Intervalul de aer neuniform dintre stator și rotor (cunoscut în mod obișnuit sub numele de „excentricitate a intervalului de aer”) la hidrogeneratoarele mari este un mod de defecțiune grav care poate avea o serie de efecte adverse asupra funcționării stabile și a duratei de viață a unității.
În termeni simpli, întrefierul neuniform provoacă o distribuție asimetrică a câmpului magnetic, care la rândul său declanșează o serie de probleme electromagnetice și mecanice. Mai jos analizăm în detaliu impactul asupra curentului și tensiunii statorice, precum și alte consecințe adverse asociate.
I. Impactul asupra curentului statoric
Acesta este efectul cel mai direct și evident.
1. Creșterea curentului și a distorsiunii formei de undă
Principiu: În zonele cu întrefiere mai mici, rezistența magnetică este mai mică, iar densitatea fluxului magnetic este mai mare; în zonele cu întrefiere mai mari, rezistența magnetică este mai mare, iar densitatea fluxului magnetic este mai mică. Acest câmp magnetic asimetric induce o forță electromotoare dezechilibrată în înfășurările statorului.
Performanță: Acest lucru provoacă un dezechilibru în curenții statorici trifazați. Mai important, un număr mare de armonice de ordin superior, în special armonice impare (cum ar fi a 3-a, a 5-a, a 7-a etc.), sunt introduse în forma de undă a curentului, ceea ce face ca aceasta să nu mai fie o undă sinusoidală lină, ci să fie distorsionată.
2. Generarea componentelor de curent cu frecvențe caracteristice
Principiu: Câmpul magnetic excentric rotativ este echivalent cu o sursă de modulație de joasă frecvență care modulează curentul de frecvență de bază al puterii.
Performanță: În spectrul de curent statoric apar benzi laterale. Mai exact, componentele de frecvență caracteristice apar de ambele părți ale frecvenței fundamentale (50 Hz).
3. Supraîncălzirea locală a înfășurărilor
Principiu: Componentele armonice din curent cresc pierderile de cupru (pierderea I²R) ale înfășurărilor statorului. În același timp, curenții armonici generează pierderi suplimentare prin curenți turbionari și histerezis în miezul de fier, ceea ce duce la creșterea pierderilor de fier.
Performanță: Temperatura locală a înfășurărilor statorului și a miezului de fier crește anormal, ceea ce poate depăși limita admisă a materialelor izolatoare, poate accelera îmbătrânirea izolației și chiar poate provoca accidente de scurtcircuit.
II. Impactul asupra tensiunii statorice
Deși impactul asupra tensiunii nu este la fel de direct ca asupra curentului, este la fel de important.
1. Distorsiunea formei de undă a tensiunii
Principiu: Forța electromotoare generată de generator este direct legată de fluxul magnetic al întrefierului. Întrefierul neuniform provoacă distorsiuni ale formei de undă a fluxului magnetic, ceea ce, la rândul său, face ca și forma de undă a tensiunii statorice induse să fie distorsionată, conținând tensiuni armonice.
Performanță: Calitatea tensiunii de ieșire scade și nu mai este o undă sinusoidală standard.
2. Dezechilibru de tensiune
În cazuri asimetrice severe, poate provoca un anumit grad de dezechilibru al tensiunii de ieșire trifazate.
III. Alte efecte adverse mai grave (cauzate de probleme de curent și tensiune)
Problemele de curent și tensiune menționate mai sus vor declanșa în continuare o serie de reacții în lanț, care sunt adesea mai fatale.
1. Forța magnetică dezechilibrată (UMP)
Aceasta este cea mai importantă și periculoasă consecință a excentricității spațiului de aer.
​
Principiu: Pe partea cu un spațiu de aer mai mic, atracția magnetică este mult mai mare decât pe partea cu un spațiu de aer mai mare. Această atracție magnetică netă (UMP) va trage și mai mult rotorul spre partea cu spațiul de aer mai mic.
Cerc vicios: UMP va agrava problema spațiului de aer neuniform, formând un cerc vicios. Cu cât excentricitatea este mai severă, cu atât UMP este mai mare; cu cât UMP este mai mare, cu atât excentricitatea este mai severă.
Consecințe:
• Vibrații și zgomot crescute: Unitatea generează vibrații puternice cu frecvență dublă (în principal de 2 ori frecvența de alimentare, 100 Hz), iar nivelurile de vibrații și zgomot cresc semnificativ.
• Deteriorarea mecanică a componentelor: UMP pe termen lung va cauza uzura crescută a rulmenților, oboseala fusului, îndoirea arborelui și poate chiar cauza frecarea statorului și a rotorului unul de celălalt (frecare și coliziune reciprocă), ceea ce reprezintă o defecțiune devastatoare.
2. Vibrații crescute ale unității

Surse: În principal din două aspecte:
1. Vibrații electromagnetice: Cauzate de atracția magnetică dezechilibrată (UMP), frecvența este legată de câmpul magnetic rotativ și de frecvența rețelei.
2. Vibrații mecanice: Cauzate de uzura rulmenților, nealinierea arborelui și alte probleme cauzate de UMP.
Consecințe: Afectează funcționarea stabilă a întregului grup electrogen (inclusiv a turbinei) și amenință siguranța structurii centralei electrice.
3. Impactul asupra conexiunii la rețea și a sistemului energetic
Distorsiunea formei de undă a tensiunii și armonicile de curent vor polua sistemul energetic al centralei și se vor injecta în rețea, ceea ce poate afecta funcționarea normală a altor echipamente de pe aceeași magistrală și nu îndeplinește cerințele de calitate a energiei.
4. Eficiență și putere de ieșire reduse
Pierderile armonice suplimentare și încălzirea vor reduce eficiența generatorului, iar la aceeași putere a apei de intrare, puterea activă utilă de ieșire va scădea.
Concluzie

Intervalul de aer neuniform dintre stator și rotor în cazul hidrogeneratoarelor mari nu este nicidecum o problemă banală. Începe ca o problemă electromagnetică, dar evoluează rapid într-o defecțiune gravă și complexă, care integrează aspecte electrice, mecanice și termice. Forța magnetică dezechilibrată (UMP) pe care o provoacă și vibrațiile severe rezultate sunt principalii factori care amenință funcționarea în siguranță a unității. Prin urmare, în timpul instalării, întreținerii și funcționării și întreținerii zilnice a unității, uniformitatea intervalului de aer trebuie controlată strict, iar semnele timpurii ale defecțiunilor de excentricitate trebuie detectate și tratate în timp util prin sisteme de monitorizare online (cum ar fi monitorizarea vibrațiilor, curentului și a intervalului de aer).