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在单相异步电动机的气隙磁场中，谐波磁场的含量多、次数低、幅值大，可能会产生较大的附加转矩、附加损耗、振动和噪声，从而使电动机起动困难，效率降低，温升增高，振动及噪声指标变差。为了削弱电动机气隙磁场中的谐波磁场，关键在于正确选择绕组的结构型式及精心设计笼型绕组的斜槽。
单相异步电动机定子绕组种类较多，按槽内导体层数分为单层和双层；按绕组端接部分的形状分为单层同心式、单层交叉式、单层链式和双层叠绕组；按槽内导体的分布规律分为集中绕组、分布绕组和正弦绕组。
由于单相异步电动机的定子内径较小，嵌线比较困难，多采用单层绕组。为了削弱高次谐波磁动势，改善起动和运行性能，又多采用正弦绕组。
单相异步电动机的主、副绕组轴线一般是正交的，即空间相距90°电角度。这种电动机具有可逆转动特性，且由于绕组分布对称，嵌线工艺较好。但有时为了改善性能，也有把两个绕组设计成非正交的。如在制冷压缩机等某些仅需要单方向运转场合，采用空间非正交绕组，则可显示出其电流小且效率、功率因数和起动转矩高等显著特点。
单相异步电动机主、副绕组所占的槽数，通常各占总槽数的1/2，即主、副绕组相带各占90°电角度。但也有被设计成主绕组占总槽数的2/3，副绕组仅占1/3的，即主、副绕组相带分别为120°和60°电角度。电阻起动和电容起动单相电动机的副绕组仅在起动时使用，主绕组占总槽数的2/3，可提高电动机槽的有效利用率，提高电动机的出力。并且此时不会产生3次及3的整倍数奇次谐波磁动势，从而减少附加损耗和电磁噪声。对于电容运转和双值电容单相异步电动机，如果采用这种绕组，副绕组电流仅产生脉振的3次谐波磁动势分量，由此产生的3次谐波转矩在额定负载运行时其影响基本可忽略，并且副绕组中的3次谐波分量可采用适当的短距来加以限制。例如，对于定子槽数 Q 1 =36的4极电动机，若采用 y =7的短距绕组，则3次谐波磁动势的幅值将降到整距时的1/2，3次谐波转矩将降到整距时的1/4。实践证明，这样做可基本上消除3次谐波的影响。
1.单层同心式绕组 对于单相电阻起动和电容起动异步电动机，电动机的运行性能主要取决于工作绕组，因此通常工作绕组占定子总槽数的2/3，起动绕组占总槽数的1/3，这两个绕组在空间通常相差90°电角度，下面举例说明单层同心式绕组的连接方法。
例3-1 已知定子槽数 Q 1 =24，极对数 p =2，画出单层同心式绕组展开图。
解 ：计算有关数据：
（1）极距
（2）每极槽数
（3）槽距角
（4）槽数分配 即确定每极下每相绕组占有的槽数，这些槽占有的空间范围叫相带。主绕组占2/3，等于4个槽，即 q =4，为120°相带。副绕组占1/3，等于2个槽，即 q =2，为60°相带。联成单层同心式绕组，如图3-20所示。由图可见，在某一磁极下，主绕组的轴线在槽3、4之间，起动绕组轴线在槽6、7之间，两个绕组的轴线相距3个槽，在空间相距3×30°=90°电角度。
图3-20 例3-1的单层同心式绕组展开图
当工作绕组占定子槽数的2/3，即用120°相带时，可以提高电动机有效材料的利用率，并能自行消除磁动势空间分布曲线中的3次谐波。
对于电容运转异步电动机，由于主、副绕组同为工作绕组长期参与运行，通常两绕组所占定子槽数相等，用铜量也基本相同。下面举例说明这种单层同心式绕组的连接方法。
例3-2 已知定子槽数 Q 1 =16，极对数 p =1，画出单层同心式绕组展开图。
解 ：计算有关数据：
（1）极距
（2）每极槽数
（3）槽距角
（4）槽数分配 确定每极下每相绕组占有的槽数。主绕组占1/2，等于4个槽，即 q =4，为90°相带；副绕组占1/2，等于4个槽，即 q =4，为90°相带。连成单层同心式绕组，如图3-21所示。由图可见，在某一磁极下，主绕组的轴线在槽4、5之间，副绕组的轴线在槽8、9之间，两个绕组的轴线相距4个槽，在空间相距4×22.5°=90°电角度。
由上述绕组的构成可见，单层同心式绕组中每个线圈的跨距各不相同，但各线圈的轴线是重合的。这种绕组的绕线和嵌线都比较简单，是单相异步电动机中应用较广的一种形式。
图3-21 例3-2的单层同心式绕组展开图
2.单层链式绕组 可以根据图3-20绕组的数据画制绕组展开图，来了解单层链式绕组的连接方法。连成的单层链式绕组如图3-22所示。
图3-22 单层链式绕组展开图
由图可见，单层链式绕组的线圈形式有如链形，这种绕组的节距必须为奇数，如 y 等于5（1～6槽）。表面上看它是短距的，但从电磁实质来看，仍属全距绕组。
3.单层交叉式绕组 同样可以根据上述单相同心式绕组的数据画出绕组展开图来了解单层交叉式绕组的连接方法。连成的单层交叉式绕组如图3-23所示。
由图可见，单层交叉式绕组的两线圈端部叉开朝不同方向排列，故称交叉式。这种绕组的节距为偶数，如 y 等于6（1～7槽）。
4.双层叠绕组 双层绕组是把定子每个槽分为上、下两层，上层嵌放一个线圈的圈边，下层嵌放另一个线圈的圈边。下面举例说明。
图3-23 单层交叉式绕组展开图
例3-3 一台300mm台扇，定子槽数 Q 1 =8，转子槽数 Q 2 =17，极对数 p =2，画出双层绕组展开图。
解 ：计算有关数据：
（1）极距
（2）每极槽数
（3）槽距角
（4）槽数分配 主绕组占1/2，等于1个槽，即 q =1，为90°相带；副绕组占1/2，等于1个槽，即 q =1，为90°相带。
这样可以连成双层绕组，取线圈的节距为整距 y =2，如图3-24所示。
双层绕组的每个槽内有上、下两个线圈边，线圈的一条边放在某一槽的上层，另一条边放在相隔数槽的下层。双层绕组的线圈能够设计为任意短距，如果短距设计得适当，可以削弱谐波磁动势，改善磁动势波形。例如：一台定子槽数 Q 1 =12，极对数 p =1，采用缩短1/3极距的短距绕组，即取线圈节距 y =4，画其双层短距绕组展开图，如图3-25所示。
图3-24 例3-3的双层整距绕组展开图
单相异步电动机的正弦绕组视频
在单相电动机中，为了减小附加转矩，必须尽可能削弱定子磁动势谐波，而削弱定子磁动势谐波的有效措施之一就是采用正弦绕组。正弦绕组是一种特殊的同心式绕组，其特点是组成每相绕组的各个线圈的匝数不相等，使其产生的磁动势在空间的分布尽可能是一个正弦波。为此，每相绕组的导体在空间应按余弦规律分布，我们通过图3-26来说明。在图3-26中，导体1、2、3分别与导体1′、2′、3′组成一个同心式绕组。在正弦绕组中，这些同心线圈的匝数不相等。如果令 N （ x ）表示线密度（即定子内圆圆周单位长度上的导体数）分布曲线，则电负荷（即定子内圆圆周单位长度上的电流）分布曲线应为
图3-25 双层短距绕组展开图
式中， I 为导体中电流的有效值。依全电流定律，作用在距原点 x 处的磁通回路的磁动势应为
如果略去铁中磁阻，这些磁动势应消耗在两个空气隙上，故作用在每个空气隙上的磁动势为
由式（3-43）可以看出，要使作用在空气隙各点的磁动势 f （ x ）按照正弦规律分布，则沿空气隙各点的导体分布 N （ x ）应为一余弦波。换句话说，只有当导体在空间按余弦规律连续分布时，这些导体所产生的磁动势在空间才是一个正弦波。
图3-26 导体在空间按余弦规律分布时产生的磁动势
下面举例说明正弦绕组的构成。
例3-4 每极槽数9槽，如图3-27所示。槽距角 α =180°/9=20°，求正弦绕组的构成。
解 ：（1）计算每个线圈边离坐标原点的空间电角度
图3-27 正弦绕组（偶数节距、短距、槽中心型）
（2）计算每个空间电角度的余弦值
cos α 1 =cos10°=0.985
cos α 2 =cos30°=0.866
cos α 3 =cos50°=0.643
cos α 4 =cos70°=0.342
每极线圈边余弦值的总和为
0.985+0.866+0.643+0.342=2.836
（3）计算每个线圈匝数占每极总匝数的百分数
例如：一台单相电容起动异步电动机， Q 1 =36， p =2，每极串联匝数 W m =96匝，则 Q p =9， α =20°。下面计算正弦绕组的每线圈匝数。
从图3-27可以看出，这种绕组的每个线圈节距都是偶数2、4、6、8，称为偶数节距型。还可以看出，这种绕组的轴线与槽中心线重合，因此又叫作槽中心型。
例3-5 每极槽数9槽，如图3-28所示。槽距角 α =180°/9=20°，1槽和10槽为共槽线圈。试构成正弦绕组。
解 ：（1）计算每个线圈边离坐标原点的空间电角度
α 1 =0 α =0°
α 2 =1 α =20°
α 3 =2 α =40°
α 4 =3 α =60°
（2）计算每个空间电角度的余弦值
cos α 2 =cos20°=0.9397
cos α 3 =cos40°=0.766
cos α 4 =cos60°=0.5
每极线圈边余弦值的总和为
0.5+0.9397+0.766+0.5=2.706
（3）计算每个线圈匝数占每极总匝数的百分数
图3-28 正弦绕组（奇数节距、整距、齿中心型）
例如：一台单相电容运转异步电动机， Q 1 =18， p =1， W m =400匝，则 Q p =9， α =20°。下面计算其正弦绕组的每线圈匝数。
从图3-28可以看出，这种绕组的每个线圈节距都是奇数3、5、7、9，称为奇数节距型。还可看出这种绕组的轴线与齿中心线重合，因此又叫作齿中心型。
由上面的例子可以看出正弦绕组的两个特点：
1）在正弦绕组中，每个线圈匝数不等。跨距大的匝数多，跨距小的匝数少。
2）根据正弦绕组的导体分布规律，从结构上看，只能采用同心式绕组。
图3-29中绘出了常用的主、副绕组正弦绕组分布图，供选用时参考。
绕组系数是表示绕组性能的重要参数，在计算绕组磁动势和绕组电动势时都要用它。在计算正弦绕组的绕组系数时，应注意下面两个问题：
1）正弦绕组都采用同心式绕组，绕组中每个线圈的匝数不等，跨距也各不相同，因此这些线圈的短距系数也各不相等，但所有线圈的中心线都重合在一起，因此每个线圈所产生磁动势的轴线没有位移，故正弦绕组的分布系数等于1。换句话说，计算正弦绕组的绕组系数，就是计算它的短距系数。
2）由电机学可知，短距系数的定义及计算公式为
上式说明，一个匝数为 W 的短距线圈磁动势等于一个匝数为 K p W 的整距线圈磁动势。 W 为线圈的实际匝数，而 K p W 则称为有效匝数。所以短距系数也可以定义为
图3-29 主、副绕组常用的正弦绕组分布图
上式是计算正弦绕组绕组系数的基本公式。下面以图3-27为例说明正弦绕组绕组系数的计算方法。
（1）计算线圈的短距角
线圈1～9短距角 β 1 =1×20°=20°
线圈2～8短距角 β 2 =3×20°=60°
线圈3～7短距角 β 3 =5×20°=100°
线圈4～6短距角 β 4 =7×20°=140°
（2）计算线圈的短距系数
（3）计算线圈的有效匝数
正弦绕组的绕组系数为
下面再以图3-28为例用列表法计算正弦绕组的绕组系数，见表3-3。
表3-3 正弦绕组的绕组系数计算
