ההשפעה של פער אוויר לא אחיד בין סטטור לרוטור על זרם ומתח סטטור בגנרטורים הידרואלקטריים גדולים

פער אוויר לא אחיד בין הסטטור לרוטור (הידוע בכינויו "אקסצנטריות של פער אוויר") בגנרטורים גדולים הוא מצב תקלה חמור שיכול להיות בעל שורה של השפעות שליליות על הפעולה היציבה ועל תוחלת החיים של היחידה.
במילים פשוטות, פער אוויר לא אחיד גורם לפיזור שדה מגנטי אסימטרי, אשר בתורו גורם לסדרה של בעיות אלקטרומגנטיות ומכניות. להלן ננתח בפירוט את ההשפעה על זרם ומתח הסטטור, כמו גם השלכות שליליות נלוות אחרות.
א. השפעה על זרם הסטטור
זוהי ההשפעה הישירה והברורה ביותר.
1. עיוות זרם וצורת גל מוגברים
עיקרון: באזורים עם פערי אוויר קטנים יותר, ההתנגדות המגנטית קטנה יותר וצפיפות השטף המגנטי גדולה יותר; באזורים עם פערי אוויר גדולים יותר, ההתנגדות המגנטית גדולה יותר וצפיפות השטף המגנטי קטנה יותר. שדה מגנטי אסימטרי זה גורם לכוח אלקטרו-מניע לא מאוזן בסלילי הסטטור.
ביצועים: מצב זה גורם לחוסר איזון בזרמי הסטטור התלת-פאזיים. חשוב מכך, מספר רב של הרמוניות מסדר גבוה, במיוחד הרמוניות אי-זוגיות (כגון 3, 5, 7 וכו'), מוכנסות לצורת הגל של הזרם, מה שגורם לצורת הגל של הזרם לא להיות עוד גל סינוס חלק אלא להיות מעוות.
2. יצירת רכיבי זרם עם תדרים אופייניים
עיקרון: השדה המגנטי האקסצנטרי המסתובב שווה ערך למקור אפנון בתדר נמוך המווסת את זרם תדר ההספק הבסיסי.
ביצועים: פסי צד מופיעים בספקטרום זרם הסטטור. באופן ספציפי, רכיבי תדר אופייניים מופיעים משני צידי התדר הבסיסי (50 הרץ).
3. התחממות יתר מקומית של פיתולים
עיקרון: רכיבים הרמוניים בזרם מגבירים את אובדן הנחושת (אובדן I²R) של סלילי הסטטור. במקביל, זרמים הרמוניים יוצרים הפסדים נוספים של זרמי מערבולת והיסטרזיס בליבת הברזל, מה שמוביל לאובדן ברזל מוגבר.
ביצועים: הטמפרטורה המקומית של סלילי הסטטור וליבת הברזל עולה באופן חריג, מה שעלול לחרוג מהמגבלה המותרת של חומרי בידוד, להאיץ את הזדקנות הבידוד ואף לגרום לתאונות שחיקה כתוצאה מקצר חשמלי.
II. השפעה על מתח הסטטור
למרות שההשפעה על המתח אינה ישירה כמו על הזרם, היא חשובה באותה מידה.
1. עיוות צורת גל מתח
עיקרון: הכוח האלקטרו-מניעי שנוצר על ידי הגנרטור קשור ישירות לשטף המגנטי של מרווח האוויר. מרווח אוויר לא אחיד גורם לעיוות של צורת הגל של השטף המגנטי, מה שבתורו גורם לעיוות גם של צורת הגל של מתח הסטטור המושרה, המכיל מתחים הרמוניים.
ביצועים: איכות מתח המוצא יורדת ואינו עוד גל סינוס סטנדרטי.
2. חוסר איזון במתח
במקרים אסימטריים חמורים, הדבר עלול לגרום למידה מסוימת של חוסר איזון במתח המוצא התלת-פאזי.
ג. תופעות לוואי חמורות יותר (נגרמות מבעיות זרם ומתח)
בעיות הזרם והמתח הנ"ל יפעילו סדרה של תגובות שרשרת, שלעתים קרובות קטלניות יותר.
1. משיכה מגנטית לא מאוזנת (UMP)
זוהי התוצאה המרכזית והמסוכנת ביותר של אקסצנטריות של מרווח האוויר.
图片11
עיקרון: בצד עם פער אוויר קטן יותר, המשיכה המגנטית גדולה בהרבה מאשר בצד עם פער אוויר גדול יותר. משיכה מגנטית נטו זו (UMP) תמשוך עוד יותר את הרוטור לכיוון הצד עם פער האוויר הקטן יותר.
מעגל קסמים: UMP יחמיר את בעיית פער האוויר הלא אחיד, ויוצר מעגל קסמים. ככל שהאקסצנטריות חמורה יותר, כך ה-UMP גדול יותר; ככל שה-UMP גדול יותר, כך האקסצנטריות חמורה יותר.
השלכות:
•רעש ורעידות מוגברים: היחידה מייצרת רעידות חזקות בעלות הכפלת תדר (בעיקר פי 2 מתדר החשמל, 100 הרץ), ורמות הרעידות והרעש עולות באופן משמעותי.
•נזק מכני לרכיבים: UMP לטווח ארוך יגרום לבלאי מוגבר של המיסבים, עייפות גלגלי השיניים, כיפוף הציר, ואף עלול לגרום לסטטור ולרוטור להתחכך זה בזה (חיכוך הדדי והתנגשות), וזהו כשל הרסני.
2. רטט מוגבר של היחידה
图片12
מקורות: בעיקר משני היבטים:
1. רטט אלקטרומגנטי: נגרם על ידי משיכה מגנטית לא מאוזנת (UMP), התדר קשור לשדה המגנטי המסתובב ולתדר הרשת.
2. רעידות מכניות: נגרמות עקב שחיקה של מיסבים, חוסר יישור של הציר ובעיות אחרות הנגרמות על ידי UMP.
השלכות: משפיע על הפעולה היציבה של כל מערך הגנרטורים (כולל הטורבינה) ומאיים על בטיחות מבנה תחנת הכוח.
3. השפעה על חיבור לרשת החשמל ומערכת החשמל
עיוות צורת גל של מתח והרמוניות של זרם יזהמו את מערכת החשמל של המפעל ויחדירו לרשת החשמל, דבר שעלול להשפיע על הפעולה הרגילה של ציוד אחר באותו אפיק ואינו עומד בדרישות איכות החשמל.
4. יעילות מופחתת והספק יציאה מופחתים
הפסדים הרמוניים נוספים וחימום יפחיתו את יעילות הגנרטור, ותחת אותה הספק מים קלט, תפוקת ההספק הפעילה השימושית תפחת.
מַסְקָנָה
图片13图片13
פער אוויר לא אחיד בין הסטטור לרוטור בגנרטורים גדולים אינו עניין של מה בכך. הוא מתחיל כבעיה אלקטרומגנטית אך מתפתח במהירות לתקלה חמורה ומקיפה המשלבת היבטים חשמליים, מכניים ותרמיים. המשיכה המגנטית הלא מאוזנת (UMP) שהוא גורם והרעידות החזקות הנובעות ממנה הם הגורמים העיקריים המאיימים על הפעולה הבטוחה של היחידה. לכן, במהלך התקנת היחידה, תחזוקה ותפעול ותחזוקה יומיומיים, יש לשלוט בקפדנות על אחידות פער האוויר, ויש לזהות ולטפל בסימנים מוקדמים של תקלות אקסצנטריות בצורה יעילה באמצעות מערכות ניטור מקוונות (כגון ניטור רעידות, זרם ומרווח אוויר).


זמן פרסום: 18 בדצמבר 2025