發電機的形式很多，但其工作原理都是基于電磁感應定律和電磁力定律。因此，其構造的一般原則是：用適當的導磁和導電材料構成互相進行電磁感應的磁路和電路，以產生電磁功率，達到能量轉換的目的。
圖示：水力發電基本原理圖
水輪發電機的基本工作原理是原動機(水輪機)的機械能轉變成電能。從高處引水流進水輪機，通過水流與水輪機轉輪的相互作用，水流就把自己的能量傳給水輪機。水輪機獲得能量后就開始旋轉起來，把水能轉換成了旋轉的機械能。由于水輪機與發電機相連，于是發電機轉子跟著水輪機儀器旋轉，這樣水輪機就把能量傳遞給了發電機，磁極旋轉時，會改變線圈中的磁通，在線圈中產生電流。
水電發電廠都為同步電機，它能把原動機(水輪機)的機械能轉變成電能，通過輸電線路等設備送往用戶。我們知道，導線切割磁力線能產生感應電動勢，將導線連成閉合回路，就有電流通過，同步發電機就是利用電磁感應原理將機械能轉變為電能的。
導線放在空心圓桶鐵心槽里，鐵心是固定不動的，稱為定子。磁力線是由磁極產生的，磁極是轉動的，稱為轉子。定子和轉子是發電機最基本的部分。為了得到三相交流電，沿定子鐵芯內圓每相隔120度分別放三相繞組A-X、B-Y、C-Z，轉子上有勵磁繞組(又稱轉子繞組)。通過電刷和滑環的滑動接觸，將勵磁系統產生的直流電引入轉子勵磁繞組，產生恒定的磁場。當轉子被原動機拖動旋轉時，定子繞組不斷切割磁力線，就在其中感應出電動勢。
分為臥式和立式兩種。臥式水輪發電機適合中小型、貫流及沖擊式水輪機;一般低、中速的大、中型機組多采用立式發電機。
立式發電機又分為懸式和傘式兩種。推力軸承位于轉子上方的發電機稱為傘式發電機，它適用于轉速在100r/min以上；推力軸承位于轉子下方的發電機稱為傘式發電機，無上導的稱為全傘式，有上導的稱為半傘式，它適用于轉速在150r/min以下。
可分為空氣冷卻和水冷卻兩種。
水輪發電機的主要作用是將水輪機的旋轉機械能最終轉換成電能，其結構與性能的好壞對電站的安全、穩定、高效運行起著至關重要的作用。
水輪發電機主要由定子、轉子、機架、推力軸承、導軸承、冷卻器、制動器等部件組成。
臥式結構的水輪發電機通常有沖擊式水輪機驅動。臥式水輪機組通常采用兩個或三個軸承。兩個軸承的結構其軸向長度短，結構緊湊，安裝調整方便。但當其軸系臨界轉速不能滿足要求或軸承負荷較大時，這需要采用三軸承結構。國產臥式水輪機發電機組大部分屬于中小型機組。而容量為12.5MW的大型臥式機組也有生產，國外生產的臥式水輪發電機組，容量在60--70MW的并不罕見，而用抽水蓄能電站的臥式水輪發電機組，單機容量可達300MW。
國產水輪發電機組廣泛采用立式結構。立式水輪發電機組通常由混流式或軸流式水輪機驅動。立式結構又可分為懸式和傘式。發電機推力軸承位于轉子上部的統稱為懸式，位于轉子下部的統稱為傘式。
貫流式水輪發電機組由貫流式水輪機驅動。貫流式水輪機是一種帶有固定或可調轉輪葉片的軸流式水輪機的特殊型式。它的主要特征是轉輪軸線采取水平或傾斜布置，并與水輪機進水管和出水管水流方向一致。貫流式水輪發電機具有結構緊湊，重量輕的優點，廣泛用于低水頭的電站中。
水電作為可再生能源在世界能源中占有越來越重要的位置，近年來我國水電開發進程明顯加快，繼續加強水電建設、合理開發利用水能資源是保障我國能源供應的重要措施。
現在水輪發電機主要朝著提高單機容量向巨型機組發展，為了提高其可靠性和耐久性，在結構上采用不少新技術。例如為解決定子的熱膨脹而用定子浮動結構、斜支承等，轉子采用圓盤式結構。為解決定子線圈的松動，用彈性楔下墊條以防止線棒絕緣磨損。改進通風結構，減少風損和端部渦流損耗以進一步提高機組效率。
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