إن عدم انتظام الفجوة الهوائية بين الجزء الثابت والجزء الدوار (المعروف باسم "عدم مركزية الفجوة الهوائية") في المولدات الكهرومائية الكبيرة هو نمط عطل خطير يمكن أن يكون له سلسلة من الآثار السلبية على التشغيل المستقر وعمر الوحدة.
ببساطة، يؤدي عدم انتظام الفجوة الهوائية إلى توزيع غير متماثل للمجال المغناطيسي، مما يُسبب بدوره سلسلة من المشاكل الكهرومغناطيسية والميكانيكية. فيما يلي، نحلل بالتفصيل تأثير ذلك على تيار وجهد الجزء الثابت، بالإضافة إلى العواقب السلبية الأخرى المرتبطة به.
أولاً: التأثير على تيار الجزء الثابت
هذا هو التأثير الأكثر مباشرة ووضوحاً.
1. زيادة التيار وتشوه شكل الموجة
المبدأ: في المناطق ذات الفجوات الهوائية الأصغر، تكون المقاومة المغناطيسية أقل وكثافة التدفق المغناطيسي أكبر؛ وفي المناطق ذات الفجوات الهوائية الأكبر، تكون المقاومة المغناطيسية أكبر وكثافة التدفق المغناطيسي أقل. يُحدث هذا المجال المغناطيسي غير المتماثل قوة دافعة كهربائية غير متوازنة في ملفات الجزء الثابت.
الأداء: يتسبب هذا في عدم توازن تيارات الجزء الثابت ثلاثية الأطوار. والأهم من ذلك، أنه يتم إدخال عدد كبير من التوافقيات ذات الرتبة العالية، وخاصة التوافقيات الفردية (مثل التوافقيات الثالثة والخامسة والسابعة، وما إلى ذلك)، في شكل موجة التيار، مما يؤدي إلى تشويه شكل موجة التيار بدلاً من أن تكون موجة جيبية سلسة.
2. توليد مكونات التيار بترددات مميزة
المبدأ: المجال المغناطيسي اللامركزي الدوار يعادل مصدر تعديل منخفض التردد يقوم بتعديل تيار تردد الطاقة الأساسي.
الأداء: تظهر نطاقات جانبية في طيف تيار الجزء الثابت. وعلى وجه التحديد، تظهر مكونات التردد المميزة على جانبي التردد الأساسي (50 هرتز).
3. ارتفاع درجة حرارة الملفات محليًا
المبدأ: تزيد المكونات التوافقية في التيار من فقد النحاس (فقد I²R) في ملفات الجزء الثابت. وفي الوقت نفسه، تولد التيارات التوافقية فقدًا إضافيًا في التيارات الدوامية والتخلف المغناطيسي في القلب الحديدي، مما يؤدي إلى زيادة فقد الحديد.
الأداء: ترتفع درجة الحرارة المحلية لملفات الجزء الثابت والقلب الحديدي بشكل غير طبيعي، مما قد يتجاوز الحد المسموح به لمواد العزل، ويسرع من شيخوخة العزل، بل وقد يتسبب في حوادث احتراق الدائرة القصيرة.
ثانياً: التأثير على جهد الجزء الثابت
على الرغم من أن التأثير على الجهد ليس مباشراً مثل تأثيره على التيار، إلا أنه لا يقل أهمية.
1. تشوه شكل موجة الجهد
المبدأ: ترتبط القوة الدافعة الكهربائية المتولدة من المولد ارتباطًا مباشرًا بتدفق المجال المغناطيسي في الفجوة الهوائية. يؤدي عدم انتظام الفجوة الهوائية إلى تشوه شكل موجة تدفق المجال المغناطيسي، مما يؤدي بدوره إلى تشوه شكل موجة جهد الجزء الثابت المستحث، والذي يحتوي على توافقيات جهدية.
الأداء: تنخفض جودة جهد الخرج ولم يعد موجة جيبية قياسية.
2. عدم توازن الجهد
في الحالات غير المتماثلة الشديدة، قد يتسبب ذلك في درجة معينة من عدم التوازن في جهد الخرج ثلاثي الأطوار.
ثالثًا: آثار جانبية أخرى أكثر خطورة (ناجمة عن مشاكل التيار والجهد)
ستؤدي مشاكل التيار والجهد المذكورة أعلاه إلى إطلاق سلسلة من التفاعلات المتسلسلة، والتي غالباً ما تكون أكثر فتكاً.
1. قوة الجذب المغناطيسي غير المتوازنة (UMP)
هذه هي النتيجة الأكثر جوهرية وخطورة لعدم مركزية الفجوة الهوائية.
​
المبدأ: في الجانب ذي الفجوة الهوائية الأصغر، يكون الجذب المغناطيسي أكبر بكثير منه في الجانب ذي الفجوة الهوائية الأكبر. هذا الجذب المغناطيسي الصافي (UMP) سيدفع الدوار نحو الجانب ذي الفجوة الهوائية الأصغر.
حلقة مفرغة: يؤدي عدم انتظام توزيع الضغط (UMP) إلى تفاقم مشكلة عدم انتظام الفجوة الهوائية، مما يشكل حلقة مفرغة. فكلما زادت حدة عدم الانتظام، زاد عدم انتظام توزيع الضغط؛ وكلما زاد عدم انتظام توزيع الضغط، زادت حدة عدم الانتظام.
عواقب:
•زيادة الاهتزاز والضوضاء: تولد الوحدة اهتزازًا قويًا بتردد مضاعف (بشكل رئيسي ضعف تردد الطاقة، 100 هرتز)، وتزداد مستويات الاهتزاز والضوضاء بشكل كبير.
•التلف الميكانيكي للمكونات: سيؤدي التآكل الميكانيكي طويل الأمد إلى زيادة تآكل المحامل، وإجهاد المحاور، وانحناء العمود، وقد يتسبب حتى في احتكاك الجزء الثابت والدوار ببعضهما البعض (الاحتكاك المتبادل والتصادم)، وهو ما يمثل فشلاً مدمراً.
2. زيادة اهتزاز الوحدة

المصادر: بشكل رئيسي من جانبين:
1. الاهتزاز الكهرومغناطيسي: ينتج عن قوة الجذب المغناطيسي غير المتوازنة (UMP)، ويرتبط التردد بالمجال المغناطيسي الدوار وتردد الشبكة.
2. الاهتزاز الميكانيكي: ينتج عن تآكل المحامل، وعدم محاذاة العمود، وغيرها من المشاكل التي تسببها وحدة UMP.
العواقب: يؤثر على التشغيل المستقر لمجموعة المولدات بأكملها (بما في ذلك التوربين) ويهدد سلامة هيكل محطة توليد الطاقة.
3. التأثير على ربط الشبكة ونظام الطاقة
سيؤدي تشوه شكل موجة الجهد والتوافقيات التيار إلى تلوث نظام الطاقة في المحطة وحقنها في الشبكة، مما قد يؤثر على التشغيل الطبيعي للمعدات الأخرى على نفس الناقل ولا يفي بمتطلبات جودة الطاقة.
4. انخفاض الكفاءة والطاقة الناتجة
ستؤدي الخسائر التوافقية الإضافية والتسخين إلى تقليل كفاءة المولد، وفي ظل نفس طاقة المياه المدخلة، سينخفض ​​ناتج الطاقة النشطة المفيدة.
خاتمة

إن عدم انتظام الفجوة الهوائية بين الجزء الثابت والجزء الدوار في المولدات الكهرومائية الكبيرة ليس بالأمر الهين. يبدأ الأمر كمشكلة كهرومغناطيسية، لكنه سرعان ما يتطور إلى عطل خطير شامل يدمج الجوانب الكهربائية والميكانيكية والحرارية. ويُعدّ عدم توازن الجذب المغناطيسي الناتج عنه، وما يتبعه من اهتزازات شديدة، من العوامل الرئيسية التي تُهدد التشغيل الآمن للوحدة. لذا، يجب التحكم بدقة في انتظام الفجوة الهوائية أثناء تركيب الوحدة وصيانتها وتشغيلها وصيانتها اليومية، كما يجب الكشف عن العلامات المبكرة لأعطال اللامركزية ومعالجتها في الوقت المناسب من خلال أنظمة المراقبة الإلكترونية (مثل مراقبة الاهتزازات والتيار والفجوة الهوائية).