Ujevnt luftgap mellom stator og rotor (vanligvis kjent som «luftgapseksentrisitet») i store hydrogeneratorer er en alvorlig feiltilstand som kan ha en rekke negative effekter på enhetens stabile drift og levetid.
Enkelt sagt forårsaker ujevnt luftgap asymmetrisk magnetfeltfordeling, som igjen utløser en rekke elektromagnetiske og mekaniske problemer. Nedenfor analyserer vi i detalj virkningen på statorstrøm og -spenning, samt andre tilhørende negative konsekvenser.
I. Påvirkning på statorstrømmen
Dette er den mest direkte og åpenbare effekten.
1. Økt strøm- og bølgeformforvrengning
Prinsipp: I områder med mindre luftgap er den magnetiske motstanden mindre og den magnetiske fluksdensiteten større; i områder med større luftgap er den magnetiske motstanden større og den magnetiske fluksdensiteten mindre. Dette asymmetriske magnetfeltet induserer ubalansert elektromotorisk kraft i statorviklingene.
Ytelse: Dette forårsaker ubalanse i trefase-statorstrømmene. Enda viktigere er det at et stort antall høyordens harmoniske, spesielt oddeharmoniske (som 3., 5., 7. osv.), introduseres i strømbølgeformen, noe som fører til at strømbølgeformen ikke lenger er en jevn sinusbølge, men blir forvrengt.
2. Generering av strømkomponenter med karakteristiske frekvenser
Prinsipp: Det roterende eksentriske magnetfeltet tilsvarer en lavfrekvent modulasjonskilde som modulerer den grunnleggende effektfrekvensstrømmen.
Ytelse: Sidebånd vises i statorstrømspekteret. Mer spesifikt vises karakteristiske frekvenskomponenter på begge sider av grunnfrekvensen (50 Hz).
3. Lokal overoppheting av viklinger
Prinsipp: Harmoniske komponenter i strømmen øker kobbertapet (I²R-tapet) i statorviklingene. Samtidig genererer harmoniske strømmer ytterligere virvelstrøm- og hysteresetap i jernkjernen, noe som fører til økt jerntap.
Ytelse: Den lokale temperaturen på statorviklingene og jernkjernen stiger unormalt, noe som kan overskride den tillatte grensen for isolasjonsmaterialer, akselerere aldring av isolasjonen og til og med forårsake kortslutningsulykker.
II. Påvirkning på statorspenningen
Selv om påvirkningen på spenningen ikke er like direkte som på strømmen, er den like viktig.
1. Spenningsbølgeformforvrengning
Prinsipp: Den elektromotoriske kraften som genereres av generatoren er direkte relatert til luftgapets magnetiske fluks. Ujevnt luftgap forårsaker forvrengning av den magnetiske fluksbølgeformen, som igjen fører til at den induserte statorspenningsbølgeformen også forvrenges, og inneholder harmoniske spenninger.
Ytelse: Utgangsspenningskvaliteten synker og er ikke lenger en standard sinusbølge.
2. Spenningsubalanse
I alvorlige asymmetriske tilfeller kan det forårsake en viss grad av ubalanse i trefaseutgangsspenningen.
III. Andre mer alvorlige bivirkninger (forårsaket av strøm- og spenningsproblemer)
Ovennevnte strøm- og spenningsproblemer vil ytterligere utløse en rekke kjedereaksjoner, som ofte er mer dødelige.
1. Ubalansert magnetisk trekk (UMP)
Dette er den viktigste og farligste konsekvensen av luftgapets eksentrisitet.
​
Prinsipp: På siden med et mindre luftgap er den magnetiske trekkraften mye større enn på siden med et større luftgap. Denne netto magnetiske trekkraften (UMP) vil trekke rotoren ytterligere mot siden med det mindre luftgap.
Ond sirkel: UMP vil forverre problemet med ujevn luftspalte og danne en ond sirkel. Jo mer eksentrisitet, desto større UMP; jo større UMP, desto mer alvorlig eksentrisitet.
Konsekvenser:
• Økt vibrasjon og støy: Enheten genererer sterk frekvensdoblet vibrasjon (hovedsakelig 2 ganger strømfrekvensen, 100 Hz), og vibrasjons- og støynivåene øker betydelig.
• Mekanisk skade på komponenter: Langvarig UMP vil forårsake økt lagerslitasje, akseltretthet, akselbøyning, og kan til og med føre til at statoren og rotoren gnis mot hverandre (gjensidig friksjon og kollisjon), noe som er en ødeleggende feil.
2. Økt enhetsvibrasjon

Kilder: Hovedsakelig fra to aspekter:
1. Elektromagnetisk vibrasjon: Forårsaket av ubalansert magnetisk trekk (UMP), er frekvensen relatert til det roterende magnetfeltet og nettfrekvensen.
2. Mekanisk vibrasjon: Forårsaket av lagerslitasje, feiljustering av akselen og andre problemer forårsaket av UMP.
Konsekvenser: Påvirker den stabile driften av hele generatorsettet (inkludert turbinen) og truer sikkerheten til kraftverksstrukturen.
3. Påvirkning på nettforbindelse og kraftsystem
Forvrengning av spenningsbølgeform og strømharmoniske vil forurense kraftverkets strømnett og injiseres i nettet, noe som kan påvirke normal drift av annet utstyr på samme buss og ikke oppfyller kravene til strømkvalitet.
4. Redusert effektivitet og utgangseffekt
Ytterligere harmoniske tap og oppvarming vil redusere generatorens effektivitet, og med samme tilførte vanneffekt vil den nyttige aktive effekten reduseres.
Konklusjon

Ujevnt luftgap mellom stator og rotor i store hydrogeneratorer er på ingen måte en triviell sak. Det starter som et elektromagnetisk problem, men utvikler seg raskt til en omfattende og alvorlig feil som integrerer elektriske, mekaniske og termiske aspekter. Den ubalanserte magnetiske tiltrekningen (UMP) det forårsaker og den resulterende kraftige vibrasjonen er de primære faktorene som truer enhetens sikre drift. Derfor må luftgapets ensartethet kontrolleres strengt under installasjon, vedlikehold og daglig drift og vedlikehold av enheten, og tidlige tegn på eksentrisitetsfeil må oppdages og håndteres i tide gjennom online overvåkingssystemer (som vibrasjons-, strøm- og luftgapovervåking).