Nevienmērīga gaisa sprauga starp statoru un rotoru (pazīstama kā “gaisa spraugas ekscentricitāte”) lielos hidroģeneratoros ir nopietns kļūmes režīms, kas var negatīvi ietekmēt iekārtas stabilu darbību un kalpošanas laiku.
Vienkārši sakot, nevienmērīga gaisa sprauga izraisa asimetrisku magnētiskā lauka sadalījumu, kas savukārt izraisa virkni elektromagnētisku un mehānisku problēmu. Tālāk mēs detalizēti analizējam ietekmi uz statora strāvu un spriegumu, kā arī citas ar to saistītās nelabvēlīgās sekas.
I. Ietekme uz statora strāvu
Šī ir vistiešākā un acīmredzamākā ietekme.
1. Palielināta strāva un viļņu formas kropļojumi
Princips: apgabalos ar mazākām gaisa spraugām magnētiskā pretestība ir mazāka un magnētiskā plūsmas blīvums ir lielāks; apgabalos ar lielākām gaisa spraugām magnētiskā pretestība ir lielāka un magnētiskā plūsmas blīvums ir mazāks. Šis asimetriskais magnētiskais lauks statora tinumos inducē nelīdzsvarotu elektromotorisko spēku.
Veiktspēja: Tas izraisa trīsfāžu statora strāvu nelīdzsvarotību. Vēl svarīgāk ir tas, ka strāvas viļņu formā tiek ievadīts liels skaits augstas kārtas harmoniku, īpaši nepāra harmoniku (piemēram, 3., 5., 7. utt.), kā rezultātā strāvas viļņu forma vairs nav vienmērīga sinusoīda, bet gan kropļota.
2. Strāvas komponentu ģenerēšana ar raksturīgām frekvencēm
Princips: Rotējošais ekscentriskais magnētiskais lauks ir līdzvērtīgs zemfrekvences modulācijas avotam, kas modulē pamata jaudas frekvences strāvu.
Veiktspēja: Statora strāvas spektrā parādās sānu joslas. Konkrēti, raksturīgās frekvences komponentes parādās abās pamatfrekvences (50 Hz) pusēs.
3. Vietēja tinumu pārkaršana
Princips: Harmoniskās komponentes strāvā palielina statora tinumu vara zudumus (I²R zudumus). Vienlaikus harmoniskās strāvas rada papildu virpuļstrāvas un histerēzes zudumus dzelzs kodolā, kā rezultātā palielinās dzelzs zudumi.
Veiktspēja: Statora tinumu un dzelzs serdes lokālā temperatūra neparasti paaugstinās, kas var pārsniegt izolācijas materiālu pieļaujamo robežu, paātrināt izolācijas novecošanos un pat izraisīt īsslēguma izdegšanas negadījumus.
II. Ietekme uz statora spriegumu
Lai gan ietekme uz spriegumu nav tik tieša kā uz strāvu, tā ir tikpat svarīga.
1. Sprieguma viļņu formas kropļojumi
Princips: Ģeneratora radītais elektromotora spēks ir tieši saistīts ar gaisa spraugas magnētisko plūsmu. Nevienmērīga gaisa sprauga izraisa magnētiskās plūsmas viļņu formas kropļojumus, kas savukārt izraisa arī inducētās statora sprieguma viļņu formas kropļošanu, saturot harmoniskus spriegumus.
Veiktspēja: Izejas sprieguma kvalitāte samazinās un vairs nav standarta sinusoidāls.
2. Sprieguma nelīdzsvarotība
Smagos asimetrijas gadījumos tas var izraisīt zināmu trīsfāžu izejas sprieguma nelīdzsvarotību.
III. Citas nopietnākas blakusparādības (ko izraisa strāvas un sprieguma problēmas)
Iepriekš minētās strāvas un sprieguma problēmas vēl vairāk izraisīs virkni ķēdes reakciju, kas bieži vien ir daudz letālākas.
1. Nelīdzsvarota magnētiskā vilkme (UMP)
Šīs ir gaisa spraugas ekscentricitātes visnozīmīgākās un bīstamākās sekas.
​
Princips: Pusē ar mazāku gaisa spraugu magnētiskā vilkme ir daudz lielāka nekā pusē ar lielāku gaisa spraugu. Šī tīrā magnētiskā vilkme (UMP) vēl vairāk vilks rotoru uz pusi ar mazāku gaisa spraugu.
Apburtais loks: Nepārtrauktais gaisa spraugas lielums (UMP) pats saasinās nevienmērīgas gaisa spraugas problēmu, veidojot apburto loku. Jo lielāka ekscentricitāte, jo lielāks UMP; jo lielāks UMP, jo lielāka ekscentricitāte.
Sekas:
• Paaugstināta vibrācija un troksnis: Iekārta rada spēcīgu, divkāršotas frekvences vibrāciju (galvenokārt 2 reizes lielāku par jaudas frekvenci, 100 Hz), un vibrācijas un trokšņa līmenis ievērojami palielinās.
• Mehāniski bojājumi komponentiem: Ilgstoša mehāniskā pārslodze izraisīs palielinātu gultņu nodilumu, gultņu kakliņu nogurumu, vārpstas locīšanos un var pat izraisīt statora un rotora berzi viens pret otru (savstarpēja berze un sadursme), kas ir postoša kļūme.
2. Paaugstināta ierīces vibrācija

Avoti: Galvenokārt no diviem aspektiem:
1. Elektromagnētiskā vibrācija: to izraisa nesabalansēta magnētiskā vilkme (UMP), frekvence ir saistīta ar rotējošo magnētisko lauku un režģa frekvenci.
2. Mehāniskā vibrācija: to izraisa gultņu nodilums, vārpstas nobīde un citas UMP izraisītas problēmas.
Sekas: Ietekmē visa ģeneratora agregāta (ieskaitot turbīnu) stabilu darbību un apdraud spēkstacijas konstrukcijas drošību.
3. Ietekme uz tīkla pieslēgumu un energosistēmu
Sprieguma viļņu formas kropļojumi un strāvas harmonikas piesārņos elektrostacijas energosistēmu un ievadīs enerģiju tīklā, kas var ietekmēt citu tajā pašā kopnē esošo iekārtu normālu darbību un neatbilst elektroenerģijas kvalitātes prasībām.
4. Samazināta efektivitāte un izejas jauda
Papildu harmoniskie zudumi un sakaršana samazinās ģeneratora efektivitāti, un ar tādu pašu ieejas ūdens jaudu samazināsies lietderīgā aktīvā jauda.
Secinājums

Nevienmērīga gaisa sprauga starp statoru un rotoru lielos hidroģeneratoros nebūt nav triviāla problēma. Tā sākas kā elektromagnētiska problēma, bet ātri pāraug visaptverošā nopietnā kļūmē, kas apvieno elektriskos, mehāniskos un termiskos aspektus. Tās izraisītais nelīdzsvarotais magnētiskais vilkšanas spēks (UMP) un tā rezultātā radusies spēcīgā vibrācija ir galvenie faktori, kas apdraud iekārtas drošu darbību. Tāpēc iekārtas uzstādīšanas, apkopes, kā arī ikdienas ekspluatācijas un apkopes laikā ir stingri jākontrolē gaisa spraugas vienmērīgums, un agrīnas ekscentricitātes defektu pazīmes ir savlaicīgi jāatklāj un jānovērš, izmantojot tiešsaistes uzraudzības sistēmas (piemēram, vibrācijas, strāvas un gaisa spraugas uzraudzību).