汽輪發電機是同步發電機的一種，它是由汽輪機作原動機拖動轉子旋轉，利用電磁感應原理把機械能轉換成電能的裝置。
汽輪發電機包括髮電機本體、勵磁系統及其冷卻系統等。
一、汽輪發電機的工作原理
按照電磁感應定律，導線切割磁力線感應出電動勢，這是發電機的基本工作原理。汽輪發電機轉子與汽輪機轉子高速旋轉時，發電機轉子隨著轉動。發電機轉子繞組內通入直流電流後，便建立一個磁場，這個磁場稱主磁極，它隨著汽輪發電機轉子旋轉。其磁通自轉子的一個極出來，經過空氣隙、定子鐵芯、空氣隙、進入轉子另一個極構成迴路。
根據電磁感應定律，發電機磁極旋轉一週，主磁極的磁力線北裝在定子鐵芯內的U、V、W三相繞組（導線）依次切割，在定子繞組內感應的電動勢正好變化一次，亦即感應電動勢每秒鐘變化的次數，恰好等於磁極每秒鐘的旋轉次數。
汽輪發電機轉子具有一對磁極（即1個N極、一個S極），轉子旋轉一週，定子繞組中的感應電動勢正好交變一次（假如發電機轉子為P對磁極時，轉子旋轉一週，定子繞組中感應電動勢交變P次）。當汽輪機以每分鐘3000轉旋轉時，發電機轉子每秒鐘要旋轉50周，磁極也要變化50次，那麼在發電機定子繞組內感應電動勢也變化50次，這樣發電機轉子以每秒鐘50周的恆速旋轉，在定子三相繞組內感應出相位不同的三相交變電動勢，即頻率為50Hz的三相交變電動勢。這時若將發電機定子三相繞組引出線的末端（即中性點）連在一起。繞組的首端引出線與用電裝置連線，就會有電流流過，這個過程即為汽輪機轉子輸入的機械能轉換為電能的過程。
二、汽輪發電機的結構
火力發電廠的汽輪機發電機皆採用二極、轉速為3000r/min的臥式結構。發電機與汽輪機、勵磁機等配套組成同軸運轉的汽輪發電機組。
發電機最基本的組成部件是定子和轉子。
為監視發電機定子繞組、鐵芯、軸承及冷卻器等各重要部位的執行溫度，在這些部位埋置了多隻測溫元件，透過導線連線到溫度巡檢裝置，在執行中進行監控，並透過微機進行顯示和列印。
在發電機本體醒目的位置裝設有銘牌，標出發電機的主要技術引數，作為發電機執行的技術指標。
（一） 定子
發電機的定子由定子鐵芯、定子繞組、機座、端蓋及軸承等部件組成。
1.定子鐵芯
定子鐵芯是構成磁路並固定定子繞組的重要部件，通常由0.5mm或0.35mm厚，導磁效能良好的冷軋矽鋼片疊裝而成。大型汽輪發電機的定子鐵芯尺寸很大，矽鋼片衝成扇形，再用多片拼裝成圓形。
2.定子繞組
定子繞組嵌放在定子鐵芯內圓的定子槽中，分三相佈置，互成120°電角度，以保證轉子旋轉時在三相定子繞組中產生互成120°相位差的電動勢。每個槽內放有上下兩組絕緣導體（亦稱線棒），每個線棒分為直線部分（置於鐵芯槽內）和兩個端接部分。直線部分是切割磁力線併產生感應電動勢的有效邊，端接部分起連線作用，把各線棒按一定的規律連線起來，構成發電機的定子繞組。中、小型發電機的定子線棒均為實心線棒。大型發電機由於散熱的需要，採用內部冷卻的線棒，即由若干實心線棒和可通水的空心線棒並聯組成。
3.機座及端蓋
機座的作用是支撐和固定發電機定子。機座一般用鋼板焊接而成，應有足夠的強度和剛度，並能滿足通風散熱的要求。
端蓋的作用是將發電機本體的兩端封蓋起來，並與機座、定子鐵芯和轉子一起構成電機內部完整的通風系統。
（二） 轉子
發電機的轉子主要由轉子鐵芯、勵磁繞組（轉子線圈）、護環和風扇等組成，是汽輪發電機最重要的部件之一。由於汽輪發電機轉速高，轉子受到離心力很大，所以轉子都呈細長形，且製成隱極式的，以便更好地固定勵磁機組。
1. 轉子鐵芯
發電機轉子採用高強度、導磁效能良好的合金鋼加工而成。沿轉子鐵芯表面銑有用於放置勵磁繞組的凹槽。槽的排列方式一般為輻射式，槽與槽之間的部分為齒。未加工的部分通稱大齒，餘稱小齒。大齒作為磁極的極身，是主要磁通迴路。在大齒表面沿橫向銑出若干個圓弧形月牙槽，使大齒區域和小齒區域兩個方向的剛度相同。
2. 勵磁繞組
勵磁繞組為若干個線圈組成的同心式繞組。線圈用矩形扁銅線繞制而成。勵磁繞組放在槽內後，繞組的直線部分用槽楔壓緊，端部徑向固定採用護環，軸向固定採用雲母塊和中心環。勵磁繞組的引出線經導電杆接到集電環（滑環）上再經電刷引出。
3. 護環和中心環
汽輪發電機轉速很高，勵磁繞組端部承受很大的離心力，所以要用護環和中心環來緊固。護環把勵磁繞組端部套緊，使繞組端部不發生徑向位移和變形；中心環用以支援護環並防止端部的軸向移動。
4. 集電環
集電環分為正、負兩個環，由堅硬耐磨的合金鍛鋼製成，裝於發電機的勵磁機端外側。兩個集電環分別透過引線接到勵磁繞組的兩端，並借電刷裝置引至直流電源。
5. 風扇
風扇裝於發電機轉子的兩端，用以加快氫氣在定子鐵芯和轉子部分的迴圈，提高冷卻效果。
三、發電機的出線
容量為200MW及以上的發電機出線至主變壓器、廠用變壓器之間，多采用全連式分相封閉母線進行連線。封閉母線應滿足正常最大工作電壓和最大持續電流、最高環境溫度等要求。封閉母線可採用自然冷卻或機械通風冷卻。中小型發電機的引出線常採用矩形或槽形鋁排連線，只有當發電機和變壓器距離較遠時，才採用多根鋁導線進行連線。
對於發電機中性點的連線方式，當發電機容量較大、電壓回路電容電流超過規定值時，需經消弧線圈或接地變壓器接地，而且當發電機發生單相接地故障時，由保護裝置動作，發出操作命令或報警訊號。由於小容量發電機電壓回路電容電流較小，中性點可不接地。
四、發電機的勵磁系統
勵磁系統的主要作用是：①發電機正常運轉時，按主機負荷情況供給和自動調節勵磁電流，以維持一定的端電壓和無功功率的輸出，。②發電機並列執行時，使無功功率分配合理。③當系統發生突然短路故障，能對發電機進行強勵，以提高系統執行的穩定性。短路故障切除後，使電壓迅速恢復正常。④當發電機負荷突減時，能進行強行減磁，以防止電壓過分升高。⑤發電機發生內部故障，如匝間短路或轉子發生兩點接地故障掉閘後以及正常停機能對發電機自動消磁。
（一） 直流勵磁機勵磁
直流勵磁機勵磁是中小型同步發電機採用的一種勵磁方式。這種方式的特點是同步發電機的轉子繞組由專用的直流勵磁機供電，直流勵磁機與同步發電機同軸，透過調節直流勵磁機的電樞電勢從而調節送入發電機轉子繞組的勵磁電流，達到調節發電機機端電壓和輸出無功功率的目的。
隨著機組容量的不斷增大，直流勵磁機勵磁方式表現出了明顯的缺陷，一是受換向器所限制其製造容量不可能大；二是整流子、碳刷及滑輪磨損，汙染環境，執行維護麻煩；三是勵磁調節速度慢，可靠性低。同軸直流勵磁機已無法適應大容量汽輪發電機的需要。
（二） 交流勵磁機帶靜止整流器勵磁
同步發電機轉子繞組的勵磁電流由靜止半導體整流器供給，與同步發電機同軸的交流主勵磁機是整流器的交流電源。主勵磁機的勵磁電流由與其同軸的一臺交流副勵磁機經三相可控矽整流供給，交流副勵磁機做成永磁式。
隨著發電機執行引數的變化，勵磁調節器AVR（調節電路）自動地改變主勵磁機勵磁迴路可控整流裝置的控制角，以改變其勵磁電流，從而改變主勵磁機的輸出電壓，也就調節了發電機的勵磁電流。
交流勵磁機的頻率一般採用100Hz,交流副勵磁機多采用永磁式中頻同步發電機，其頻率一般為400～500Hz,以減少勵磁繞組的電感及時間常數。
交流勵磁機靜止整流器勵磁系統通常稱為三機勵磁方式。發電機、主勵磁機和副勵磁機三臺交流同步發電機同軸旋轉，勵磁機不需換向器，而整流裝置和勵磁調節器是靜止的，所以勵磁容量不會受到限制。
（三） 交流勵磁機帶旋轉整流器勵磁
這種勵磁系統將交流勵磁機制成旋轉電樞式，旋轉電樞輸出的多相交流電流經裝在同軸的矽整流器整流後，直接送給同步發電機的轉子繞組，這樣就無需透過電刷及集電環裝置，所以又稱為無刷勵磁系統。
同靜止整流器勵磁系統相比，由於旋轉整流器勵磁系統中沒有集電環及電刷等裝置，從而避免了大型汽輪發電機集電環及電刷易發生故障的難題，是最有前途的勵磁方式。在中國產300MW的機組中，目前旋轉整流器勵磁系統配套使用於全氫冷及水氫氫冷機組上。
(四)無勵磁機的靜止閘流體勵磁
無勵磁機的靜止閘流體勵磁系統，即自並勵勵磁系統，其閘流體整流裝置的電源，一種是採用發電機端的整流變壓器供電，另一種是由廠用母線引出的整流變壓器供電。
用整流變壓器作為勵磁電源具有簡單可靠、容量不受限制、裝置費用低、縮短了機組的長度、整流裝置安裝地點不受限制、不需要經常監視和維護等優點，因而在大容量機組上（特別是大型水輪發電機）得到廣泛的應用。
汽輪發電機是同步發電機的一種，它是由汽輪機作原動機拖動轉子旋轉，利用電磁感應原理把機械能轉換成電能的裝置。
汽輪發電機包括髮電機本體、勵磁系統及其冷卻系統等。
一、汽輪發電機的工作原理
按照電磁感應定律，導線切割磁力線感應出電動勢，這是發電機的基本工作原理。汽輪發電機轉子與汽輪機轉子高速旋轉時，發電機轉子隨著轉動。發電機轉子繞組內通入直流電流後，便建立一個磁場，這個磁場稱主磁極，它隨著汽輪發電機轉子旋轉。其磁通自轉子的一個極出來，經過空氣隙、定子鐵芯、空氣隙、進入轉子另一個極構成迴路。
根據電磁感應定律，發電機磁極旋轉一週，主磁極的磁力線北裝在定子鐵芯內的U、V、W三相繞組（導線）依次切割，在定子繞組內感應的電動勢正好變化一次，亦即感應電動勢每秒鐘變化的次數，恰好等於磁極每秒鐘的旋轉次數。
汽輪發電機轉子具有一對磁極（即1個N極、一個S極），轉子旋轉一週，定子繞組中的感應電動勢正好交變一次（假如發電機轉子為P對磁極時，轉子旋轉一週，定子繞組中感應電動勢交變P次）。當汽輪機以每分鐘3000轉旋轉時，發電機轉子每秒鐘要旋轉50周，磁極也要變化50次，那麼在發電機定子繞組內感應電動勢也變化50次，這樣發電機轉子以每秒鐘50周的恆速旋轉，在定子三相繞組內感應出相位不同的三相交變電動勢，即頻率為50Hz的三相交變電動勢。這時若將發電機定子三相繞組引出線的末端（即中性點）連在一起。繞組的首端引出線與用電裝置連線，就會有電流流過，這個過程即為汽輪機轉子輸入的機械能轉換為電能的過程。
二、汽輪發電機的結構
火力發電廠的汽輪機發電機皆採用二極、轉速為3000r/min的臥式結構。發電機與汽輪機、勵磁機等配套組成同軸運轉的汽輪發電機組。
發電機最基本的組成部件是定子和轉子。
為監視發電機定子繞組、鐵芯、軸承及冷卻器等各重要部位的執行溫度，在這些部位埋置了多隻測溫元件，透過導線連線到溫度巡檢裝置，在執行中進行監控，並透過微機進行顯示和列印。
在發電機本體醒目的位置裝設有銘牌，標出發電機的主要技術引數，作為發電機執行的技術指標。
（一） 定子
發電機的定子由定子鐵芯、定子繞組、機座、端蓋及軸承等部件組成。
1.定子鐵芯
定子鐵芯是構成磁路並固定定子繞組的重要部件，通常由0.5mm或0.35mm厚，導磁效能良好的冷軋矽鋼片疊裝而成。大型汽輪發電機的定子鐵芯尺寸很大，矽鋼片衝成扇形，再用多片拼裝成圓形。
2.定子繞組
定子繞組嵌放在定子鐵芯內圓的定子槽中，分三相佈置，互成120°電角度，以保證轉子旋轉時在三相定子繞組中產生互成120°相位差的電動勢。每個槽內放有上下兩組絕緣導體（亦稱線棒），每個線棒分為直線部分（置於鐵芯槽內）和兩個端接部分。直線部分是切割磁力線併產生感應電動勢的有效邊，端接部分起連線作用，把各線棒按一定的規律連線起來，構成發電機的定子繞組。中、小型發電機的定子線棒均為實心線棒。大型發電機由於散熱的需要，採用內部冷卻的線棒，即由若干實心線棒和可通水的空心線棒並聯組成。
3.機座及端蓋
機座的作用是支撐和固定發電機定子。機座一般用鋼板焊接而成，應有足夠的強度和剛度，並能滿足通風散熱的要求。
端蓋的作用是將發電機本體的兩端封蓋起來，並與機座、定子鐵芯和轉子一起構成電機內部完整的通風系統。
（二） 轉子
發電機的轉子主要由轉子鐵芯、勵磁繞組（轉子線圈）、護環和風扇等組成，是汽輪發電機最重要的部件之一。由於汽輪發電機轉速高，轉子受到離心力很大，所以轉子都呈細長形，且製成隱極式的，以便更好地固定勵磁機組。
1. 轉子鐵芯
發電機轉子採用高強度、導磁效能良好的合金鋼加工而成。沿轉子鐵芯表面銑有用於放置勵磁繞組的凹槽。槽的排列方式一般為輻射式，槽與槽之間的部分為齒。未加工的部分通稱大齒，餘稱小齒。大齒作為磁極的極身，是主要磁通迴路。在大齒表面沿橫向銑出若干個圓弧形月牙槽，使大齒區域和小齒區域兩個方向的剛度相同。
2. 勵磁繞組
勵磁繞組為若干個線圈組成的同心式繞組。線圈用矩形扁銅線繞制而成。勵磁繞組放在槽內後，繞組的直線部分用槽楔壓緊，端部徑向固定採用護環，軸向固定採用雲母塊和中心環。勵磁繞組的引出線經導電杆接到集電環（滑環）上再經電刷引出。
3. 護環和中心環
汽輪發電機轉速很高，勵磁繞組端部承受很大的離心力，所以要用護環和中心環來緊固。護環把勵磁繞組端部套緊，使繞組端部不發生徑向位移和變形；中心環用以支援護環並防止端部的軸向移動。
4. 集電環
集電環分為正、負兩個環，由堅硬耐磨的合金鍛鋼製成，裝於發電機的勵磁機端外側。兩個集電環分別透過引線接到勵磁繞組的兩端，並借電刷裝置引至直流電源。
5. 風扇
風扇裝於發電機轉子的兩端，用以加快氫氣在定子鐵芯和轉子部分的迴圈，提高冷卻效果。
三、發電機的出線
容量為200MW及以上的發電機出線至主變壓器、廠用變壓器之間，多采用全連式分相封閉母線進行連線。封閉母線應滿足正常最大工作電壓和最大持續電流、最高環境溫度等要求。封閉母線可採用自然冷卻或機械通風冷卻。中小型發電機的引出線常採用矩形或槽形鋁排連線，只有當發電機和變壓器距離較遠時，才採用多根鋁導線進行連線。
對於發電機中性點的連線方式，當發電機容量較大、電壓回路電容電流超過規定值時，需經消弧線圈或接地變壓器接地，而且當發電機發生單相接地故障時，由保護裝置動作，發出操作命令或報警訊號。由於小容量發電機電壓回路電容電流較小，中性點可不接地。
四、發電機的勵磁系統
勵磁系統的主要作用是：①發電機正常運轉時，按主機負荷情況供給和自動調節勵磁電流，以維持一定的端電壓和無功功率的輸出，。②發電機並列執行時，使無功功率分配合理。③當系統發生突然短路故障，能對發電機進行強勵，以提高系統執行的穩定性。短路故障切除後，使電壓迅速恢復正常。④當發電機負荷突減時，能進行強行減磁，以防止電壓過分升高。⑤發電機發生內部故障，如匝間短路或轉子發生兩點接地故障掉閘後以及正常停機能對發電機自動消磁。
（一） 直流勵磁機勵磁
直流勵磁機勵磁是中小型同步發電機採用的一種勵磁方式。這種方式的特點是同步發電機的轉子繞組由專用的直流勵磁機供電，直流勵磁機與同步發電機同軸，透過調節直流勵磁機的電樞電勢從而調節送入發電機轉子繞組的勵磁電流，達到調節發電機機端電壓和輸出無功功率的目的。
隨著機組容量的不斷增大，直流勵磁機勵磁方式表現出了明顯的缺陷，一是受換向器所限制其製造容量不可能大；二是整流子、碳刷及滑輪磨損，汙染環境，執行維護麻煩；三是勵磁調節速度慢，可靠性低。同軸直流勵磁機已無法適應大容量汽輪發電機的需要。
（二） 交流勵磁機帶靜止整流器勵磁
同步發電機轉子繞組的勵磁電流由靜止半導體整流器供給，與同步發電機同軸的交流主勵磁機是整流器的交流電源。主勵磁機的勵磁電流由與其同軸的一臺交流副勵磁機經三相可控矽整流供給，交流副勵磁機做成永磁式。
隨著發電機執行引數的變化，勵磁調節器AVR（調節電路）自動地改變主勵磁機勵磁迴路可控整流裝置的控制角，以改變其勵磁電流，從而改變主勵磁機的輸出電壓，也就調節了發電機的勵磁電流。
交流勵磁機的頻率一般採用100Hz,交流副勵磁機多采用永磁式中頻同步發電機，其頻率一般為400～500Hz,以減少勵磁繞組的電感及時間常數。
交流勵磁機靜止整流器勵磁系統通常稱為三機勵磁方式。發電機、主勵磁機和副勵磁機三臺交流同步發電機同軸旋轉，勵磁機不需換向器，而整流裝置和勵磁調節器是靜止的，所以勵磁容量不會受到限制。
（三） 交流勵磁機帶旋轉整流器勵磁
這種勵磁系統將交流勵磁機制成旋轉電樞式，旋轉電樞輸出的多相交流電流經裝在同軸的矽整流器整流後，直接送給同步發電機的轉子繞組，這樣就無需透過電刷及集電環裝置，所以又稱為無刷勵磁系統。
同靜止整流器勵磁系統相比，由於旋轉整流器勵磁系統中沒有集電環及電刷等裝置，從而避免了大型汽輪發電機集電環及電刷易發生故障的難題，是最有前途的勵磁方式。在中國產300MW的機組中，目前旋轉整流器勵磁系統配套使用於全氫冷及水氫氫冷機組上。
(四)無勵磁機的靜止閘流體勵磁
無勵磁機的靜止閘流體勵磁系統，即自並勵勵磁系統，其閘流體整流裝置的電源，一種是採用發電機端的整流變壓器供電，另一種是由廠用母線引出的整流變壓器供電。
用整流變壓器作為勵磁電源具有簡單可靠、容量不受限制、裝置費用低、縮短了機組的長度、整流裝置安裝地點不受限制、不需要經常監視和維護等優點，因而在大容量機組上（特別是大型水輪發電機）得到廣泛的應用。