Το ανομοιόμορφο διάκενο αέρα μεταξύ στάτορα και ρότορα (κοινώς γνωστό ως «εκκεντρότητα διακένου αέρα») σε μεγάλες υδρογεννήτριες είναι μια σοβαρή κατάσταση σφάλματος που μπορεί να έχει μια σειρά από αρνητικές επιπτώσεις στη σταθερή λειτουργία και τη διάρκεια ζωής της μονάδας.
Με απλά λόγια, το ανομοιόμορφο διάκενο αέρα προκαλεί ασύμμετρη κατανομή μαγνητικού πεδίου, η οποία με τη σειρά της πυροδοτεί μια σειρά από ηλεκτρομαγνητικά και μηχανικά προβλήματα. Παρακάτω αναλύουμε λεπτομερώς την επίδραση στο ρεύμα και την τάση του στάτη, καθώς και άλλες σχετικές αρνητικές συνέπειες.
I. Επίδραση στο ρεύμα του στάτη
Αυτή είναι η πιο άμεση και εμφανής επίδραση.
1. Αυξημένη παραμόρφωση ρεύματος και κυματομορφής
Αρχή: Σε περιοχές με μικρότερα κενά αέρα, η μαγνητική αντίσταση είναι μικρότερη και η πυκνότητα μαγνητικής ροής μεγαλύτερη. Σε περιοχές με μεγαλύτερα κενά αέρα, η μαγνητική αντίσταση είναι μεγαλύτερη και η πυκνότητα μαγνητικής ροής μικρότερη. Αυτό το ασύμμετρο μαγνητικό πεδίο προκαλεί μη ισορροπημένη ηλεκτροκινητική δύναμη στις περιελίξεις του στάτορα.
Απόδοση: Αυτό προκαλεί ανισορροπία στα τριφασικά ρεύματα του στάτη. Το πιο σημαντικό είναι ότι ένας μεγάλος αριθμός αρμονικών υψηλής τάξης, ειδικά περιττές αρμονικές (όπως 3η, 5η, 7η, κ.λπ.), εισάγεται στην κυματομορφή ρεύματος, με αποτέλεσμα η κυματομορφή ρεύματος να μην είναι πλέον ένα ομαλό ημιτονοειδές κύμα αλλά να είναι παραμορφωμένη.
2. Δημιουργία Συνιστωσών Ρεύματος με Χαρακτηριστικές Συχνότητες
Αρχή: Το περιστρεφόμενο έκκεντρο μαγνητικό πεδίο είναι ισοδύναμο με μια πηγή διαμόρφωσης χαμηλής συχνότητας που διαμορφώνει το βασικό ρεύμα συχνότητας ισχύος.
Απόδοση: Οι πλευρικές ζώνες εμφανίζονται στο φάσμα ρεύματος του στάτη. Συγκεκριμένα, οι χαρακτηριστικές συνιστώσες συχνότητας εμφανίζονται και στις δύο πλευρές της θεμελιώδους συχνότητας (50Hz).
3. Τοπική υπερθέρμανση των περιελίξεων
Αρχή: Οι αρμονικές συνιστώσες στο ρεύμα αυξάνουν την απώλεια χαλκού (απώλεια I²R) των περιελίξεων του στάτορα. Ταυτόχρονα, τα αρμονικά ρεύματα δημιουργούν πρόσθετες απώλειες δινορρευμάτων και υστέρησης στον πυρήνα σιδήρου, οδηγώντας σε αυξημένη απώλεια σιδήρου.
Απόδοση: Η τοπική θερμοκρασία των περιελίξεων του στάτη και του πυρήνα σιδήρου αυξάνεται ασυνήθιστα, γεγονός που μπορεί να υπερβεί το επιτρεπόμενο όριο των μονωτικών υλικών, να επιταχύνει τη γήρανση της μόνωσης και ακόμη και να προκαλέσει ατυχήματα βραχυκυκλώματος λόγω εξάντλησης.
II. Επιπτώσεις στην τάση του στάτη
Αν και η επίδραση στην τάση δεν είναι τόσο άμεση όσο στο ρεύμα, είναι εξίσου σημαντική.
1. Παραμόρφωση κυματομορφής τάσης
Αρχή: Η ηλεκτρεγερτική δύναμη που παράγεται από τη γεννήτρια σχετίζεται άμεσα με τη μαγνητική ροή του διακένου αέρα. Το ανομοιόμορφο διάκενο αέρα προκαλεί παραμόρφωση της κυματομορφής μαγνητικής ροής, η οποία με τη σειρά της προκαλεί παραμόρφωση της κυματομορφής επαγόμενης τάσης του στάτη, η οποία περιέχει αρμονικές τάσεις.
Απόδοση: Η ποιότητα της τάσης εξόδου μειώνεται και δεν είναι πλέον ένα τυπικό ημιτονοειδές κύμα.
2. Ανισορροπία τάσης
Σε σοβαρές ασύμμετρες περιπτώσεις, μπορεί να προκαλέσει έναν ορισμένο βαθμό ανισορροπίας στην τριφασική τάση εξόδου.
III. Άλλες πιο σοβαρές ανεπιθύμητες ενέργειες (που προκαλούνται από προβλήματα ρεύματος και τάσης)
Τα παραπάνω προβλήματα ρεύματος και τάσης θα πυροδοτήσουν περαιτέρω μια σειρά αλυσιδωτών αντιδράσεων, οι οποίες συχνά είναι πιο θανατηφόρες.
1. Μη ισορροπημένη μαγνητική έλξη (UMP)
Αυτή είναι η πιο βασική και επικίνδυνη συνέπεια της εκκεντρότητας του διακένου αέρα.
​
Αρχή: Στην πλευρά με μικρότερο διάκενο αέρα, η μαγνητική έλξη είναι πολύ μεγαλύτερη από ό,τι στην πλευρά με μεγαλύτερο διάκενο αέρα. Αυτή η καθαρή μαγνητική έλξη (UMP) θα τραβήξει περαιτέρω τον ρότορα προς την πλευρά με το μικρότερο διάκενο αέρα.
Φαύλος Κύκλος: Το UMP θα επιδεινώσει το πρόβλημα του ανομοιόμορφου διακένου αέρα, σχηματίζοντας έναν φαύλο κύκλο. Όσο πιο σοβαρή είναι η εκκεντρότητα, τόσο μεγαλύτερη είναι η UMP. Όσο μεγαλύτερη είναι η UMP, τόσο πιο σοβαρή είναι η εκκεντρότητα.
Συνέπειες:
•Αυξημένοι κραδασμοί και θόρυβος: Η μονάδα παράγει ισχυρούς κραδασμούς διπλάσιας συχνότητας (κυρίως 2 φορές τη συχνότητα ισχύος, 100Hz) και τα επίπεδα κραδασμών και θορύβου αυξάνονται σημαντικά.
•Μηχανική Βλάβη σε Εξαρτήματα: Η μακροχρόνια UMP θα προκαλέσει αυξημένη φθορά στα ρουλεμάν, κόπωση του στροφέα, κάμψη του άξονα και μπορεί ακόμη και να προκαλέσει τριβή μεταξύ του στάτορα και του ρότορα (αμοιβαία τριβή και σύγκρουση), η οποία αποτελεί μια καταστροφική βλάβη.
2. Αυξημένη δόνηση μονάδας

Πηγές: Κυρίως από δύο απόψεις:
1. Ηλεκτρομαγνητική δόνηση: Προκαλείται από μη ισορροπημένη μαγνητική έλξη (UMP), η συχνότητα σχετίζεται με το περιστρεφόμενο μαγνητικό πεδίο και τη συχνότητα του πλέγματος.
2. Μηχανική δόνηση: Προκαλείται από φθορά ρουλεμάν, κακή ευθυγράμμιση άξονα και άλλα προβλήματα που προκαλούνται από UMP.
Συνέπειες: Επηρεάζει τη σταθερή λειτουργία ολόκληρου του ηλεκτροπαραγωγού ζεύγους (συμπεριλαμβανομένης της τουρμπίνας) και απειλεί την ασφάλεια της κατασκευής του σταθμού παραγωγής ενέργειας.
3. Επιπτώσεις στη σύνδεση στο δίκτυο και στο σύστημα ηλεκτρικής ενέργειας
Η παραμόρφωση της κυματομορφής τάσης και οι αρμονικές ρεύματος θα μολύνουν το σύστημα ισχύος της εγκατάστασης και θα διοχετεύσουν ενέργεια στο δίκτυο, γεγονός που μπορεί να επηρεάσει την κανονική λειτουργία άλλου εξοπλισμού στον ίδιο δίαυλο και δεν πληροί τις απαιτήσεις ποιότητας ισχύος.
4. Μειωμένη απόδοση και ισχύς εξόδου
Οι πρόσθετες απώλειες αρμονικών και η θέρμανση θα μειώσουν την απόδοση της γεννήτριας και, υπό την ίδια ισχύ εισόδου νερού, η ωφέλιμη ενεργός ισχύς εξόδου θα μειωθεί.
Σύναψη

Το ανομοιόμορφο διάκενο αέρα μεταξύ στάτορα και ρότορα σε μεγάλες υδρογεννήτριες δεν είναι καθόλου ασήμαντο ζήτημα. Ξεκινά ως ένα ηλεκτρομαγνητικό πρόβλημα, αλλά γρήγορα εξελίσσεται σε ένα ολοκληρωμένο σοβαρό σφάλμα που ενσωματώνει ηλεκτρικές, μηχανικές και θερμικές πτυχές. Η μη ισορροπημένη μαγνητική έλξη (UMP) που προκαλεί και οι επακόλουθες σοβαρές δονήσεις είναι οι κύριοι παράγοντες που απειλούν την ασφαλή λειτουργία της μονάδας. Επομένως, κατά την εγκατάσταση, τη συντήρηση και την καθημερινή λειτουργία και συντήρηση της μονάδας, η ομοιομορφία του διακένου αέρα πρέπει να ελέγχεται αυστηρά και τα πρώιμα σημάδια σφαλμάτων εκκεντρότητας πρέπει να ανιχνεύονται και να αντιμετωπίζονται έγκαιρα μέσω ηλεκτρονικών συστημάτων παρακολούθησης (όπως παρακολούθηση κραδασμών, ρεύματος και διακένου αέρα).