Неравномерната въздушна междина между статора и ротора (известна като „ексцентричност на въздушната междина“) в големите хидрогенератори е сериозен вид повреда, която може да има редица неблагоприятни последици за стабилната работа и живота на агрегата.
Казано по-просто, неравномерната въздушна междина причинява асиметрично разпределение на магнитното поле, което от своя страна предизвиква серия от електромагнитни и механични проблеми. По-долу ще анализираме подробно влиянието върху статорния ток и напрежение, както и други свързани неблагоприятни последици.
I. Въздействие върху статорния ток
Това е най-прекият и очевиден ефект.
1. Увеличено изкривяване на тока и формата на вълната
Принцип: В области с по-малки въздушни междини, магнитното съпротивление е по-малко и плътността на магнитния поток е по-голяма; в области с по-големи въздушни междини, магнитното съпротивление е по-голямо и плътността на магнитния поток е по-малка. Това асиметрично магнитно поле индуцира небалансирана електродвижеща сила в статорните намотки.
Производителност: Това причинява дисбаланс в трифазните статорни токове. По-важното е, че голям брой хармоници от висок порядък, особено нечетни хармоници (като 3-ти, 5-ти, 7-ми и др.), се въвеждат във формата на вълната на тока, което води до това тя да не е гладка синусоида, а да бъде изкривена.
2. Генериране на токови компоненти с характерни честоти
Принцип: Въртящото се ексцентрично магнитно поле е еквивалентно на нискочестотен модулационен източник, който модулира тока с основна мрежова честота.
Производителност: В спектъра на статорния ток се появяват странични ленти. По-конкретно, характерните честотни компоненти се появяват от двете страни на основната честота (50Hz).
3. Локално прегряване на намотките
Принцип: Хармоничните компоненти в тока увеличават загубите в медта (загуба I²R) на статорните намотки. В същото време хармоничните токове генерират допълнителни загуби от вихрови токове и хистерезис в желязната сърцевина, което води до увеличени загуби в желязото.
Производителност: Локалната температура на статорните намотки и желязната сърцевина се повишава необичайно, което може да надвиши допустимата граница на изолационните материали, да ускори стареенето на изолацията и дори да причини късо съединение и прегаряне.
II. Въздействие върху статорното напрежение
Въпреки че влиянието върху напрежението не е толкова директно, колкото върху тока, то е също толкова важно.
1. Изкривяване на формата на вълната на напрежението
Принцип: Електродвижещата сила, генерирана от генератора, е пряко свързана с магнитния поток във въздушната междина. Неравномерната въздушна междина причинява изкривяване на формата на вълната на магнитния поток, което от своя страна води до изкривяване и на индуцираната форма на вълната на статорното напрежение, съдържаща хармонични напрежения.
Производителност: Качеството на изходното напрежение намалява и вече не е стандартна синусоида.
2. Дисбаланс на напрежението
В тежки асиметрични случаи това може да причини известна степен на дисбаланс в трифазното изходно напрежение.
III. Други по-сериозни неблагоприятни ефекти (причинени от проблеми с тока и напрежението)
Горните проблеми с тока и напрежението ще предизвикат поредица от верижни реакции, които често са по-фатални.
1. Небалансирано магнитно привличане (UMP)
Това е най-съществената и опасна последица от ексцентричността на въздушната междина.
​
Принцип: От страната с по-малка въздушна междина, магнитното привличане е много по-голямо, отколкото от страната с по-голяма въздушна междина. Това нетно магнитно привличане (UMP) ще придърпа допълнително ротора към страната с по-малката въздушна междина.
Порочен кръг: Неравномерното налягане (UMP) ще влоши проблема с неравномерната въздушна междина, образувайки порочен кръг. Колкото по-голяма е ексцентричността, толкова по-голяма е UMP; колкото по-голяма е UMP, толкова по-голяма е ексцентричността.
Последици:
• Повишени вибрации и шум: Уредът генерира силни вибрации с удвоена честота (предимно 2 пъти по-висока от захранващата честота, 100Hz), а нивата на вибрации и шум се увеличават значително.
• Механични повреди на компонентите: Дългосрочното UMP ще доведе до увеличено износване на лагерите, умора на шийките, огъване на вала и дори може да доведе до триене на статора и ротора един в друг (взаимно триене и сблъсък), което е опустошителен отказ.
2. Повишена вибрация на устройството

Източници: Главно от два аспекта:
1. Електромагнитни вибрации: Причинени от небалансирано магнитно привличане (UMP), честотата е свързана с въртящото се магнитно поле и честотата на мрежата.
2. Механични вибрации: Причинени от износване на лагери, несъосност на вала и други проблеми, причинени от UMP.
Последици: Засяга стабилната работа на целия генераторен агрегат (включително турбината) и заплашва безопасността на конструкцията на електроцентралата.
3. Въздействие върху мрежовата връзка и електроенергийната система
Изкривяването на формата на вълната на напрежението и хармониците на тока ще замърсят енергийната система на централата и ще се инжектират в мрежата, което може да повлияе на нормалната работа на друго оборудване на същата шина и да не отговаря на изискванията за качество на електроенергията.
4. Намалена ефективност и изходна мощност
Допълнителните хармонични загуби и нагряването ще намалят ефективността на генератора и при същата входна мощност на водата, полезната активна мощност ще намалее.
Заключение

Неравномерната въздушна междина между статора и ротора в големите хидрогенератори в никакъв случай не е тривиален проблем. Тя започва като електромагнитен проблем, но бързо се превръща в сериозна повреда, интегрираща електрически, механични и термични аспекти. Небалансираното магнитно привличане (UMP), което то причинява, и произтичащите от това силни вибрации са основните фактори, застрашаващи безопасната работа на агрегата. Следователно, по време на монтажа, поддръжката и ежедневната експлоатация и поддръжка на агрегата, равномерността на въздушната междина трябва да се контролира стриктно, а ранните признаци на ексцентрични дефекти трябва да се откриват и отстраняват своевременно чрез онлайн системи за наблюдение (като наблюдение на вибрации, ток и въздушна междина).