發電機發明和投入使用後，電力工業興起，人類結束了以發明蒸汽機引起的工業革命時代，而進入了電氣時代。社會生產生活各方面發生了翻天覆地的大變化，處處閃耀著電力的火花。
百折不撓 揭開謎底
1820年丹麥科學家奧斯特發現了電流的磁效應，第一次揭示了電與磁之間的密切關係。這是物理學發展史上的一件大事。奧斯特的發現立刻引起了整個物理學界的轟動，人們一直以為毫不相干的兩個現象—電流與磁，竟有這樣奇妙的關係。這個發現成了近代電磁學的突破口，許多科學家紛紛轉向電磁研究。
法拉第也全力投入電磁學這門嶄新學科的研究。他從大量的實驗中發現，任何事物都有兩面性，既然電流可以產生磁性，因此他就設想為什麼磁就不能產生電流呢?1821年秋，法拉第在他的日記裡寫下了一個偉大的設想：“磁可以產生電！”
法拉第開始了新的實驗。他用銅線在幾米長的木棍上繞了一個線圈，銅線外面纏著布以便絕緣(當時還沒有漆包線)，然後在第一層線圈外面再用同樣的方法繞上第二層、第三層……一共繞了12層，每層之間均相互絕緣，然後他把第1、3、5……奇數層串聯起來，又把第2、4、6……偶數層串聯起來，這樣就組成了兩個緊密耦合而又相互絕緣的組合線圈。他把其中一組線圈接到開關和電池上，另一線圈接到電流計上。
一切準備就緒後，法拉第開始實驗。他心情很激動，希望在初線圈接通電流後，次級線圈就能感應出電流來一電流計指標會偏轉。可是事與願違，法拉第在接通初級線圈的電源後，注意觀察電流表、但指標卻毫無動靜。一次次的試驗、一次次的失敗，一次次的重來。時光如水，一個月一個月地流道，轉眼l0年過去了，1831年法拉第的電學實驗進人了最關鍵的階段，可以說是，這是他一生中最難忘的一年。這時，法拉第已經把電池增加到120個，這意味著初級線圈的電流比開始增加了120倍。
法拉第全神貫注地操作著，他小心翼翼地合上電閘，強大的電流透過線圈，不一會兒導線已發熱了。法拉第回過頭去看次級線圈的電流計，但指標仍然毫無動靜。但這一次在檢查電流計時，法拉第無意中注意到：他每次實驗都是先接通電源，再轉過頭去觀察電流計的。問題會不會就出在這裡呢?他馬上又重新佈置實驗，這次法拉第特意把電流計擺在電源開關旁邊，以便接通電源時，同時可監視指標。然後，他目不轉晴地盯著電流計，然後用手合上電源開關，就線上路接通的一剎那，電流計指標跳動了-下！這是極短暫的一瞬，稍不留意就忽視了。法拉第“一剎那”。
過去的多次實驗都忽略了這個細節，這次終於捉住了這稍縱即逝的欣喜萬分，不由得叫喊起來。這一極短暫的跳動，意味著一個新的偉大發現的誕生！法拉第偶然的現象，而是一個新的規律。他又重複了幾次，每次都是同樣的結果，因此，他判定這決不是法拉第又改進了實驗儀器，用軟鐵環代替木棍作線圈的芯子，效果更好。在斷開或接通初級線圈電流的一瞬間，次級線圈連線的電流計上指標擺動得更厲害。後來他又用磁鐵代替初級線圈，讓磁鐵穿過次級線圈環，電流計的指標也會隨著磁鐵的運動而擺動。
就這樣電磁之謎終於被揭開了：運動的磁能產生電流！法拉第的成功發現，奠定了近代電磁學的基礎。
乘勝追擊 樹立豐碑
取得了巨大成功之後，法拉第並沒有就此停頓下來，他進一步考慮如何能將這一發現付之實用，為此他考慮如何製造出一個應用磁鐵產生電流的裝置。於是他找來了一個U字型（亦稱馬蹄型）的磁鐵，在南北極之間插入一塊能旋轉的銅板圓盤，銅板中軸連線一根導線，銅板盤的邊緣與另一極導線保持接觸，兩根導線之間再用電流計相連。一切安排妥當後，法拉第就開始了新的實驗。他飛快地轉動搖柄，銅圓盤在兩個磁極之間不停地旋轉起來，電流計指標就開始擺動。只要銅圓盤不停地轉動，電流計指標就繼續保持在偏轉的位置；銅盤轉動得越快，電流計指標偏轉得越厲害。這樣一來，法拉第真的實現了“從磁鐵中取出電流”的理想。試製的裝置成為最原始的發電機雛形。日後，以電磁感應原理製造成的發電機所提供的電力，是以往化學反應原理製成的伏打電堆產生的電流所無法比擬的，意義非常重大，開創了人類利用電力的新時代。
1832年，根據法拉第的發現，法國的皮克西創制成世界第一臺手搖永磁式交流發電機，並在巴黎展出。第二年，皮克西在這臺發電機上加裝了一個換向器，把擺動多變的交流電變為直流電。1856年，英國人霍姆斯用多極永久磁鐵製造成一臺商用直流發電機，被一家燈具廠購用。這臺發電機用蒸汽驅動，電功率約1.5千瓦。1863年，英國人懷爾德取得自激式直流發電機的專利。這種發電機首先應用於電鍍工業。1866年4月，他在向英國皇家學會遞交了一篇題為《新的大功率發電機》論文中提到：“他已發現一個無限小的電流或磁力，能夠產生一個無限大的電流。”但他當時並不明白磁極中有剩磁的原理。同年12月，英國人瓦利終於發現“自激”的秘密。他在自激式直流發電機的專利申請書中提到：“自激磁場依賴於原來磁場的剩磁，這說明原來磁極中存在著剩磁，由它產生的磁場，可以在發電機的轉子電根中感應出電勢，這個電勢又可給激磁線圈供應激磁電流。“因此這種發電機定名為“自激式”。
1867年，德國的西門子利用電磁鐵代替永久磁鐵，並利用發電機本身產生的小部分電力向電磁鐵提供能量，製造成實用的自激式直流發電機，它是現代形式發電機的鼻祖，因此有人稱西門子發電機在技術史上的地位，相當於瓦特的蒸汽機，具有劃時代的偉大意義。
1876年，俄國人亞布洛契可夫提出製造多相交流發電機的設想。並於第二年研製成供給他發明的“電燭”(電弧燈）電源的交流發電機。義大利法拉里也獨立地發現旋轉磁場現象。1885年，法拉里考慮到不同相位的光可以產生干涉現象，因而聯想到不同相位的電流磁場相互作用，可以產生旋轉磁場。他是在都靈實驗室利用交流電產生旋轉磁場的。旋轉磁場是交流電機氣隙中的磁場，是電能和機械能之間互相轉換的基本條件。它因其沿電機的定子、轉子鐵心圓柱面不斷旋轉而得名。旋轉磁場原理的建立，是交流電機發展史上有決定意義的一步，為交流電機的發展奠定了基礎。
飛速發展 今非昔比
現代發電廠中最常用的發電機是三相交流同步發電機。這種發電機的轉子旋轉速度與聯接的電力網保持同步，既能提供有功功率，又能提供無功功率(電力使用者中各種交流電動機既消耗有功功率，也吸收無功功率，它是根據“導線切割磁力線而產生感應電勢”的基本發電原理而運轉的。因此發電機供應有功功率的同時需要供應無功功率，如果元功功率不足時，電力系統電壓就將下降），可以滿足用電負荷的需要。根據所採用原動機的不同，同步發電機可以分為汽輪發電機和水輪發電機兩大類。汽輪發電機的原動機是汽輪機，一般是臥式的。同步發電機按冷卻介質和冷卻方式不同，又可分為空氣冷卻（空冷）、氫氣冷卻和水冷卻三種。不同型別、不同冷卻方式的三相同步發電機結構形式儘管各式各樣，但基本上不外乎轉子和定子兩部分，分別繞有導線製成的線圖。發電機的轉子由整塊的優質合金鋼製成，具有良好的導磁性，其上開有齒槽，放置帶有絕緣的銅線繞製成的轉子線圈。定子由鐵芯、線圈及外殼等組成，鐵芯由互相絕緣的矽鋼片疊壓而成，其內圓開有齒槽、安放定子線圈。轉子線圈內通以直流電，產生磁場，形成一對南北磁極。定子線圈分成三組（即三相），沿圓周相隔120°佈置。當轉子旋轉時，磁場隨著旋轉，每轉一圈，磁力線順次切割定子每相線圈，產生電壓。當北極磁場經過線圈時產生正電壓；當南極磁場經過線圈時產生負電壓。轉子每轉一圈，定子每相線圈電壓方向就變化一次。這樣的變化每秒50次，在三相線圈中即產生頻率為50赫的三相交流電。
隨著電力工業的發展和電力系統規模不斷增大，要求發電機的單機容量也不斷增大，因此發電機定子、轉子線圈所透過的電流引起的損耗和鐵芯中磁場變化產生的損耗(稱鐵損）亦越來越大，促使電機發熱。所以當電機容量增大後，冷卻介質、冷卻方式和電機材料必須不斷髮展。發電機製造技術的發展，就是上述三者的發展，其中改進冷卻方式更是增大發電機容量的關鍵。在發電機多種冷卻介質中，空氣冷卻的主要優點是價廉、簡易、安全，但效能差，摩擦損耗大。氫氣冷卻與空氣冷卻相比較，重量輕、導熱效能好，可提高效率，但易爆炸和增加複雜的氫氣系統。水具有很高的導熱效能，它的相對導熱能力比空氣大125倍，效率高，但存在容易漏水和增加一套水系統的缺點。
在發電機製造技術發展中，首先被採用的冷卻介質是空氣，隨後逐步採用氫氣和水。在冷卻方式方面從表面外冷發展到效果校好的內冷。最初製造的發電機採用空氣表面冷卻。1937年，美國通用電氣公司首次製造成氫氣表面冷卻發電機，最大單機容量可達150兆瓦。1957年，美國時維新·查維公司製造出世界第一臺60兆瓦氫內冷發電機，用氫氣直接與轉於、定於線圈的導體接觸（雙氫內冷），最大單機容量可達350兆點、1936年、英國茂偉公司製造成第一臺30兆瓦定子線圈用水冷的發電機。1958年，中國上海電機廠創制成世界首臺12兆瓦定於、轉於線圖都用水內冷(雙水內冷）發電機。1966年，法國試製成一臺100兆伏安水內冷發電機。1971年，中國上海電機廠第一臺300兆瓦雙水內冷發電機問世。其後瑞典、瑞士相繼製造大容量雙水內冷發電機，最大單機容量可達1300兆瓦。
由此可見，從空氣表面冷卻，到導體內部用氫或水直接冷卻，每一次冷技術的突破，都是發電機發展史上的一個里程碑。隨著冷卻技術的發展，發電機的結構和製造工藝日趨複雜。世界各國主要電機制造廠，有各自的製造經驗和技術特長，於是出現了冷卻方式的多樣化，同一單機容量等級的發電機往往有多種冷卻方式，除了定子、轉子線圈和定子鐵芯全空冷、全氫冷、全水冷外，還有分別以水氫氫、水水空、水水氫冷卻。冷卻介質空氣均為表面冷卻；氫氣多為內冷，也有表面冷卻；水均為內冷。
發電機技術進步的又一重要標誌是絕緣材料和導磁材料的改進，當前大容量高電壓發電機的主絕緣，由於化學合成技術的進步，長期沿用的天然熱塑性瀝青大片雲母絕緣，已被淘汰，而普遍採用熱固性合成樹脂粉雲母新絕緣。
1949年，美國威斯汀豪斯電氣公司首先應用的合成樹脂是不飽和聚酯樹脂；通用電氣公司則相繼採用環氧樹脂。此後各國發展的發電機新絕緣所使用的樹脂，都歸併到這兩大型別中，多年製造和執行經驗表明，環氧樹脂效能比聚酯樹脂優越，原來採用聚酯樹脂的電機制造廠，也都在逐步改用環氧樹脂。
矽鋼片是發電機的主要導磁材料，用於定子的鐵芯，約佔發電機總重量的30%~35%。鐵芯中磁場變化產生的損耗（鐵損）在整個發電機損耗中所佔比重約15%~20%，鐵損一直作為衡量矽鋼片技術經濟的主要指標，需要降低鐵損來提高發電機的效率。世界各國電機制造廠都在力求降低矽鋼片的鐵損值，尤其是降低冷軋單取向矽鋼片鐵損。20世紀60年代厚0.35毫米冷軋單取向矽鋼片鐵損一般為每千克0.6瓦以上(最低每千克0.51瓦），到70年代已降低到每千克0.4瓦以下(最低每千克0.36瓦）。冷軋單取向矽鋼片的效能優於熱軋矽鋼片，同樣尺寸鐵芯的75兆汽輪發電機，前者鐵損比後者要少約50%。
20世紀70年代以來，同步發電機單機容量的增大已接近極限，需要在技術上有所突破，不少世界著名電機制造廠在研製各類新型發電機，其中最有發展前途的是超導發電機和磁流體發電機，它們使發電機的發展步入了一個新臺階。