Een ongelijke luchtspleet tussen stator en rotor (ook wel bekend als "luchtspleetexcentriciteit") in grote waterkrachtcentrales is een ernstige storing die een reeks nadelige gevolgen kan hebben voor de stabiele werking en levensduur van de installatie.
Simpel gezegd veroorzaakt een ongelijke luchtspleet een asymmetrische verdeling van het magnetische veld, wat op zijn beurt een reeks elektromagnetische en mechanische problemen teweegbrengt. Hieronder analyseren we in detail de impact op de statorstroom en -spanning, evenals andere bijbehorende nadelige gevolgen.
I. Invloed op de statorstroom
Dit is het meest directe en voor de hand liggende effect.
1. Verhoogde stroomsterkte en golfvormvervorming
Principe: In gebieden met kleinere luchtspleten is de magnetische weerstand kleiner en de magnetische fluxdichtheid groter; in gebieden met grotere luchtspleten is de magnetische weerstand groter en de magnetische fluxdichtheid kleiner. Dit asymmetrische magnetische veld induceert een onbalans in de elektromotorische kracht in de statorwikkelingen.
Prestatie: Dit veroorzaakt een onbalans in de driefasige statorstromen. Belangrijker nog, er worden een groot aantal hogere harmonischen, met name oneven harmonischen (zoals de 3e, 5e, 7e, enz.), in de stroomgolfvorm geïntroduceerd, waardoor de stroomgolfvorm geen vloeiende sinusgolf meer is, maar vervormd raakt.
2. Genereren van stroomcomponenten met karakteristieke frequenties
Principe: Het roterende excentrische magneetveld is equivalent aan een laagfrequente modulatiebron die de basisstroom met netfrequentie moduleert.
Prestaties: In het stroomspectrum van de stator verschijnen zijbanden. Specifiek verschijnen karakteristieke frequentiecomponenten aan beide zijden van de grondfrequentie (50 Hz).
3. Plaatselijke oververhitting van de wikkelingen
Principe: Harmonische componenten in de stroom verhogen het koperverlies (I²R-verlies) van de statorwikkelingen. Tegelijkertijd genereren harmonische stromen extra wervelstroom- en hysteresisverliezen in de ijzerkern, wat leidt tot een verhoogd ijzerverlies.
Prestatie: De plaatselijke temperatuur van de statorwikkelingen en de ijzeren kern stijgt abnormaal, waardoor de toelaatbare limiet van de isolatiematerialen kan worden overschreden, de veroudering van de isolatie kan worden versneld en zelfs kortsluitingsongevallen kunnen optreden.
II. Invloed op de statorspanning
Hoewel de invloed op de spanning niet zo direct is als op de stroomsterkte, is deze even belangrijk.
1. Spanningsgolfvormvervorming
Principe: De door de generator opgewekte elektromotorische kracht is rechtstreeks gerelateerd aan de magnetische flux in de luchtspleet. Een ongelijkmatige luchtspleet veroorzaakt vervorming van de magnetische fluxgolfvorm, wat op zijn beurt leidt tot vervorming van de geïnduceerde statorspanningsgolfvorm, die harmonische spanningen bevat.
Prestaties: De kwaliteit van de uitgangsspanning neemt af en is niet langer een standaard sinusgolf.
2. Spanningsonbalans
In ernstige asymmetrische gevallen kan dit een zekere mate van onevenwichtigheid in de driefasige uitgangsspanning veroorzaken.
III. Andere, ernstiger bijwerkingen (veroorzaakt door problemen met stroom en spanning)
De bovengenoemde problemen met stroom en spanning zullen een reeks kettingreacties in gang zetten, die vaak fatale gevolgen hebben.
1. Ongebalanceerde magnetische aantrekkingskracht (UMP)
Dit is het meest fundamentele en gevaarlijke gevolg van excentriciteit van de luchtspleet.
​
Principe: Aan de zijde met een kleinere luchtspleet is de magnetische aantrekkingskracht veel groter dan aan de zijde met een grotere luchtspleet. Deze netto magnetische aantrekkingskracht (UMP) trekt de rotor verder naar de zijde met de kleinere luchtspleet.
Vicieuze cirkel: UMP zal het probleem van een ongelijke luchtspleet verergeren, waardoor een vicieuze cirkel ontstaat. Hoe groter de excentriciteit, hoe groter de UMP; hoe groter de UMP, hoe groter de excentriciteit.
Gevolgen:
•Verhoogde trillingen en geluidsoverlast: Het apparaat genereert sterke trillingen met een dubbele frequentie (voornamelijk 2 keer de netfrequentie, 100 Hz), waardoor de trillings- en geluidsniveaus aanzienlijk toenemen.
• Mechanische schade aan componenten: Langdurig gebruik van UMP leidt tot verhoogde lagerslijtage, asvermoeidheid, asbuiging en kan er zelfs voor zorgen dat de stator en rotor tegen elkaar wrijven (wederzijdse wrijving en botsing), wat een verwoestende storing is.
2. Verhoogde trillingen van de unit

Bronnen: Voornamelijk uit twee invalshoeken:
1. Elektromagnetische trillingen: Veroorzaakt door een onbalans in de magnetische aantrekkingskracht (UMP), is de frequentie gerelateerd aan het roterende magnetische veld en de netfrequentie.
2. Mechanische trillingen: Veroorzaakt door lagerslijtage, verkeerde uitlijning van de as en andere problemen die door UMP worden veroorzaakt.
Gevolgen: Dit beïnvloedt de stabiele werking van de gehele generatorinstallatie (inclusief de turbine) en vormt een bedreiging voor de veiligheid van de energiecentrale.
3. Impact op netaansluiting en elektriciteitsnet
Spanningsgolfvervorming en stroomharmonischen vervuilen het energiesysteem van de fabriek en worden in het net geïnjecteerd, wat de normale werking van andere apparatuur op dezelfde bus kan beïnvloeden en niet voldoet aan de eisen voor stroomkwaliteit.
4. Verminderde efficiëntie en uitgangsvermogen
Extra harmonische verliezen en opwarming verminderen het rendement van de generator, waardoor bij hetzelfde watervermogen de nuttige actieve output afneemt.
Conclusie

Een ongelijke luchtspleet tussen stator en rotor in grote waterkrachtcentrales is geenszins een triviale zaak. Het begint als een elektromagnetisch probleem, maar ontwikkelt zich snel tot een complexe, ernstige storing waarbij elektrische, mechanische en thermische aspecten een rol spelen. De onbalans in de magnetische aantrekkingskracht (UMP) die hierdoor ontstaat en de daaruit voortvloeiende hevige trillingen zijn de belangrijkste factoren die de veilige werking van de centrale bedreigen. Daarom moet tijdens de installatie, het onderhoud en de dagelijkse werking van de centrale de uniformiteit van de luchtspleet strikt worden gecontroleerd en moeten vroege tekenen van excentriciteitsfouten tijdig worden opgespoord en verholpen met behulp van online monitoringsystemen (zoals trillings-, stroom- en luchtspleetmonitoring).