水轮发电机是指以水轮机为原动机将水能转化为电能的发电机。水流经过水轮机时，将水能转换成机械能，水轮机的转轴又带动发电机的转子，将机械能转换成电能而输出。水轮发电机是水电站生产电能的主要动力设施。
水轮发电机可分为同步水轮发电机和异步水轮发电机。国内中小型电站中，基本都使用同步水轮发电机，只有很小的微型水电站有使用异步水轮发电机。平常所说的水轮发电机都是同步发电机。
水轮发电机按轴线位置可分为立式与卧式两类。大中型机组一般使用立式布置，卧式布置一般用于小型机组和贯流式机组。立式水轮发电机按导轴承支持方法又分为悬式和伞式两种。
水轮机的转速都比较低，特别是立式水轮机，为了能发出50Hz的交流电，水轮发电机使用多对磁极结构，对于每分钟120转的水轮发电机，需要25对磁极。由于过多磁极不容易看清结构，本文展示的是一个有12对磁极的水轮机发电机模型。
水轮发电机的转子使用凸极式结构，图1是发电机的磁轭与磁极，磁极装配在磁轭上，磁轭是磁极磁力线的通路，发电机模型有南北相间的24个磁极，每一个磁极上都绕有励磁线圈，励磁电起因装配在主轴端头的励磁发电机供应，或由外部的晶闸管励磁系统供应（由集电环向励磁线圈供电）。
水轮发电机转子有多对磁极
磁轭装配在转子支架上，在转子支架中心安有发电机主轴，在主轴的上端头装配有励磁发电机或集电环。轴下端有连接水轮机的法兰，见图2。
水轮发电机转子
发电机定子铁芯由导磁良好的硅钢片叠成，在铁芯内圆均匀分布着许多槽，用来嵌放定子线圈，见图3。
水轮发电机定子铁芯
定子线圈嵌放在定子槽内，组成三相绕组，每相绕组由多个线圈组成，按肯定规律排列，见图4。
水轮发电机定子绕组
水轮发电机装配在由混凝土浇筑的机墩上，在机墩上装配机座，机座是定子铁芯的装配基座，也是水轮发电机的外壳，在机座外壳装配有散热装置，减少发电机冷却空气的温度；在机墩上还装配下机架，下机架有推力轴承，用来装配发电机转子，推力轴承可承受转子的重量与振动、冲击等力。见图5。
水轮发电机机墩、机座、下机架
在机座上装配定子铁芯与定子线圈，见图6。
水轮发电机的定子
转子插在定子中间，与定子有很小间隙，转子由下机架的推力轴承支撑，可以自由旋转，见图7。
定子与转子装配在机座上
装配上机架，上机架中心装配有导轴承，防止发电机主轴晃动，使它稳定的处于中心位置，见图8。
水轮机发电机未盖地板
铺好上层平台地板，装好电刷装置或励磁电机，一台水轮发电机模型就装配好了，见图9。
水轮机发电机模型
上述水轮发电机模型有12对磁极，转子旋转一周将感生出12个周期的三相交流电动势。当转子转速为每分钟250转时，所发交流电的频率为50赫兹。
PS.水轮发电机额定转速和磁极对数的关系
水轮发电机发出的电动势频率满足f＝Pn/60（Hz）,式中P为发电机磁极对数，n为转子转速。在国内f=50 Hz，所以转速和磁极对数之间的关系为：n=3000/P。
即，如果P=1，则发电机转速为3000r/min（汽轮机一般为1对级的同步发电机）；如果P=2，则发电机转速为1500r/min；如果P=3，则发电机转速为1000r/min；以此类推。
水轮发电机的额定转速优先在下列转速（r/min）中选择：
1500，1000，750，600，500，428.6，375，333.3，300 250，214.3，200，187.5，166.7，150，142.9，136.4，125，115.4，107.1，100，93.8，88.2，83.3，75，71.4，68.2，62.5，60。
小水电行业，水轮发电机比较常见的额定转速是600、750和1000。
