A folga de ar desigual entre o estator e o rotor (comumente conhecida como "excentricidade da folga de ar") em grandes hidrogeradores é uma falha grave que pode ter uma série de efeitos adversos na operação estável e na vida útil da unidade.
Em termos simples, um entreferro irregular causa uma distribuição assimétrica do campo magnético, o que, por sua vez, desencadeia uma série de problemas eletromagnéticos e mecânicos. A seguir, analisamos detalhadamente o impacto na corrente e na tensão do estator, bem como outras consequências adversas associadas.
I. Impacto na corrente do estator
Este é o efeito mais direto e óbvio.
1. Aumento da corrente e distorção da forma de onda
Princípio: Em áreas com entreferros menores, a resistência magnética é menor e a densidade de fluxo magnético é maior; em áreas com entreferros maiores, a resistência magnética é maior e a densidade de fluxo magnético é menor. Esse campo magnético assimétrico induz uma força eletromotriz desequilibrada nos enrolamentos do estator.
Desempenho: Isso causa desequilíbrio nas correntes trifásicas do estator. Mais importante ainda, um grande número de harmônicos de alta ordem, especialmente harmônicos ímpares (como o 3º, 5º, 7º, etc.), são introduzidos na forma de onda da corrente, fazendo com que ela deixe de ser uma onda senoidal suave e se torne distorcida.
2. Geração de componentes de corrente com frequências características
Princípio: O campo magnético excêntrico rotativo é equivalente a uma fonte de modulação de baixa frequência que modula a corrente de frequência básica da rede elétrica.
Desempenho: Bandas laterais aparecem no espectro da corrente do estator. Especificamente, componentes de frequência característicos aparecem em ambos os lados da frequência fundamental (50Hz).
3. Superaquecimento localizado dos enrolamentos
Princípio: Os componentes harmônicos na corrente aumentam as perdas no cobre (perdas I²R) dos enrolamentos do estator. Ao mesmo tempo, as correntes harmônicas geram perdas adicionais por correntes parasitas e histerese no núcleo de ferro, levando a um aumento das perdas no ferro.
Desempenho: A temperatura local dos enrolamentos do estator e do núcleo de ferro aumenta anormalmente, o que pode exceder o limite permitido dos materiais isolantes, acelerar o envelhecimento do isolamento e até mesmo causar acidentes de curto-circuito e queima.
II. Impacto na tensão do estator
Embora o impacto na tensão não seja tão direto quanto na corrente, é igualmente importante.
1. Distorção da forma de onda da tensão
Princípio: A força eletromotriz gerada pelo gerador está diretamente relacionada ao fluxo magnético no entreferro. Um entreferro irregular causa distorção na forma de onda do fluxo magnético, o que, por sua vez, distorce a forma de onda da tensão induzida no estator, contendo tensões harmônicas.
Desempenho: A qualidade da tensão de saída diminui e deixa de ser uma onda senoidal padrão.
2. Desequilíbrio de tensão
Em casos de assimetria severa, pode causar um certo grau de desequilíbrio na tensão de saída trifásica.
III. Outros efeitos adversos mais graves (causados ​​por problemas de corrente e tensão)
Os problemas de corrente e tensão mencionados acima irão desencadear uma série de reações em cadeia, que muitas vezes são ainda mais fatais.
1. Força Magnética Desequilibrada (UMP)
Esta é a consequência mais grave e perigosa da excentricidade do entreferro.
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Princípio: No lado com menor entreferro, a força magnética é muito maior do que no lado com maior entreferro. Essa força magnética resultante (FMR) puxará ainda mais o rotor para o lado com menor entreferro.
Ciclo vicioso: A UMP agrava o problema da folga de ar irregular, formando um ciclo vicioso. Quanto maior a excentricidade, maior a UMP; quanto maior a UMP, maior a excentricidade.
Consequências:
• Aumento da vibração e do ruído: A unidade gera forte vibração com frequência dobrada (principalmente duas vezes a frequência da rede elétrica, 100 Hz), e os níveis de vibração e ruído aumentam significativamente.
• Danos mecânicos aos componentes: A UMP a longo prazo causará aumento do desgaste dos rolamentos, fadiga do munhão, empenamento do eixo e pode até mesmo fazer com que o estator e o rotor se atritem (atrito mútuo e colisão), o que é uma falha devastadora.
2. Aumento da vibração da unidade

Fontes: Principalmente de dois aspectos:
1. Vibração eletromagnética: Causada por uma força magnética desequilibrada (UMP), a frequência está relacionada ao campo magnético rotativo e à frequência da rede.
2. Vibração mecânica: causada pelo desgaste dos rolamentos, desalinhamento do eixo e outros problemas causados ​​por UMP (Unidade de Manuseio de Equipamento).
Consequências: Afeta o funcionamento estável de todo o grupo gerador (incluindo a turbina) e ameaça a segurança da estrutura da central elétrica.
3. Impacto na conexão à rede elétrica e no sistema de energia
A distorção da forma de onda da tensão e os harmônicos da corrente irão contaminar o sistema de energia da usina e injetar na rede, o que pode afetar o funcionamento normal de outros equipamentos no mesmo barramento e não atender aos requisitos de qualidade de energia.
4. Redução da eficiência e da potência de saída
Perdas harmônicas adicionais e aquecimento reduzirão a eficiência do gerador e, com a mesma potência hídrica de entrada, a potência ativa útil de saída diminuirá.
Conclusão

A irregularidade no entreferro entre o estator e o rotor em grandes hidrogeradores não é um problema trivial. Inicialmente, surge como um problema eletromagnético, mas rapidamente se transforma em uma falha grave e complexa, que integra aspectos elétricos, mecânicos e térmicos. A força magnética desequilibrada (FMD) resultante e a severa vibração subsequente são os principais fatores que ameaçam a operação segura da unidade. Portanto, durante a instalação, manutenção e operação diária da unidade, a uniformidade do entreferro deve ser rigorosamente controlada, e os primeiros sinais de falhas por excentricidade devem ser detectados e tratados prontamente por meio de sistemas de monitoramento online (como monitoramento de vibração, corrente e entreferro).