Staattorin ja roottorin välinen epätasainen ilmarako (yleisesti tunnettu "ilmaraon epäkeskisyytenä") suurissa vesivoimalaitoksissa on vakava vikatila, jolla voi olla useita haitallisia vaikutuksia yksikön vakaaseen toimintaan ja käyttöikään.
Yksinkertaisesti sanottuna epätasainen ilmaväli aiheuttaa epäsymmetrisen magneettikentän jakauman, mikä puolestaan ​​laukaisee sarjan sähkömagneettisia ja mekaanisia ongelmia. Seuraavaksi analysoimme yksityiskohtaisesti vaikutusta staattorivirtaan ja -jännitteeseen sekä muita niihin liittyviä haitallisia seurauksia.
I. Vaikutus staattorivirtaan
Tämä on suorin ja ilmeisin vaikutus.
1. Lisääntynyt virta ja aaltomuodon vääristymä
Periaate: Alueilla, joilla on pienemmät ilmaraot, magneettinen vastus on pienempi ja magneettivuon tiheys on suurempi; alueilla, joilla on suuremmat ilmaraot, magneettinen vastus on suurempi ja magneettivuon tiheys on pienempi. Tämä epäsymmetrinen magneettikenttä aiheuttaa epätasapainoisen sähkömotorisen voiman staattorikäämeihin.
Suorituskyky: Tämä aiheuttaa epätasapainoa kolmivaiheisissa staattorivirroissa. Vielä tärkeämpää on, että virta-aaltomuotoon lisätään suuri määrä korkean asteen harmonisia yliaaltoja, erityisesti parittomia yliaaltoja (kuten 3., 5., 7. jne.), minkä seurauksena virta-aaltomuoto ei ole enää tasainen siniaalto, vaan vääristyy.
2. Ominaistaajuuksisten virtakomponenttien generointi
Periaate: Pyörivä epäkeskinen magneettikenttä vastaa matalataajuista modulaatiolähdettä, joka moduloi perusvirran taajuusaluetta.
Suorituskyky: Staattorin virtaspektrissä näkyy sivukaistoja. Tarkemmin sanottuna ominaistaajuuskomponentit näkyvät perustaajuuden (50 Hz) molemmilla puolilla.
3. Käämien paikallinen ylikuumeneminen
Periaate: Virran harmoniset komponentit lisäävät staattorikäämien kuparihäviötä (I²R-häviötä). Samalla harmoniset virrat aiheuttavat lisää pyörrevirta- ja hystereesihäviöitä rautasydämessä, mikä johtaa lisääntyneeseen rautahäviöön.
Suorituskyky: Staattorikäämien ja rautasydämen paikallinen lämpötila nousee epänormaalisti, mikä voi ylittää eristysmateriaalien sallitun rajan, kiihdyttää eristyksen ikääntymistä ja jopa aiheuttaa oikosulkuonnettomuuksia.
II. Vaikutus staattorijännitteeseen
Vaikka vaikutus jännitteeseen ei ole yhtä suora kuin virtaan, se on yhtä tärkeä.
1. Jännitteen aaltomuodon vääristymä
Periaate: Generaattorin tuottama sähkömotorinen voima liittyy suoraan ilmaraon magneettivuohon. Epätasainen ilmarako aiheuttaa magneettivuon aaltomuodon vääristymistä, mikä puolestaan ​​aiheuttaa myös indusoidun staattorijännitteen aaltomuodon vääristymisen ja harmonisten jännitteiden esiintymisen.
Suorituskyky: Lähtöjännitteen laatu heikkenee eikä se ole enää vakio siniaalto.
2. Jännite-epätasapaino
Vakavissa epäsymmetrisissä tapauksissa se voi aiheuttaa tietynasteista epätasapainoa kolmivaiheisessa lähtöjännitteessä.
III. Muut vakavammat haittavaikutukset (virta- ja jänniteongelmien aiheuttamat)
Yllä mainitut virta- ja jänniteongelmat laukaisevat edelleen sarjan ketjureaktioita, jotka ovat usein kohtalokkaampia.
1. Epätasapainoinen magneettinen vetovoima (UMP)
Tämä on ilmaraon epäkeskisyyden ydin ja vaarallisin seuraus.
​
Periaate: Pienemmällä ilmavälillä varustetulla puolella magneettinen vetovoima on paljon suurempi kuin suuremmalla ilmavälillä varustetulla puolella. Tämä magneettinen nettovetovoima (UMP) vetää roottoria edelleen kohti pienemmän ilmavälin omaavaa puolta.
Noidankehä: UMP pahentaa epätasaisen ilmaraon ongelmaa muodostaen noidankehän. Mitä suurempi epäkeskisyys, sitä suurempi UMP; mitä suurempi UMP, sitä suurempi epäkeskisyys.
Seuraukset:
•Lisääntynyt tärinä ja melu: Laite tuottaa voimakasta, kaksinkertaista taajuusvärähtelyä (pääasiassa kaksinkertainen tehotaajuus, 100 Hz), ja tärinä- ja melutasot lisääntyvät merkittävästi.
•Komponenttien mekaaniset vauriot: Pitkäaikainen ylikuormitus (UMP) lisää laakerin kulumista, laakerin väsymistä, akselin taipumista ja voi jopa aiheuttaa staattorin ja roottorin hankautumista toisiaan vasten (keskinäinen kitka ja törmäys), mikä on tuhoisa vika.
2. Lisääntynyt yksikön tärinä

Lähteet: Pääasiassa kahdesta näkökulmasta:
1. Sähkömagneettinen värähtely: Epätasapainoisen magneettisen vetovoiman (UMP) aiheuttama värähtely liittyy pyörivään magneettikenttään ja verkon taajuuteen.
2. Mekaaninen tärinä: Johtuu laakerin kulumisesta, akselin linjausvirheestä ja muista UMP:n aiheuttamista ongelmista.
Seuraukset: Vaikuttaa koko generaattorikoneiston (mukaan lukien turbiinin) vakaaseen toimintaan ja uhkaa voimalaitoksen rakenteen turvallisuutta.
3. Vaikutus verkkoon liittymiseen ja sähköjärjestelmään
Jänniteaallon muodon vääristymä ja virran harmoniset yliaallot saastuttavat laitoksen sähköjärjestelmää ja syöttävät sähköä verkkoon, mikä voi vaikuttaa muiden samassa väylässä olevien laitteiden normaaliin toimintaan eikä täytä sähkönlaatuvaatimuksia.
4. Alennettu hyötysuhde ja lähtöteho
Lisäharmoniset häviöt ja lämpeneminen heikentävät generaattorin hyötysuhdetta, ja samalla syöttöveden teholla hyödyllinen pätöteho pienenee.
Johtopäätös

Epätasainen ilmarako staattorin ja roottorin välillä suurissa vesivoimalaitoksissa ei ole suinkaan vähäpätöinen asia. Se alkaa sähkömagneettisena ongelmana, mutta kehittyy nopeasti vakavaksi viaksi, joka yhdistää sähköisiä, mekaanisia ja lämpöön liittyviä näkökohtia. Sen aiheuttama epätasapainoinen magneettinen vetovoima (UMP) ja siitä johtuva voimakas tärinä ovat ensisijaisia ​​tekijöitä, jotka uhkaavat yksikön turvallista toimintaa. Siksi yksikön asennuksen, huollon sekä päivittäisen käytön ja kunnossapidon aikana ilmaraon tasaisuutta on valvottava tarkasti, ja epäkeskisyysvikojen varhaiset merkit on havaittava ja käsiteltävä ajoissa online-valvontajärjestelmien (kuten tärinän, virran ja ilmaraon valvonnan) avulla.