的电力；当外部电网恢复或任务完成时，能自动或手动切换并安全停机。为了实现这一目标，控制系统需要协同管理柴油发动机和交流同步发电机两大核心部分。康明斯公司在本文中将从核心目标出发，逐步分解其工作流程和关键子系统。

 

一、控制系统的主要组成部分

 

1、控制器（大脑）

（1）这是系统的核心，通常是一个微处理器或PLC（可编程逻辑控制器）。现代发电机组普遍使用专用的发电机组控制器（如ComAp、Deep Sea、科迈等品牌）。

（2）它接收来自各传感器和外部信号的指令，经过逻辑判断后，向执行机构发出命令。

2、传感器（感官系统）

① 发动机部分：转速传感器、机油压力传感器、冷却液温度传感器、燃油油位传感器、发动机运行小时计。

② 发电机部分：电压传感器、电流传感器、频率传感器。

③ 其他：蓄电池电压传感器、机房环境温度/烟雾传感器。

3、执行机构（手脚）

① 启动马达：接收控制器信号，带动发动机曲轴旋转。

② 燃油电磁阀：控制燃油的通断。

③ 电子调速器：通过控制喷油泵的油量，精确调节发动机转速，从而稳定发电机的输出频率。

④ AVR（自动电压调节器）：通过调节发电机励磁电流的大小，来稳定输出电压。

⑤ 断路器（主开关）：控制发电机向负载供电的通断。

⑥ 散热风扇、预热塞等。

4、电源与配电系统

（1）蓄电池：为控制器、启动马达和所有电子设备提供直流电源。

（2）蓄电池充电器：在发电机组运行或待机时为蓄电池充电。

（3）配电盘/控制屏：安装控制器、仪表、指示灯的界面。

5、ATS（自动转换开关）

虽然不是发电机组本身的一部分，但却是并网/离网系统中至关重要的外围设备。它监测市电状态，并在市电故障时自动将负载切换到发电机组，市电恢复时再切换回去并控制发电机组停机。

 

二、工作原理与工作流程

 

1、待机与监测

发电机组处于待机状态，控制器不断监测两个关键信号：

（1）市电状态（来自ATS）：是否发生停电。

（2）远程启动信号（手动/自动）：来自控制屏按钮或远程监控系统。

2、启动指令与启动程序

当控制器检测到“市电故障”或“开机”信号时，立即进入启动程序。

（1）预热：在低温环境下，控制器先接通预热塞，提高气缸温度，便于启动。

（2）启动：控制器吸合启动马达继电器，启动马达带动发动机曲轴旋转。同时，打开燃油电磁阀供油。

一旦发动机达到点火转速，喷油系统开始工作，发动机自行着火运转。控制器随后断开启动马达。

3、启动成功判断与建压

（1）控制器通过转速传感器检测发动机是否在预定时间内成功启动并达到额定转速。

（2）发动机带动发电机转子旋转，发电机内部的AVR（自动电压调节器）开始工作，通过向励磁绕组提供电流，建立稳定的空载电压（通常为400V/230V）。

4、合闸供电

（1）当控制器检测到发电机输出的电压和频率均已稳定在额定值后，会向ATS发出指令，将负载从市电侧切换到发电机侧（或直接闭合发电机组输出断路器）。

（2）此时，发电机组开始正式向负载供电。

5、运行中的调节与监测
这是控制系统最关键的工作，确保供电质量与发电机组安全。

（1）频率稳定：目标保持50Hz（或60Hz）。频率与发动机转速成正比（公式：频率=极对数×转速/60）。控制器通过转速传感器监测频率，并控制电子调速器来增减油门，从而精确控制转速，最终稳定频率。

（2）电压稳定：目标保持400V/230V。控制器监测发电机输出电压。当负载变化引起电压波动时，控制器通过AVR动态调节励磁电流。电流大则电压高，电流小则电压低，从而实现电压稳定。

（3）保护功能：控制器持续监测所有传感器数据，一旦任何参数超出安全范围，会立即报警并执行停机，防止设备损坏。主要保护项：

① 高水温、低油压、超速：发动机三大致命故障保护，最高优先级。

② 过流、过载、短路：保护发电机和线路。

③ 欠压、过压、欠频：保护用电设备。

6、停机程序

当控制器收到市电恢复信号或停机指令时，进入停机程序。

（1）卸载：控制器先命令ATS将负载切换回市电，发电机组空载运行。

（2）冷却停机：让发电机组在无负载下运行一段时间（通常几分钟），使发动机温度逐渐下降，避免高温骤停损坏发动机。冷却完成后，控制器关闭燃油电磁阀，发动机熄火，回归待机状态。

 

图1  柴油发电机组控制器电路原理图

 

总结：

柴油发电机组控制系统是一个典型的监测-决策-执行闭环自动控制系统。它通过控制器作为大脑，综合处理传感器提供的实时数据，并通过控制发动机的转速（频率）和发电机的励磁（电压），最终实现安全、可靠、稳定供电的终极目标。其工作原理完美体现了机电一体化的精髓。

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维修与技术支持：
康明斯（Cummins）作为全球知名品牌，其柴油发电机组故障诊断技术结合了机械、电子和智能系统的综合分析方法，能够快速定位问题并减少停机时间。