ช่องว่างอากาศที่ไม่เท่ากันระหว่างสเตเตอร์และโรเตอร์ (โดยทั่วไปเรียกว่า "ความเยื้องศูนย์ของช่องว่างอากาศ") ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังน้ำขนาดใหญ่เป็นความผิดปกติที่ร้ายแรง ซึ่งอาจส่งผลเสียหลายประการต่อการทำงานที่เสถียรและอายุการใช้งานของเครื่อง
กล่าวโดยง่าย ช่องว่างอากาศที่ไม่สม่ำเสมอจะทำให้การกระจายสนามแม่เหล็กไม่สมมาตร ซึ่งจะก่อให้เกิดปัญหาทางแม่เหล็กไฟฟ้าและทางกลต่างๆ ตามมา ด้านล่างนี้เราจะวิเคราะห์ผลกระทบต่อกระแสและแรงดันของสเตเตอร์โดยละเอียด รวมถึงผลเสียอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องด้วย
I. ผลกระทบต่อกระแสสเตเตอร์
นี่คือผลกระทบที่ตรงและชัดเจนที่สุด
1. กระแสไฟฟ้าเพิ่มขึ้นและการบิดเบือนของรูปคลื่น
หลักการ: ในบริเวณที่มีช่องว่างอากาศเล็กกว่า ความต้านทานแม่เหล็กจะน้อยกว่าและความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กจะมากกว่า ในบริเวณที่มีช่องว่างอากาศใหญ่กว่า ความต้านทานแม่เหล็กจะมากกว่าและความหนาแน่นของฟลักซ์แม่เหล็กจะน้อยกว่า สนามแม่เหล็กที่ไม่สมมาตรนี้ทำให้เกิดแรงเคลื่อนไฟฟ้าที่ไม่สมดุลในขดลวดสเตเตอร์
ประสิทธิภาพ: สิ่งนี้ทำให้เกิดความไม่สมดุลในกระแสไฟฟ้าสามเฟสของสเตเตอร์ ที่สำคัญกว่านั้นคือ มีฮาร์โมนิกส์ลำดับสูงจำนวนมาก โดยเฉพาะฮาร์โมนิกส์คี่ (เช่น ลำดับที่ 3, 5, 7 เป็นต้น) ถูกนำเข้ามาในรูปคลื่นกระแส ทำให้รูปคลื่นกระแสไม่เป็นคลื่นไซน์ที่ราบเรียบอีกต่อไป แต่กลับบิดเบี้ยว
2. การสร้างส่วนประกอบกระแสไฟฟ้าที่มีความถี่เฉพาะตัว
หลักการ: สนามแม่เหล็กหมุนแบบเยื้องศูนย์เทียบเท่ากับแหล่งกำเนิดการมอดูเลชั่นความถี่ต่ำที่ปรับเปลี่ยนกระแสไฟฟ้าความถี่พื้นฐาน
ประสิทธิภาพ: พบแถบความถี่ด้านข้างในสเปกตรัมกระแสสเตเตอร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ส่วนประกอบความถี่ลักษณะเฉพาะจะปรากฏทั้งสองด้านของความถี่พื้นฐาน (50 เฮิรตซ์)
3. การเกิดความร้อนสูงเฉพาะจุดในขดลวด
หลักการ: ส่วนประกอบฮาร์มอนิกในกระแสไฟฟ้าจะเพิ่มการสูญเสียทองแดง (การสูญเสีย I²R) ของขดลวดสเตเตอร์ ในขณะเดียวกัน กระแสฮาร์มอนิกยังก่อให้เกิดกระแสไหลวนและการสูญเสียฮิสเทรีซิสเพิ่มเติมในแกนเหล็ก ซึ่งนำไปสู่การสูญเสียเหล็กที่เพิ่มขึ้น
ประสิทธิภาพ: อุณหภูมิเฉพาะจุดของขดลวดสเตเตอร์และแกนเหล็กสูงขึ้นผิดปกติ ซึ่งอาจเกินขีดจำกัดที่อนุญาตของวัสดุฉนวน เร่งการเสื่อมสภาพของฉนวน และอาจทำให้เกิดอุบัติเหตุไฟฟ้าลัดวงจรจนไหม้ได้
II. ผลกระทบต่อแรงดันไฟฟ้าของสเตเตอร์
แม้ว่าผลกระทบต่อแรงดันไฟฟ้าจะไม่โดยตรงเท่ากับผลกระทบต่อกระแสไฟฟ้า แต่ก็มีความสำคัญไม่แพ้กัน
1. การบิดเบือนของรูปคลื่นแรงดันไฟฟ้า
หลักการ: แรงเคลื่อนไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้ามีความสัมพันธ์โดยตรงกับฟลักซ์แม่เหล็กในช่องว่างอากาศ ช่องว่างอากาศที่ไม่สม่ำเสมอจะทำให้รูปคลื่นฟลักซ์แม่เหล็กบิดเบี้ยว ซึ่งส่งผลให้รูปคลื่นแรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำในสเตเตอร์บิดเบี้ยวไปด้วย และมีแรงดันฮาร์มอนิกส์ปะปนอยู่
ประสิทธิภาพ: คุณภาพแรงดันไฟฟ้าขาออกลดลงและไม่ใช่รูปคลื่นไซน์มาตรฐานอีกต่อไป
2. ความไม่สมดุลของแรงดันไฟฟ้า
ในกรณีที่มีความไม่สมมาตรอย่างรุนแรง อาจทำให้เกิดความไม่สมดุลในแรงดันไฟฟ้าขาออกสามเฟสได้ในระดับหนึ่ง
III. ผลกระทบด้านลบที่ร้ายแรงกว่าอื่นๆ (เกิดจากปัญหาเกี่ยวกับกระแสไฟฟ้าและแรงดันไฟฟ้า)
ปัญหาเรื่องกระแสไฟฟ้าและแรงดันไฟฟ้าดังกล่าวจะก่อให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ซึ่งมักร้ายแรงถึงขั้นเสียชีวิตได้
1. แรงดึงดูดแม่เหล็กไม่สมดุล (UMP)
นี่คือผลกระทบที่สำคัญและอันตรายที่สุดจากความเยื้องศูนย์ของช่องว่างอากาศ
​
หลักการ: ด้านที่มีช่องว่างอากาศเล็กกว่า แรงดึงดูดของแม่เหล็กจะมากกว่าด้านที่มีช่องว่างอากาศใหญ่กว่ามาก แรงดึงดูดแม่เหล็กสุทธิ (UMP) นี้จะดึงโรเตอร์ไปทางด้านที่มีช่องว่างอากาศเล็กกว่ามากยิ่งขึ้น
วงจรเลวร้าย: UMP จะยิ่งทำให้ปัญหาช่องว่างอากาศที่ไม่สม่ำเสมอแย่ลงไปอีก ก่อให้เกิดวงจรเลวร้าย ยิ่งความเบี่ยงเบนรุนแรงมากเท่าไหร่ UMP ก็ยิ่งมากขึ้นเท่านั้น และยิ่ง UMP มากเท่าไหร่ ความเบี่ยงเบนก็ยิ่งรุนแรงมากขึ้นเท่านั้น
ผลที่ตามมา:
• การสั่นสะเทือนและเสียงรบกวนเพิ่มขึ้น: เครื่องนี้สร้างการสั่นสะเทือนที่มีความถี่เป็นสองเท่า (ส่วนใหญ่เป็น 2 เท่าของความถี่ไฟฟ้า 100 เฮิรตซ์) และระดับการสั่นสะเทือนและเสียงรบกวนเพิ่มขึ้นอย่างมาก
• ความเสียหายทางกลต่อชิ้นส่วน: การใช้งาน UMP ในระยะยาวจะทำให้เกิดการสึกหรอของแบริ่งเพิ่มขึ้น ความล้าของแกนหมุน การงอของเพลา และอาจทำให้สเตเตอร์และโรเตอร์เสียดสีกัน (แรงเสียดทานและการชนกัน) ซึ่งเป็นความเสียหายร้ายแรง
2. การสั่นสะเทือนของตัวเครื่องเพิ่มขึ้น

แหล่งที่มา: ส่วนใหญ่มาจากสองด้าน:
1. การสั่นสะเทือนทางแม่เหล็กไฟฟ้า: เกิดจากแรงดึงดูดแม่เหล็กที่ไม่สมดุล (UMP) โดยความถี่จะสัมพันธ์กับสนามแม่เหล็กหมุนและความถี่ของกริด
2. การสั่นสะเทือนทางกล: เกิดจากการสึกหรอของแบริ่ง การเยื้องศูนย์ของเพลา และปัญหาอื่นๆ ที่เกิดจาก UMP (Unrecognized Mechanical Vibration)
ผลที่ตามมา: ส่งผลกระทบต่อการทำงานที่เสถียรของชุดเครื่องกำเนิดไฟฟ้าทั้งหมด (รวมถึงกังหัน) และเป็นภัยคุกคามต่อความปลอดภัยของโครงสร้างโรงไฟฟ้า
3. ผลกระทบต่อการเชื่อมต่อโครงข่ายไฟฟ้าและระบบไฟฟ้า
ความผิดเพี้ยนของรูปคลื่นแรงดันไฟฟ้าและฮาร์โมนิกของกระแสไฟฟ้าจะทำให้ระบบไฟฟ้าของโรงงานปนเปื้อนและส่งผลกระทบไปยังโครงข่ายไฟฟ้า ซึ่งอาจส่งผลต่อการทำงานปกติของอุปกรณ์อื่นๆ ที่อยู่บนบัสเดียวกัน และไม่เป็นไปตามข้อกำหนดด้านคุณภาพไฟฟ้า
4. ประสิทธิภาพและกำลังไฟฟ้าลดลง
การสูญเสียฮาร์มอนิกและความร้อนที่เพิ่มขึ้นจะลดประสิทธิภาพของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า และภายใต้กำลังน้ำขาเข้าเท่าเดิม กำลังไฟฟ้าแอคทีฟที่ใช้งานได้จะลดลง
บทสรุป

ช่องว่างอากาศที่ไม่สม่ำเสมอระหว่างสเตเตอร์และโรเตอร์ในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าพลังน้ำขนาดใหญ่ไม่ใช่เรื่องเล็กน้อยเลย มันเริ่มต้นจากปัญหาทางแม่เหล็กไฟฟ้า แต่จะพัฒนาอย่างรวดเร็วกลายเป็นความผิดปกติร้ายแรงที่ครอบคลุมทั้งด้านไฟฟ้า กลไก และความร้อน แรงดึงดูดแม่เหล็กที่ไม่สมดุล (UMP) และการสั่นสะเทือนอย่างรุนแรงที่เกิดขึ้นเป็นปัจจัยหลักที่คุกคามการทำงานที่ปลอดภัยของเครื่อง ดังนั้น ในระหว่างการติดตั้ง การบำรุงรักษา และการใช้งานประจำวัน จะต้องควบคุมความสม่ำเสมอของช่องว่างอากาศอย่างเข้มงวด และต้องตรวจจับและแก้ไขสัญญาณเริ่มต้นของความผิดปกติอย่างทันท่วงทีผ่านระบบตรวจสอบออนไลน์ (เช่น การตรวจสอบการสั่นสะเทือน กระแสไฟฟ้า และช่องว่างอากาศ)