La differenza di traferro tra statore e rotore (comunemente nota come "eccentricità del traferro") nei grandi idrogeneratori è una grave modalità di guasto che può avere una serie di effetti negativi sul funzionamento stabile e sulla durata dell'unità.
In termini semplici, un traferro non uniforme causa una distribuzione asimmetrica del campo magnetico, che a sua volta innesca una serie di problemi elettromagnetici e meccanici. Di seguito analizziamo 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 e ovvio.
1. Aumento della corrente e distorsione della forma d'onda
Principio: Nelle zone con traferri più piccoli, la resistenza magnetica è minore e la densità di flusso magnetico è maggiore; nelle zone con traferri più grandi, la resistenza magnetica è maggiore e la densità di flusso magnetico è minore. Questo campo magnetico asimmetrico induce una forza elettromotrice sbilanciata negli avvolgimenti dello statore.
Prestazioni: Ciò causa uno squilibrio nelle correnti trifase dello statore. Ancora più importante, un gran numero di armoniche di ordine elevato, in particolare armoniche dispari (come la 3a, la 5a, la 7a, ecc.), vengono introdotte nella forma d'onda della corrente, facendo sì che quest'ultima non sia più una sinusoide regolare 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 alla frequenza di rete.
Prestazioni: nello spettro della corrente dello statore compaiono bande laterali. In particolare, componenti di frequenza caratteristiche appaiono su entrambi i lati della frequenza fondamentale (50 Hz).
3. Surriscaldamento localizzato degli avvolgimenti
Principio: Le componenti armoniche della corrente aumentano le perdite per effetto Joule (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, superando potenzialmente il limite consentito per i materiali isolanti, accelerando l'invecchiamento dell'isolamento e persino causando cortocircuiti e guasti.
II. Impatto sulla tensione dello statore
Sebbene l'impatto sulla tensione non sia diretto come quello sulla corrente, è altrettanto importante.
1. Distorsione della forma d'onda della tensione
Principio: La forza elettromotrice generata dal generatore è direttamente correlata al flusso magnetico nell'intercapedine d'aria. Un'intercapedine d'aria irregolare provoca 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, con la conseguente presenza di tensioni armoniche.
Prestazioni: La qualità della tensione di uscita diminuisce e non è più una normale onda sinusoidale.
2. Squilibrio di tensione
Nei casi di forte asimmetria, ciò può causare 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 descritti innescheranno ulteriormente una serie di reazioni a catena, spesso con esiti ben più gravi.
1. Attrazione magnetica sbilanciata (UMP)
Questa è la conseguenza più grave e pericolosa dell'eccentricità del traferro.
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Principio: Sul lato con l'intercapedine d'aria minore, l'attrazione magnetica è molto maggiore rispetto al lato con l'intercapedine d'aria maggiore. Questa attrazione magnetica netta (UMP) attirerà ulteriormente il rotore verso il lato con l'intercapedine d'aria minore.
Circolo vizioso: l'UMP (Uniform Air Play, pressione di mandata irregolare) aggrava ulteriormente 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:
•Aumento di vibrazioni e rumore: l'unità genera forti vibrazioni a frequenza raddoppiata (principalmente 2 volte la frequenza di alimentazione, 100 Hz), e i livelli di vibrazione e rumore aumentano significativamente.
• Danni meccanici ai componenti: l'uso prolungato di UMP (Unmanned Motor Power) causerà un'usura maggiore dei cuscinetti, affaticamento dei perni, flessione dell'albero e potrebbe persino provocare lo sfregamento reciproco tra statore e rotore (attrito e collisione reciproci), che rappresenta un guasto devastante.
2. Aumento delle vibrazioni dell'unità

Fonti: Principalmente da due punti di vista:
1. Vibrazione elettromagnetica: causata da un'attrazione magnetica sbilanciata (UMP), la sua 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 da UMP.
Conseguenze: Influisce sul funzionamento stabile dell'intero gruppo elettrogeno (compresa 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 verranno immesse nella rete, il che potrebbe compromettere il normale funzionamento di altre apparecchiature sullo stesso bus e non soddisfa i requisiti di qualità dell'energia.
4. Riduzione dell'efficienza e della potenza erogata
Ulteriori perdite armoniche e riscaldamento ridurranno l'efficienza del generatore e, a parità di potenza idraulica in ingresso, la potenza attiva utile erogata diminuirà.
Conclusione

Nei grandi generatori idroelettrici, l'intercapedine d'aria non uniforme tra statore e rotore non è affatto un problema di poco conto. Inizia come un problema elettromagnetico, ma si evolve rapidamente in un guasto grave e complesso che integra aspetti elettrici, meccanici e termici. La forza di attrazione magnetica sbilanciata (UMP) che ne deriva e le conseguenti forti vibrazioni 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 dell'intercapedine d'aria deve essere rigorosamente controllata e i primi segnali di anomalie devono essere rilevati e gestiti tempestivamente tramite sistemi di monitoraggio online (come il monitoraggio di vibrazioni, corrente e intercapedine d'aria).