Un traferro d'aria irregolare tra statore e rotore (comunemente noto come "eccentricità del traferro") nei grandi idrogeneratori è una grave modalità di guasto che può avere una serie di effetti negativi sulla stabilità di funzionamento e sulla durata dell'unità.
In parole povere, un traferro irregolare causa una distribuzione asimmetrica del campo magnetico, che a sua volta innesca una serie di problemi elettromagnetici e meccanici. Di seguito analizzeremo in dettaglio l'impatto sulla corrente e sulla tensione dello statore, nonché altre conseguenze negative associate.
I. Impatto sulla corrente dello statore
Questo è l'effetto più diretto ed evidente.
1. Aumento della corrente e della distorsione della forma d'onda
Principio: nelle aree con traferri più piccoli, la resistenza magnetica è minore e la densità del flusso magnetico è maggiore; nelle aree con traferri più grandi, la resistenza magnetica è maggiore e la densità del flusso magnetico è minore. Questo campo magnetico asimmetrico induce una forza elettromotrice sbilanciata negli avvolgimenti dello statore.
Prestazioni: Ciò causa uno squilibrio nelle correnti statoriche trifase. Ancora più importante, un gran numero di armoniche di ordine elevato, in particolare armoniche dispari (come la terza, quinta, settima, ecc.), vengono introdotte nella forma d'onda della corrente, facendo sì che quest'ultima non sia più un'onda sinusoidale uniforme, ma risulti distorta.
2. Generazione di componenti di corrente con frequenze caratteristiche
Principio: il campo magnetico eccentrico rotante è equivalente a una sorgente di modulazione a bassa frequenza che modula la corrente di frequenza di potenza di base.
Prestazioni: nello spettro della corrente dello statore compaiono bande laterali. In particolare, le componenti di frequenza caratteristiche compaiono su entrambi i lati della frequenza fondamentale (50 Hz).
3. Surriscaldamento locale degli avvolgimenti
Principio: le componenti armoniche nella corrente aumentano le perdite nel rame (perdite I²R) degli avvolgimenti dello statore. Allo stesso tempo, le correnti armoniche generano ulteriori perdite per correnti parassite e isteresi nel nucleo di ferro, con conseguente aumento delle perdite nel ferro.
Prestazioni: la temperatura locale degli avvolgimenti dello statore e del nucleo di ferro aumenta in modo anomalo, il che può superare il limite consentito dei materiali isolanti, accelerare l'invecchiamento dell'isolamento e persino causare incidenti dovuti a cortocircuito.
II. Impatto sulla tensione dello statore
Sebbene l'impatto sulla tensione non sia diretto come sulla corrente, è ugualmente importante.
1. Distorsione della forma d'onda della tensione
Principio: la forza elettromotrice generata dal generatore è direttamente correlata al flusso magnetico nel traferro. Un traferro irregolare causa una distorsione della forma d'onda del flusso magnetico, che a sua volta causa una distorsione anche della forma d'onda della tensione indotta nello statore, contenente tensioni armoniche.
Prestazioni: la qualità della tensione di uscita diminuisce e non è più un'onda sinusoidale standard.
2. Squilibrio di tensione
Nei casi di grave asimmetria, può verificarsi un certo grado di squilibrio nella tensione di uscita trifase.
III. Altri effetti avversi più gravi (causati da problemi di corrente e tensione)
I problemi di corrente e tensione sopra menzionati innescheranno ulteriormente una serie di reazioni a catena, spesso più fatali.
1. Attrazione magnetica sbilanciata (UMP)
Questa è la conseguenza più grave e pericolosa dell'eccentricità del traferro.
​
Principio: sul lato con un traferro più piccolo, l'attrazione magnetica è molto maggiore rispetto al lato con un traferro più grande. Questa attrazione magnetica netta (UMP) attirerà ulteriormente il rotore verso il lato con il traferro più piccolo.
Circolo vizioso: l'UMP aggraverà il problema del traferro irregolare, creando un circolo vizioso. Maggiore è l'eccentricità, maggiore è l'UMP; maggiore è l'UMP, maggiore è l'eccentricità.
Conseguenze:
• Vibrazioni e rumore aumentati: l'unità genera forti vibrazioni a frequenza raddoppiata (principalmente 2 volte la frequenza di potenza, 100 Hz) e i livelli di vibrazione e rumore aumentano significativamente.
• Danni meccanici ai componenti: l'UMP a lungo termine causerà una maggiore usura dei cuscinetti, affaticamento dei perni, flessione dell'albero e potrebbe persino causare lo sfregamento tra statore e rotore (attrito reciproco e collisione), che è un guasto devastante.
2. Aumento delle vibrazioni dell'unità

Fonti: Principalmente da due aspetti:
1. Vibrazione elettromagnetica: causata da una forza magnetica sbilanciata (UMP), la frequenza è correlata al campo magnetico rotante e alla frequenza della griglia.
2. Vibrazioni meccaniche: causate dall'usura dei cuscinetti, dal disallineamento dell'albero e da altri problemi causati dall'UMP.
Conseguenze: compromette il funzionamento stabile dell'intero gruppo elettrogeno (inclusa la turbina) e minaccia la sicurezza della struttura della centrale elettrica.
3. Impatto sulla connessione alla rete e sul sistema elettrico
La distorsione della forma d'onda della tensione e le armoniche di corrente inquineranno il sistema di alimentazione dell'impianto e si riverseranno nella rete, il che potrebbe influire sul normale funzionamento di altre apparecchiature sullo stesso bus e non soddisfare i requisiti di qualità dell'energia.
4. Efficienza e potenza di uscita ridotte
Ulteriori perdite armoniche e riscaldamento ridurranno l'efficienza del generatore e, a parità di potenza idrica in ingresso, la potenza attiva utile in uscita diminuirà.
Conclusione

Un traferro d'aria irregolare tra statore e rotore nei grandi idrogeneratori non è affatto una questione banale. Inizia come un problema elettromagnetico, ma si evolve rapidamente in un guasto grave e completo che integra aspetti elettrici, meccanici e termici. L'attrazione magnetica sbilanciata (UMP) che ne deriva e le forti vibrazioni che ne derivano sono i principali fattori che minacciano il funzionamento sicuro dell'unità. Pertanto, durante l'installazione, la manutenzione e il funzionamento quotidiano dell'unità, l'uniformità del traferro deve essere rigorosamente controllata e i primi segnali di guasti dovuti a eccentricità devono essere rilevati e gestiti tempestivamente tramite sistemi di monitoraggio online (come il monitoraggio di vibrazioni, corrente e traferro).