Khe hở không khí không đều giữa stato và rôto (thường được gọi là "độ lệch tâm khe hở không khí") trong các máy phát điện thủy lực lớn là một lỗi nghiêm trọng có thể gây ra hàng loạt ảnh hưởng bất lợi đến hoạt động ổn định và tuổi thọ của thiết bị.
Nói một cách đơn giản, khe hở không khí không đều gây ra sự phân bố từ trường bất đối xứng, từ đó dẫn đến một loạt các vấn đề về điện từ và cơ khí. Dưới đây, chúng ta sẽ phân tích chi tiết tác động đến dòng điện và điện áp stato, cũng như các hậu quả bất lợi khác liên quan.
I. Tác động lên dòng điện stato
Đây là tác động trực tiếp và rõ ràng nhất.
1. Dòng điện tăng và biến dạng dạng sóng
Nguyên lý: Ở những vùng có khe hở không khí nhỏ hơn, điện trở từ nhỏ hơn và mật độ từ thông lớn hơn; ở những vùng có khe hở không khí lớn hơn, điện trở từ lớn hơn và mật độ từ thông nhỏ hơn. Từ trường bất đối xứng này tạo ra sức điện động không cân bằng trong các cuộn dây stato.
Hiệu suất: Điều này gây ra sự mất cân bằng trong dòng điện stato ba pha. Quan trọng hơn, một lượng lớn sóng hài bậc cao, đặc biệt là sóng hài lẻ (như bậc 3, 5, 7, v.v.), được đưa vào dạng sóng dòng điện, khiến dạng sóng dòng điện không còn là sóng sin mượt mà mà bị méo mó.
2. Tạo ra các thành phần dòng điện với tần số đặc trưng
Nguyên lý: Từ trường lệch tâm quay tương đương với một nguồn điều biến tần số thấp, điều biến dòng điện tần số cơ bản của nguồn điện.
Hiệu năng: Các dải tần phụ xuất hiện trong phổ dòng điện stato. Cụ thể, các thành phần tần số đặc trưng xuất hiện ở cả hai phía của tần số cơ bản (50Hz).
3. Hiện tượng quá nhiệt cục bộ của cuộn dây
Nguyên lý: Các thành phần hài trong dòng điện làm tăng tổn hao đồng (tổn hao I²R) của cuộn dây stato. Đồng thời, dòng điện hài tạo ra thêm dòng điện xoáy và tổn hao từ trễ trong lõi sắt, dẫn đến tăng tổn hao sắt.
Hiệu suất: Nhiệt độ cục bộ của cuộn dây stato và lõi sắt tăng lên bất thường, có thể vượt quá giới hạn cho phép của vật liệu cách điện, đẩy nhanh quá trình lão hóa cách điện, thậm chí gây ra sự cố cháy ngắn mạch.
II. Tác động lên điện áp stato
Mặc dù tác động lên điện áp không trực tiếp như lên dòng điện, nhưng nó cũng quan trọng không kém.
1. Biến dạng dạng sóng điện áp
Nguyên lý: Suất điện động do máy phát điện tạo ra tỷ lệ thuận với từ thông khe hở không khí. Khe hở không khí không đều gây ra sự biến dạng của dạng sóng từ thông, dẫn đến dạng sóng điện áp stato cảm ứng cũng bị biến dạng, chứa các điện áp hài.
Hiệu suất: Chất lượng điện áp đầu ra giảm và không còn là sóng sin chuẩn nữa.
2. Mất cân bằng điện áp
Trong những trường hợp bất đối xứng nghiêm trọng, nó có thể gây ra sự mất cân bằng nhất định trong điện áp đầu ra ba pha.
III. Các tác dụng phụ nghiêm trọng khác (do sự cố về dòng điện và điện áp gây ra)
Các vấn đề về dòng điện và điện áp nêu trên sẽ tiếp tục gây ra một loạt phản ứng dây chuyền, thường dẫn đến hậu quả nghiêm trọng hơn.
1. Lực hút từ không cân bằng (UMP)
Đây là hậu quả cốt lõi và nguy hiểm nhất của độ lệch tâm khe hở không khí.
​
Nguyên lý: Ở phía có khe hở không khí nhỏ hơn, lực hút từ lớn hơn nhiều so với phía có khe hở không khí lớn hơn. Lực hút từ tổng cộng (UMP) này sẽ tiếp tục kéo rôto về phía có khe hở không khí nhỏ hơn.
Vòng luẩn quẩn: UMP sẽ tự làm trầm trọng thêm vấn đề khe hở không khí không đều, tạo thành một vòng luẩn quẩn. Độ lệch tâm càng lớn, UMP càng cao; UMP càng cao, độ lệch tâm càng lớn.
Hậu quả:
• Tăng độ rung và tiếng ồn: Thiết bị tạo ra độ rung mạnh với tần số gấp đôi (chủ yếu là gấp 2 lần tần số nguồn, 100Hz), dẫn đến mức độ rung và tiếng ồn tăng lên đáng kể.
•Hư hỏng cơ học các bộ phận: Việc sử dụng UMP lâu dài sẽ gây ra hiện tượng mài mòn ổ bi, mỏi trục, cong trục, và thậm chí có thể khiến stato và rôto cọ xát vào nhau (ma sát và va chạm), dẫn đến hư hỏng nghiêm trọng.
2. Tăng độ rung của thiết bị

Nguồn: Chủ yếu từ hai khía cạnh:
1. Dao động điện từ: Gây ra bởi lực hút từ không cân bằng (UMP), tần số liên quan đến từ trường quay và tần số lưới điện.
2. Rung động cơ học: Gây ra bởi sự mài mòn ổ bi, lệch trục và các vấn đề khác do UMP gây ra.
Hậu quả: Ảnh hưởng đến hoạt động ổn định của toàn bộ tổ máy phát điện (bao gồm cả tuabin) và đe dọa sự an toàn của cấu trúc nhà máy điện.
3. Tác động đến kết nối lưới điện và hệ thống điện
Sự biến dạng dạng sóng điện áp và sóng hài dòng điện sẽ gây ô nhiễm hệ thống điện của nhà máy và phát tán vào lưới điện, có thể ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của các thiết bị khác trên cùng một đường dây và không đáp ứng các yêu cầu về chất lượng điện năng.
4. Giảm hiệu suất và công suất đầu ra
Tổn thất sóng hài và hiện tượng sinh nhiệt bổ sung sẽ làm giảm hiệu suất của máy phát điện, và với cùng một công suất thủy điện đầu vào, công suất tác dụng hữu ích sẽ giảm.
Phần kết luận

Khe hở không khí không đều giữa stato và rôto trong các máy phát thủy điện lớn không phải là vấn đề đơn giản. Ban đầu nó là một vấn đề điện từ nhưng nhanh chóng phát triển thành một lỗi nghiêm trọng toàn diện, tích hợp các khía cạnh điện, cơ khí và nhiệt. Lực hút từ không cân bằng (UMP) mà nó gây ra và sự rung động mạnh mẽ do đó là những yếu tố chính đe dọa đến hoạt động an toàn của thiết bị. Do đó, trong quá trình lắp đặt, bảo trì và vận hành hàng ngày, độ đồng đều của khe hở không khí phải được kiểm soát chặt chẽ, và các dấu hiệu sớm của lỗi lệch tâm phải được phát hiện và xử lý kịp thời thông qua các hệ thống giám sát trực tuyến (như giám sát rung động, dòng điện và khe hở không khí).