鐵芯、機座和三相繞組線圈是水輪發電機定子主要組成構件，定子也稱為電樞，三相繞組線圈嵌裝在鐵芯的齒槽內，而鐵芯則固定在機座上，如下圖1所示。定子（電樞）機座一般呈圓形，小容量水輪發電機一般都是採用鑄鐵整圓機座，當然也有采用鋼板焊接的箱形結構機座，因為容量較大的水輪發電機機座需要一定的強度和硬度，所以由鋼板製成的壁、環、立筋及合縫板等零件焊接組裝而成的機座主要是容量較大的水輪發電機機座。
圖1 立軸水輪發電機定子結構
一、水輪發電機定子雙層疊繞組的連線方法
水輪發電機定子線圈繞組根據每級每相槽數可以分為整數槽繞組和分數槽繞組，雙層疊繞組繞法是任何兩個相鄰的線圈都是後一個疊在前一個線圈的上面，然後把屬於同一相的相鄰線圈直接串聯起來，再透過一定的連線方法構成三相繞組；而雙層波繞組的連線方法、步驟和疊繞組完全相同，用合成節距y來表示波繞組的連線規律，它說明每串聯一個線圈時繞組沿繞制方向前進多少槽。現在，大中型水輪發電機定子線圈繞組一般都採用分數槽雙層波繞組，因為分數槽雙層波繞組能減少空載電勢中的高次諧波,尤其是齒諧波，並且分數槽雙層波繞組能使水輪發電機的電磁負荷選擇的比較合理，從而使水輪發電機定子的電磁效能和經濟性更好，但是分數槽雙層波繞組的並聯支路數的選擇對水輪發電機非常重要。為了使水輪發電機定子電壓能與電網電壓保持一致，水輪發電機定子線圈的並聯支路數的選擇又受到很大的限制，工程中往往會採用定子線圈並聯支路間不對稱的繞組。在一定的水頭下，水輪機發電機有一個最佳執行區域，但是往往那些滿足水輪發電機對稱條件的執行區域並不是水輪機發電機的最佳執行區域，而水輪發電機轉速的選擇則要著重瞿考慮定子線圈繞組支路的對稱性。當水輪發電機的容量和定子電壓一定時，定子線圈繞組並聯支路數被限制在一個很小的範圍內。此時，定子線圈繞組選擇並聯支路不對稱的繞組可以使水輪發電機的轉速調節範圍增大，給整個水輪發電機組的設計帶來了便利，同時也使得水輪發電機的設計更加合理化。
二、水輪發電機定子雙層波繞組連線方法
當雙層波繞組為整數槽時，雙層波繞組整數槽的連線方法是把所有同一個磁極性下相同相的線圈按照一定的連線順序串聯起來組成一組線圈繞組，同理再把所有另一個磁極性下的相同相的線圈按照一定連線順序串聯起來組成一組線圈繞組，最後再把這兩組線圈繞組根據需要透過串聯或並聯連線起來就構成了一相繞組，這種繞組中每相的繞組數就只有兩組，並聯支路數最多有兩條，和極數無關，僅需要一根組間連線就能連線起來。當支路對稱時，雙層分數槽波繞組繞組的連線方法是有兩種，第一是把一個單元電機內的雙層分數槽波繞組槽號抽象化，把雙層分數槽波繞組看成是一對磁極下的雙層整數槽波繞組，然後對該對磁極下槽號的進行一定的虛擬調整，這樣就可以把分數槽看成是整數槽然後用雙層整數槽波繞組的方法對雙層分數槽波繞組進行連線，只是單元電機內分數槽繞組的接線與一對磁極下的整數槽繞組的接線不同；第二種是利用合成節距y按照一定順序把同一個磁極性下的線圈連線，再把另一個磁極性下的線圈按照一定順序連線，最後再把這兩組線圈繞組根據需要透過串聯或並聯連線起來就構成了一相繞組。互相連線的兩個波繞組線圈的對應線圈邊之間的距離稱為合成節距y。為了把所有同一磁極性下的線圈依次連線起來，雙層分數槽波繞組的合成節距應該接近於或者等於一對磁極距，即y≈2mq槽；如果用槽數表示，合成節距則就是一個整數。在雙層分數槽波繞組中，由於每極每相槽數q是分數，所以2mq就不可能是整數。此時就將2mq加上或減去一個最小的小數，使2mq成為整數，這樣得到合成節距y就是整數了；當支路布對稱時，雙層分數槽波繞組繞組的連線方法是把單個線圈作為該繞組中連線最小的單位來考慮波繞組支路的劃分，然後把每個單元電機內所有同極性相組的波繞組按一定規律分成若干等份，然後再把每一等份下的線圈串聯為一個子支路，最後把所有支路透過串聯或並聯連線起來就構成一相繞組。
分數槽雙層波繞組接線
三、總結
根據水輪發電機定子槽內導體層數分為單層繞組和雙層繞組。其中單層繞組又可以分為鏈式、交叉是和同心式；雙層繞組分為波形繞組和疊繞組，雙層波形繞組和疊繞組連線方法如上所述。下面就分數槽繞組和疊繞組的優缺點做如下闡述：
分數槽繞組優點：第一能有效的削弱磁極磁場非正弦分佈所產生的高次諧波電動勢，尤其是能有效地削弱齒諧波電動勢的幅值，從而改善了定子電動勢的波形，使定子電動勢波形趨近於正弦波；第二減小了由於氣隙磁導變化所引起的每極磁通的脈振幅值和磁極表面的脈振損耗。
分數槽繞組缺點：分數槽繞組的磁動勢存在大量的奇偶次諧波，在某些情況下奇偶次諧波產生的磁場和主極磁場相互作用可能產生一些干擾力，當這些干擾力的頻率和定子機座固有振動頻率重合時會引起共振，導致定子鐵芯振動帶來很多的隱患危害定子鐵芯。
疊繞組優點：第一可以選擇最有利的節距，並同時採用分佈繞組能有效改善電動勢和磁動勢的波形，使電動勢和磁動勢的波形接近正弦波；疊繞組所有線圈都具有相同的尺寸，給設計製造節省時間，便於製造，第二可以得到很多的並聯支路數；第三可以採用短距線圈來節省端部用銅來減少經濟費用；第四疊繞組線圈端部形狀排列整齊有利於散熱和增強機械強度。
疊繞組缺點：嵌線較困難，特別是一臺電機的最後幾個線圈；線圈組間連線較多時，級數較多時耗銅量比較大。
發電機定子線圈一般是星形接線，中性點不接地，因為大中型水輪發電機定子線圈繞組一般採用雙層分數槽短距波繞組接線，這樣的接線繞組能減少空載電勢中的高次諧波和齒諧波從而改善電動勢的波形使其接近正弦波，並且採用星形接線可以消除線電動勢中的3及3的倍數次諧波。
鐵芯、機座和三相繞組線圈是水輪發電機定子主要組成構件，定子也稱為電樞，三相繞組線圈嵌裝在鐵芯的齒槽內，而鐵芯則固定在機座上，如下圖1所示。定子（電樞）機座一般呈圓形，小容量水輪發電機一般都是採用鑄鐵整圓機座，當然也有采用鋼板焊接的箱形結構機座，因為容量較大的水輪發電機機座需要一定的強度和硬度，所以由鋼板製成的壁、環、立筋及合縫板等零件焊接組裝而成的機座主要是容量較大的水輪發電機機座。
圖1 立軸水輪發電機定子結構
一、水輪發電機定子雙層疊繞組的連線方法
水輪發電機定子線圈繞組根據每級每相槽數可以分為整數槽繞組和分數槽繞組，雙層疊繞組繞法是任何兩個相鄰的線圈都是後一個疊在前一個線圈的上面，然後把屬於同一相的相鄰線圈直接串聯起來，再透過一定的連線方法構成三相繞組；而雙層波繞組的連線方法、步驟和疊繞組完全相同，用合成節距y來表示波繞組的連線規律，它說明每串聯一個線圈時繞組沿繞制方向前進多少槽。現在，大中型水輪發電機定子線圈繞組一般都採用分數槽雙層波繞組，因為分數槽雙層波繞組能減少空載電勢中的高次諧波,尤其是齒諧波，並且分數槽雙層波繞組能使水輪發電機的電磁負荷選擇的比較合理，從而使水輪發電機定子的電磁效能和經濟性更好，但是分數槽雙層波繞組的並聯支路數的選擇對水輪發電機非常重要。為了使水輪發電機定子電壓能與電網電壓保持一致，水輪發電機定子線圈的並聯支路數的選擇又受到很大的限制，工程中往往會採用定子線圈並聯支路間不對稱的繞組。在一定的水頭下，水輪機發電機有一個最佳執行區域，但是往往那些滿足水輪發電機對稱條件的執行區域並不是水輪機發電機的最佳執行區域，而水輪發電機轉速的選擇則要著重瞿考慮定子線圈繞組支路的對稱性。當水輪發電機的容量和定子電壓一定時，定子線圈繞組並聯支路數被限制在一個很小的範圍內。此時，定子線圈繞組選擇並聯支路不對稱的繞組可以使水輪發電機的轉速調節範圍增大，給整個水輪發電機組的設計帶來了便利，同時也使得水輪發電機的設計更加合理化。
二、水輪發電機定子雙層波繞組連線方法
當雙層波繞組為整數槽時，雙層波繞組整數槽的連線方法是把所有同一個磁極性下相同相的線圈按照一定的連線順序串聯起來組成一組線圈繞組，同理再把所有另一個磁極性下的相同相的線圈按照一定連線順序串聯起來組成一組線圈繞組，最後再把這兩組線圈繞組根據需要透過串聯或並聯連線起來就構成了一相繞組，這種繞組中每相的繞組數就只有兩組，並聯支路數最多有兩條，和極數無關，僅需要一根組間連線就能連線起來。當支路對稱時，雙層分數槽波繞組繞組的連線方法是有兩種，第一是把一個單元電機內的雙層分數槽波繞組槽號抽象化，把雙層分數槽波繞組看成是一對磁極下的雙層整數槽波繞組，然後對該對磁極下槽號的進行一定的虛擬調整，這樣就可以把分數槽看成是整數槽然後用雙層整數槽波繞組的方法對雙層分數槽波繞組進行連線，只是單元電機內分數槽繞組的接線與一對磁極下的整數槽繞組的接線不同；第二種是利用合成節距y按照一定順序把同一個磁極性下的線圈連線，再把另一個磁極性下的線圈按照一定順序連線，最後再把這兩組線圈繞組根據需要透過串聯或並聯連線起來就構成了一相繞組。互相連線的兩個波繞組線圈的對應線圈邊之間的距離稱為合成節距y。為了把所有同一磁極性下的線圈依次連線起來，雙層分數槽波繞組的合成節距應該接近於或者等於一對磁極距，即y≈2mq槽；如果用槽數表示，合成節距則就是一個整數。在雙層分數槽波繞組中，由於每極每相槽數q是分數，所以2mq就不可能是整數。此時就將2mq加上或減去一個最小的小數，使2mq成為整數，這樣得到合成節距y就是整數了；當支路布對稱時，雙層分數槽波繞組繞組的連線方法是把單個線圈作為該繞組中連線最小的單位來考慮波繞組支路的劃分，然後把每個單元電機內所有同極性相組的波繞組按一定規律分成若干等份，然後再把每一等份下的線圈串聯為一個子支路，最後把所有支路透過串聯或並聯連線起來就構成一相繞組。
分數槽雙層波繞組接線
三、總結
根據水輪發電機定子槽內導體層數分為單層繞組和雙層繞組。其中單層繞組又可以分為鏈式、交叉是和同心式；雙層繞組分為波形繞組和疊繞組，雙層波形繞組和疊繞組連線方法如上所述。下面就分數槽繞組和疊繞組的優缺點做如下闡述：
分數槽繞組優點：第一能有效的削弱磁極磁場非正弦分佈所產生的高次諧波電動勢，尤其是能有效地削弱齒諧波電動勢的幅值，從而改善了定子電動勢的波形，使定子電動勢波形趨近於正弦波；第二減小了由於氣隙磁導變化所引起的每極磁通的脈振幅值和磁極表面的脈振損耗。
分數槽繞組缺點：分數槽繞組的磁動勢存在大量的奇偶次諧波，在某些情況下奇偶次諧波產生的磁場和主極磁場相互作用可能產生一些干擾力，當這些干擾力的頻率和定子機座固有振動頻率重合時會引起共振，導致定子鐵芯振動帶來很多的隱患危害定子鐵芯。
疊繞組優點：第一可以選擇最有利的節距，並同時採用分佈繞組能有效改善電動勢和磁動勢的波形，使電動勢和磁動勢的波形接近正弦波；疊繞組所有線圈都具有相同的尺寸，給設計製造節省時間，便於製造，第二可以得到很多的並聯支路數；第三可以採用短距線圈來節省端部用銅來減少經濟費用；第四疊繞組線圈端部形狀排列整齊有利於散熱和增強機械強度。
疊繞組缺點：嵌線較困難，特別是一臺電機的最後幾個線圈；線圈組間連線較多時，級數較多時耗銅量比較大。
發電機定子線圈一般是星形接線，中性點不接地，因為大中型水輪發電機定子線圈繞組一般採用雙層分數槽短距波繞組接線，這樣的接線繞組能減少空載電勢中的高次諧波和齒諧波從而改善電動勢的波形使其接近正弦波，並且採用星形接線可以消除線電動勢中的3及3的倍數次諧波。