在柴油機汽缸內，經過空氣濾清器過濾后的潔凈空氣與噴油嘴噴射出的高壓霧化柴油充分混合，在活塞上行的擠壓下，體積縮小，溫度迅速升高，達到柴油的燃點。柴油被點燃，混合氣體劇烈燃燒，體積迅速膨脹，推動活塞下行，稱為'作功'。各汽缸按一定順序依次作功，作用在活塞上的推力經過連桿變成了推動曲軸轉動的力量，從而帶動曲軸旋轉。
將無刷同步交流發電機與柴油機曲軸同軸安裝，就可以利用柴油機的旋轉帶動發電機的轉子，利用'電磁感應'原理，發電機就會輸出感應電動勢，經閉合的負載回路就能產生電流。
這里只描述發電機組最基本的工作原理。要想得到可使用的、穩定的電力輸出，還需要一系列的柴油機和發電機控制、保護器件和回路。
柴油發電機組是一種小型發電設備，系指以柴油等為燃料，以柴油機為原動機帶動發電機發電的動力機械。整套機組一般由柴油機、發電機、控制箱、燃油箱、起動和控制用蓄電瓶、保護裝置、應急柜等部件組成。整體可以固定在基礎上，定位使用，亦可裝在拖車上，供移動使用。柴油發電機組屬非連續運行發電設備，若連續運行超過12h，其輸出功率將低于額定功率約90%。盡管柴油發電機組的功率較低，但由于其體積小、靈活、輕便、配套齊全，便于操作和維護，所以廣泛應用于礦山、鐵路、野外工地、道路交通維護、以及工廠、企業、醫院等部門，作為備用電源或臨時電源。


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