El entrehierro desigual entre el estator y el rotor (comúnmente conocido como “excentricidad del entrehierro”) en los grandes hidrogeneradores es un modo de falla grave que puede tener una serie de efectos adversos en el funcionamiento estable y la vida útil de la unidad.
En pocas palabras, un entrehierro desigual provoca una distribución asimétrica del campo magnético, lo que a su vez desencadena una serie de problemas electromagnéticos y mecánicos. A continuación, analizamos en detalle su impacto en la corriente y la tensión del estator, así como otras consecuencias adversas asociadas.
I. Impacto en la corriente del estator
Éste es el efecto más directo y obvio.
1. Aumento de la corriente y la distorsión de la forma de onda
Principio: En zonas con entrehierros menores, la resistencia magnética es menor y la densidad de flujo magnético mayor; en zonas con entrehierros mayores, la resistencia magnética es mayor y la densidad de flujo magnético menor. Este campo magnético asimétrico induce una fuerza electromotriz desequilibrada en los devanados del estator.
Rendimiento: Esto provoca un desequilibrio en las corrientes trifásicas del estator. Más importante aún, se introduce una gran cantidad de armónicos de alto orden, especialmente armónicos impares (como el 3.º, 5.º, 7.º, etc.), en la forma de onda de la corriente, lo que provoca que esta deje de ser una onda sinusoidal uniforme y se distorsione.
2. Generación de componentes de corriente con frecuencias características
Principio: El campo magnético excéntrico giratorio es equivalente a una fuente de modulación de baja frecuencia que modula la corriente de frecuencia eléctrica básica.
Rendimiento: Aparecen bandas laterales en el espectro de corriente del estator. Específicamente, los componentes de frecuencia característicos aparecen a ambos lados de la frecuencia fundamental (50 Hz).
3. Sobrecalentamiento local de los devanados
Principio: Los componentes armónicos de la corriente aumentan la pérdida de cobre (pérdida I²R) de los devanados del estator. Al mismo tiempo, las corrientes armónicas generan pérdidas adicionales por corrientes parásitas y por histéresis en el núcleo de hierro, lo que aumenta la pérdida de hierro.
Rendimiento: La temperatura local de los devanados del estator y del núcleo de hierro aumenta de forma anormal, lo que puede superar el límite permitido de los materiales de aislamiento, acelerar el envejecimiento del aislamiento e incluso provocar accidentes por quema de cortocircuito.
II. Impacto en el voltaje del estator
Aunque el impacto en el voltaje no es tan directo como en la corriente, es igualmente importante.
1. Distorsión de la forma de onda de voltaje
Principio: La fuerza electromotriz generada por el generador está directamente relacionada con el flujo magnético del entrehierro. Un entrehierro irregular distorsiona la forma de onda del flujo magnético, lo que a su vez distorsiona la forma de onda de la tensión inducida del estator, conteniendo tensiones armónicas.
Rendimiento: La calidad del voltaje de salida disminuye y ya no es una onda sinusoidal estándar.
2. Desequilibrio de voltaje
En casos asimétricos severos, puede provocar un cierto grado de desequilibrio en la tensión de salida trifásica.
III. Otros efectos adversos más graves (causados ​​por problemas de corriente y voltaje)
Los problemas de corriente y voltaje mencionados anteriormente desencadenarán una serie de reacciones en cadena, que a menudo son más fatales.
1. Atracción magnética desequilibrada (UMP)
Esta es la consecuencia más importante y peligrosa de la excentricidad del entrehierro.
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Principio: En el lado con un entrehierro menor, la fuerza de atracción magnética es mucho mayor que en el lado con un entrehierro mayor. Esta fuerza de atracción magnética neta (UMP) impulsará aún más el rotor hacia el lado con el entrehierro menor.
Círculo vicioso: La UMP agravará el problema del entrehierro irregular, creando un círculo vicioso. Cuanto mayor sea la excentricidad, mayor será la UMP; y cuanto mayor sea la UMP, mayor será la excentricidad.
Consecuencias:
• Mayor vibración y ruido: la unidad genera una fuerte vibración de doble frecuencia (principalmente 2 veces la frecuencia de potencia, 100 Hz), y los niveles de vibración y ruido aumentan significativamente.
•Daños mecánicos a los componentes: el UMP a largo plazo provocará un mayor desgaste de los cojinetes, fatiga del muñón, flexión del eje e incluso puede provocar que el estator y el rotor se froten entre sí (fricción mutua y colisión), lo que es una falla devastadora.
2. Aumento de la vibración de la unidad

Fuentes: Principalmente de dos vertientes:
1. Vibración electromagnética: causada por una atracción magnética desequilibrada (UMP), la frecuencia está relacionada con el campo magnético giratorio y la frecuencia de la rejilla.
2. Vibración mecánica: causada por el desgaste de los cojinetes, la desalineación del eje y otros problemas causados ​​por UMP.
Consecuencias: Afecta el funcionamiento estable de todo el grupo electrógeno (incluida la turbina) y amenaza la seguridad de la estructura de la central eléctrica.
3. Impacto en la conexión a la red y el sistema eléctrico
La distorsión de la forma de onda de voltaje y los armónicos de corriente contaminarán el sistema de energía de la planta y se inyectarán en la red, lo que puede afectar el funcionamiento normal de otros equipos en el mismo bus y no cumplir con los requisitos de calidad de energía.
4. Reducción de la eficiencia y la potencia de salida
Las pérdidas armónicas adicionales y el calentamiento reducirán la eficiencia del generador y, con la misma potencia de entrada de agua, la potencia activa útil de salida disminuirá.
Conclusión

El entrehierro desigual entre el estator y el rotor en grandes hidrogeneradores no es un problema trivial. Comienza como un problema electromagnético, pero rápidamente se convierte en una falla grave que integra aspectos eléctricos, mecánicos y térmicos. La fuerza de atracción magnética desequilibrada (UMP) que provoca y la fuerte vibración resultante son los principales factores que amenazan la operación segura de la unidad. Por lo tanto, durante la instalación, el mantenimiento y la operación y el mantenimiento diarios de la unidad, la uniformidad del entrehierro debe controlarse estrictamente, y las señales tempranas de fallas de excentricidad deben detectarse y gestionarse oportunamente mediante sistemas de monitoreo en línea (como monitoreo de vibración, corriente y entrehierro).