發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢中如果存在高次諧波，將使電動(dòng)勢波形變壞，產(chǎn)生許多不良影響：（1）發(fā)電機(jī)本身的附加損耗增加，效率下降，溫升增高；（2）可能引起輸電線路的電感和電容發(fā)生諧振，產(chǎn)生過電壓；（3）對鄰近的通訊線路產(chǎn)生干擾；（4）使感應(yīng)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生有害的附加轉(zhuǎn)矩和損耗，造成電動(dòng)機(jī)運(yùn)行性能變壞。因此，設(shè)計(jì)電機(jī)時(shí)，要盡可能削弱或消除電動(dòng)勢中的高次諧波。
一般諧波次數(shù)愈高，其幅值愈小，對電動(dòng)勢波形的影響也愈小，因此，影響電動(dòng)勢波形的主要是3、5、7、9等次諧波。所以，設(shè)計(jì)交流繞組時(shí)，主要考慮削弱或者消除3、5、7、9等次諧波電動(dòng)勢。常用的方法有：
1．凸極同步電機(jī)的勵(lì)磁繞組為集中繞組，氣息磁場的分布取決于磁極的極靴外形，所以對凸極同步電機(jī)而言，可以通過改善磁極的極靴外形，力求磁極場沿電樞表面的分布為正弦波；而隱極同步電機(jī)通過勵(lì)磁繞組的分布范圍來獲得正弦分布的磁場，改善勵(lì)磁繞組的分布范圍，可以使磁極場沿電樞表面的分布更接近于正弦波。
在凸極同步電機(jī)中，采用非均氣隙，一般取最大氣隙與最小氣隙之比在1.5～2.0范圍內(nèi)，極靴寬度bp與極之比在0.70～0.75范圍內(nèi)。對于穩(wěn)極汽輪發(fā)電機(jī)，氣隙是均勻的，把每極范圍內(nèi)安放勵(lì)磁繞組部分與極距之比設(shè)計(jì)在0.70～0.80范圍內(nèi)。實(shí)踐表明，當(dāng)采取上述措施后，同步電機(jī)磁極場波形就比較接近于正弦形。
2．在對稱的三相繞組中，三相繞組的連接消除了線電動(dòng)勢中的3次及其倍數(shù)次奇次諧波。和變壓器一樣，三相繞組可以連接成y聯(lián)接或形聯(lián)接，由于三相電動(dòng)勢中的3次及其倍數(shù)次奇次諧波彼此相差3×120°＝360°，即大小相等、相位相同。當(dāng)三相繞組采用y聯(lián)接時(shí)，由于三相電動(dòng)勢中的3次及其倍數(shù)次奇次諧波在相位上彼此相差360°，即是同相位的，而且大小相等，線電動(dòng)勢，即線電動(dòng)勢中的3次諧波電動(dòng)勢互相抵消，所以發(fā)電機(jī)輸出的線電動(dòng)勢中不存在3次諧波，同理也不存在3的倍數(shù)奇次諧波。當(dāng)三相繞組采用△連接時(shí)（圖1b），由于三相的3次諧波電動(dòng)勢同相位、同大小，即，在閉合的三角形回路內(nèi)產(chǎn)生環(huán)流，根據(jù)電路定律，在閉合三角形回路內(nèi)有：，這樣，3次諧波電動(dòng)勢正好等于3次諧波環(huán)流所引起阻抗壓降，所以線電壓中不會(huì)出現(xiàn)3次諧波。同理，也不會(huì)出現(xiàn)3的倍數(shù)次諧波。
a）y形聯(lián)接 b）△形聯(lián)接
圖1 三相繞組采用y形或△形聯(lián)接
從上述可見，無論三相繞組采用y形或△形聯(lián)接，線電壓中都不存3和3的倍數(shù)次諧波，這是三相繞組在電動(dòng)勢方面的優(yōu)點(diǎn)。但當(dāng)采用△連接時(shí)，由于閉合回路中的3次諧波環(huán)流引起附加損耗，使電機(jī)效率降低、溫升增加，所以現(xiàn)代同步發(fā)電機(jī)一般采用y形連接。
3．采用短距繞組削弱高次諧波電動(dòng)勢
圖2表示采用短距消除5次諧波電動(dòng)勢方法。圖中實(shí)線表示整距情況，這時(shí)5次諧波磁場在線圈兩個(gè)有效邊內(nèi)感應(yīng)電動(dòng)勢的瞬時(shí)值大小相等、方向相反，沿回路內(nèi)正好相加。如果把節(jié)距y1縮短，如圖中虛線所示，則兩個(gè)有效邊內(nèi)的5次諧波電動(dòng)勢也大小相等，但方向相同，沿回路內(nèi)正好互相抵消，故5次諧波合成電動(dòng)勢等于零。一般說來，節(jié)距縮短v次諧波的一個(gè)極距（即縮短），就能消除v次諧波電動(dòng)勢。
圖2 采用短距繞組消除5次諧波電動(dòng)勢
實(shí)際上，由于三相繞組采用y形或△形連接，線電壓中已經(jīng)消除了3次及3的倍數(shù)次諧波，所以選擇繞組節(jié)距時(shí)主要考慮同時(shí)消弱5、7次諧波電動(dòng)勢，因此，通常采用，這時(shí)5次和7次諧波電動(dòng)勢差不多都削弱到只有原來的1/4。表1列出了不同節(jié)距時(shí)基波和部分諧波的短距的系數(shù)。
表1 基波和部分高次諧波的短距系數(shù)
v
1
8/9
5/6
4/5
7/9
2/3
1
3
5
7
1.0000
－1.0000
1.0000
1.0000
0.9848
－0.8660
0.6428
－0.3420
0.9659
－0.7071
0.2588
0.2588
0.9511
－0.5878
0
0.5878
0.9397
－0.5000
－0.1736
0.7660
0.8660
0
－0.8660
0.8660
4．采用分布繞組削弱高次諧波電動(dòng)勢
表2和圖3表示每極每相槽數(shù)q不同時(shí)基波和各次諧波的分布系數(shù)的變化情況。從表可見，當(dāng)q增加時(shí)基波的分布系數(shù)減小不多，但諧波的分布系數(shù)顯著減小，因此，采用分布繞組可以削弱高次諧波電動(dòng)勢。但是，隨著q的增大，電樞槽數(shù)z也增多，這將引起沖剪工時(shí)和絕緣材料消耗量增加，從而使電機(jī)成本提高。事實(shí)上，當(dāng)q＞6時(shí)，高次諧波分布系數(shù)的下降已不太顯著，因此除二極汽輪發(fā)電機(jī)采用q＝6－12以外，一般交流電機(jī)的q均在2－6范圍內(nèi)。
表2 三相繞組基波和部分高次諧波的分布系數(shù)的絕對值
v
q
2
3
4
5
6
7
8
9
1
0.9659
0.9598
0.9577
0.9567
0.9561
0.9558
0.9556
0.9555
3
0.7071
0.6667
0.6533
0.6472
0.6440
0.6420
0.6407
0.6399
5
0.2588
0.2176
0.2053
0.2000
0.1972
0.1955
0.1944
0.1937
7
0.2588
0.1774
0.1576
0.1494
0.1453
0.1429
0.1413
0.1403
9
0.7071
0.3333
0.2706
0.2472
0.2357
0.2291
0.2250
0.2222
11
0.9659
0.1774
0.1261
0.1095
0.1017
0.0974
0.0948
0.0930
13
0.9659
0.2176
0.1261
0.1022
0.0919
0.0865
0.0831
0.0810
15
0.7071
0.6667
0.2706
0.2000
0.1725
0.1586
0.1503
0.1450
圖3 基波和各次諧波的分布系數(shù)（絕對值）和q的關(guān)系
例 一臺(tái)三相同步發(fā)電機(jī)，f＝50hz，nn＝1500r/min定子采用雙層短距分布繞組，定子槽數(shù)z＝36，，每個(gè)線圈匝數(shù)nc＝9，并聯(lián)支路數(shù)a＝1，y連接，每極磁通量，求相電動(dòng)勢和線電動(dòng)勢e。
解 求解時(shí)，基波和各次諧波的繞組系數(shù)的計(jì)算較為繁瑣，可以借助malab工具，較為方便計(jì)算相電動(dòng)勢和線電動(dòng)勢e。計(jì)算結(jié)果為；線電動(dòng)勢e＝405.04v。下面為malab源程序：