Neenakomerna zračna reža med statorjem in rotorjem (splošno znana kot "ekscentričnost zračne reže") v velikih hidrogeneratorjih je resen vzrok napake, ki lahko ima vrsto negativnih učinkov na stabilno delovanje in življenjsko dobo enote.
Preprosto povedano, neenakomerna zračna reža povzroča asimetrično porazdelitev magnetnega polja, kar posledično sproži vrsto elektromagnetnih in mehanskih težav. Spodaj podrobno analiziramo vpliv na statorski tok in napetost ter druge povezane negativne posledice.
I. Vpliv na statorski tok
To je najbolj neposreden in očiten učinek.
1. Povečano popačenje toka in valovne oblike
Načelo: Na območjih z manjšimi zračnimi režami je magnetni upor manjši in gostota magnetnega pretoka večja; na območjih z večjimi zračnimi režami je magnetni upor večji in gostota magnetnega pretoka manjša. To asimetrično magnetno polje povzroča neuravnoteženo elektromotorno silo v navitjih statorja.
Zmogljivost: To povzroča neravnovesje v trifaznih statorskih tokovih. Še pomembneje je, da se v tokovno valovno obliko vnese veliko število višjih harmonikov, zlasti lihih harmonikov (kot so 3., 5., 7. itd.), zaradi česar tokovna valovna oblika ni več gladka sinusna, temveč je popačena.
2. Generiranje tokovnih komponent z značilnimi frekvencami
Načelo: Vrteče se ekscentrično magnetno polje je enakovredno nizkofrekvenčnemu modulacijskemu viru, ki modulira osnovni tok omrežne frekvence.
Zmogljivost: V spektru statorskega toka se pojavijo stranski pasovi. Natančneje, karakteristične frekvenčne komponente se pojavijo na obeh straneh osnovne frekvence (50 Hz).
3. Lokalno pregrevanje navitij
Načelo: Harmonske komponente toka povečajo izgube bakra (izgube I²R) v statorskih navitjih. Hkrati harmonični tokovi ustvarjajo dodatne izgube zaradi vrtinčnih tokov in histereze v železnem jedru, kar vodi do povečanih izgub v železu.
Zmogljivost: Lokalna temperatura statorskih navitij in železnega jedra se nenormalno dvigne, kar lahko preseže dovoljeno mejo izolacijskih materialov, pospeši staranje izolacije in celo povzroči kratkostične izgorelosti.
II. Vpliv na napetost statorja
Čeprav vpliv na napetost ni tako neposreden kot na tok, je prav tako pomemben.
1. Popačenje napetostne valovne oblike
Načelo: Elektromotorna sila, ki jo ustvarja generator, je neposredno povezana z magnetnim pretokom zračne reže. Neenakomerna zračna reža povzroča popačenje valovne oblike magnetnega pretoka, kar posledično povzroči popačenje tudi valovne oblike inducirane napetosti statorja, ki vsebuje harmonske napetosti.
Zmogljivost: Kakovost izhodne napetosti se zmanjša in ni več standardni sinusni val.
2. Neravnovesje napetosti
V hudih asimetričnih primerih lahko povzroči določeno stopnjo neravnovesja v trifazni izhodni napetosti.
III. Drugi resnejši neželeni učinki (ki jih povzročajo težave s tokom in napetostjo)
Zgornje težave s tokom in napetostjo bodo sprožile vrsto verižnih reakcij, ki so pogosto bolj usodne.
1. Neuravnotežena magnetna sila (UMP)
To je najbolj bistvena in nevarna posledica ekscentričnosti zračne reže.
​
Načelo: Na strani z manjšo zračno režo je magnetni privlek veliko večji kot na strani z večjo zračno režo. Ta neto magnetni privlek (UMP) bo rotor še bolj potegnil proti strani z manjšo zračno režo.
Začaran krog: Neenakomerna zračna reža (UMP) bo samo še poslabšala problem neenakomerne zračne reže in ustvarila začaran krog. Večja kot je ekscentričnost, večji je UMP; večji kot je UMP, večja je ekscentričnost.
Posledice:
• Povečane vibracije in hrup: Enota ustvarja močne vibracije s podvojeno frekvenco (večinoma 2-kratnik omrežne frekvence, 100 Hz), raven vibracij in hrupa pa se znatno poveča.
• Mehanske poškodbe komponent: Dolgotrajno delovanje UMP povzroči povečano obrabo ležajev, utrujenost ležajev, upogibanje gredi in lahko celo povzroči drgnjenje statorja in rotorja drug ob drugega (medsebojno trenje in trčenje), kar je uničujoča okvara.
2. Povečane vibracije enote

Viri: Predvsem z dveh vidikov:
1. Elektromagnetne vibracije: Povzroča jih neuravnotežena magnetna sila (UMP), njihova frekvenca pa je povezana z vrtečim se magnetnim poljem in frekvenco omrežja.
2. Mehanske vibracije: Povzročajo jih obraba ležajev, nepravilna poravnava gredi in druge težave, ki jih povzroča UMP.
Posledice: Vpliva na stabilno delovanje celotnega generatorskega agregata (vključno s turbino) in ogroža varnost konstrukcije strojnice.
3. Vpliv na omrežno povezavo in elektroenergetski sistem
Popačenje napetostnega valovnega toka in tokovni harmoniki bodo onesnažili elektroenergetski sistem elektrarne in se vbrizgali v omrežje, kar lahko vpliva na normalno delovanje druge opreme na istem vodilu in ne bo izpolnjevalo zahtev glede kakovosti električne energije.
4. Zmanjšana učinkovitost in izhodna moč
Dodatne harmonske izgube in segrevanje bodo zmanjšali učinkovitost generatorja, pri enaki vhodni moči vode pa se bo zmanjšala tudi koristna aktivna izhodna moč.
Zaključek

Neenakomerna zračna reža med statorjem in rotorjem v velikih hidrogeneratorjih nikakor ni nepomembna zadeva. Začne se kot elektromagnetni problem, vendar se hitro razvije v resno napako, ki združuje električne, mehanske in toplotne vidike. Neuravnotežena magnetna sila (UMP), ki jo povzroča, in posledične hude vibracije so glavna dejavnika, ki ogrožata varno delovanje enote. Zato je treba med namestitvijo, vzdrževanjem ter vsakodnevnim delovanjem in vzdrževanjem enote strogo nadzorovati enakomernost zračne reže, zgodnje znake napak zaradi ekscentričnosti pa je treba pravočasno odkriti in obravnavati s pomočjo spletnih sistemov za spremljanje (kot so spremljanje vibracij, toka in zračne reže).