1. 水轮机概述
将机械能转变为电能的电机。通常由汽轮机、水轮机或内燃机驱动。发电机分直流发电机和交流发电机两大类，后者又可分为同步发电机和异步发电机。
现代电厂中最常用的是同步发电机。它由直流电流励磁，既能提供有功功率，也能提供无功功率，可满足各种负载的需要。
异步发电机没有独立的励磁绕组，其结构简单，操作方便，但不能向负载提供无功功率。因此，异步发电机运行时必须与其他同步发电机并联，或并接相当数量的电容器。
直流发电机有换向器，结构复杂，价格较贵，易出故障，维修困难，效率也不如交流发电机。
故自20世纪50年代以后，直流发电机逐渐为交流电源经功率半导体整流获得的直流电所取代。
2. 水轮机的构成
水轮机是水电厂将水轮转换为机械能的重要设备。按能量方式转换的不同，它可分为反击式和冲击式两类。反击型利用水流的压能和动能，冲击型利用水流动能。水轮机主要部件:引水部件、导水部件、工作部件、泄水部件.混流式水轮机主要结构
由转轮、主轴、导轴承、主轴密封、座环、蜗壳、顶盖、底环、泄流环（基础环）、止漏环、抗磨板、导叶及其操作机构、机坑里衬、机坑内环形吊车、尾水管等组成。
3. 水轮机型式
混流式水轮机和轴流式水轮机在结构上的区别是：
1.转轮区内水流方式不同：轴流式水轮机水流保持轴向流动，混流式水轮机由径向进入、轴向流出。
2.叶片结构不同：混流式水轮机的叶片是固定不可调，轴流式水轮机叶片有定桨和转桨（叶片可调）两种。
3.混流式水轮机比轴流式水轮机的结构更紧凑，造价也比轴流式水轮机低。 混流式水轮机又称法兰西斯水轮机，水流从四周径向流入转轮，然后近似轴向流出转轮，转轮由上冠，下环和叶片组成。 混流式水轮机结构紧凑，效率较高，能适应很宽的水头范围，是目前世界各国广泛采用的水轮机型式之一。当水流经过这种水轮机工作轮时，它以辐向进入、轴向流出，所以也称为辐向轴流式水轮机。它适用于水头自20米直到700米的范围内，机构简单，运行稳定，并且效率高，但它一般是用在中水头范围内（50米至400米）。单机出力从几十千瓦到几十万千瓦。目前这种水轮机最大出力已经超过70万千瓦。 轴流式水轮机转轮由转轮体、叶片、泄水锥组成，叶片数少于混流式，叶片轴线与水轮机轴线垂直。适用于中低水头、大流量的水电站。在相同水头下，其比转速较混流式水轮机为高。应用水头约为3到80m。水流在导叶与转轮之间由径向流动变为轴向流动，而在转轮区内，水流保持轴向流动。在同样的水头下，它的过流能力比混流式大，气蚀性能较混流式差。
4. 水轮机分类
1．按原动机的不同可分为： (1)汽轮发电机：是由汽轮机驱动的，通常为卧式，转子是隐极式。 (2)水轮发电机：是由水轮机驱动的，对于大、中型水轮发电机通常为立式，转子是凸极式。 (3)核能发电机：与常规火力发电厂汽轮发电机无本质区别，有全速与半速两种。 (4)燃气轮发电机：将气体压缩、加热后在透平中膨胀，把其热能转换为机械能的旋转式动力机械。 (5)太阳能发电机：是利用太阳光照在硅等半导体上，光子冲击原子时产生的光电效应，直接将光能转换成电能的发电方式。 (6)风力发电机：需根据风力大小及电能需要量的变化及时通过控制装置来实现风力发电。 (7)柴油发电机：是由柴油机与发电机组成，由柴油机驱动的发电机组。通常作为独立电源或备用电源用于工矿企业、车辆船舶等多种场合。 2．按转子形式不同可分为： (1)凸极式发电机：转子是凸极式。 (2)隐极式发电机：转子是隐极式。 3．按冷却介质和冷却方式不同可分为： (1)空气冷却：空冷。 (2)全水冷：定子和转子绕组以及定子铁芯均采用水冷，目前最大单机容量已达1200MVA。 (3)全氢冷：定子绕组和转子绕组用氢表面冷却或内冷，定子铁芯氢冷。通常200MW以上定、转子都采用氢内冷，最大单机容量已达880MVA。 (4)水氢氢：定子绕组水内冷，转子绕组氢内冷，定子铁芯氢冷。其单机容量可达1200MVA，大型发电机广泛采用这种冷却方式。 (5)水水氢：定子和转子绕组水内冷，定子铁芯氢冷，最大单机容量已达1700MVA。 (6)水水空(双水内冷)：定子和转子绕组水内冷，定子铁芯空气冷却，最大单机容量已达600MVA。随着电力系统容量的不断发展，要求发电机单机容量也不断增大。随着单机容量的增大，冷却介质、冷却方式及电机所用的材料也需不断发展。 在冷却介质方面，首先被采用的是廉价的空气，后来才采用氢、水和油等。在冷却方式方面，从外冷发展到冷却效果较好的内冷。空气冷却的主要优点是廉价、简易、安全。由于采用开敞式空冷系统易使绝缘脏污，一般都采用封闭循环强迫空气冷却系统。但空气冷却效能差、摩擦损耗大。氢气和空气相比，重量轻、导热性能好(3个绝对大气压时的氢气，导热能力是空气的3倍)。采用氢气冷却的电机，可使总损耗减小30％～40％，故可提高效率。但采用氢冷后，又有易爆炸和增加复杂的制氢系统等缺点。水(一般采用凝结水)具有很高的导热性能，它的相对导热能力比空气大125倍，且有化学性能稳定、不会燃烧等优点。但采用水冷后，也有易漏水和需增加一套水系统等缺点。 4．按主轴安装方式不同可分为： (1)卧式安装：汽轮发电机由于转速高达3000r／min，故其极数少，转子采用隐极式，卧式安装。 (2)立式安装：水轮发电机由于转速低(一般在500 r／min以下)故其极数多，转子采用凸极式，立式安装。 5．按本体结构不同可分为： (1)旋转电枢式：电枢旋转。 (2)旋转磁极式：磁极旋转。
5. 新型水轮机的介绍
潮汐发电与普通水利发电原理类似。在涨潮时将海水储存在水库内，以势能的形式保存；在落潮时放出海水，利用高、低潮位之间的落差，推动水轮机旋转，带动发电机发电。差别在于海水与河水不同，潮汐、潮流发电所需要的潮差要大大低于河流所产生的压力，这意味着海洋的能量密度低，虽然蓄积的海水落差不大，但流量较大，并且呈间歇性，从而潮汐发电的水轮机结构要适合低水头、大流量的特点。潮水的流动与河水的流动不同，它是不断变换方向的。潮汐发电有以下几种形式：
（1）单池单向发电：先在海湾筑堤设闸，涨潮时开闸引水入库，落潮时便放水驱动水轮机组发电。这种类型的电站只能在落潮时发电，一天两次，每次最多5小时。
（2）单池双向发电：为在涨潮进水和落潮出水时都能发电，尽量做到在涨潮和落潮时都能发电，人们便使用了巧妙的回路设施或设置双向水轮机组，以提高潮汐的利用率。
（3）双池双向发电：配置高低两个不同的水库来进行双向发电。
然而，前两种类型都不能在平潮（没有水位差）或停潮时水库中水放完的情况下发出电压比较平稳的电力。第三种方式不仅在涨落潮全过程中都可连续不断发电，还能使电力输出比较平稳。它特别适用于那些孤立海岛，使海岛可随时不间断地得到平稳的电力供应。它有上下两个蓄潮水库，并配有小型抽水蓄能电站。但有一定的电力损失。
（4）波浪式发电：在近海海底设置小型涡轮机，在涨潮和退潮时利用潮水的流动从而像风力推动风力发电机一样推动涡轮机。随着科技的不断创新，涡轮机设计制造变得形态各异。其中浮球式发电机能够利用潮水波动的微弱能量进行发电，仿海洋生物发电机通过潮水推动的模仿海洋生物的运动来充分利用潮水中的能量进行发电。由于不断创新小型涡轮机对能源的利用效率越来越高，其能量的转换效率也不断提高。虽然此种新型发电机单个产能较低，但这种发电机可以适应大部分地形，并且能够组成大面积的海洋发电田，能更充分的利用海洋能源，且不需要建造大坝、水库，对海洋生态影响极小。
6. 水轮机的定义
比转速是指在水力发电中，水轮机学中定义比转速为：在一米水头下运转，恰好能发出一马力的功率（对应的效率要为最佳）。此时水轮机的转速称为比转速。
或者是:水头为1m、发出1匹功率且机械效率为100%时水轮机自身的转速。
某种标准泵或风机在最高效率情况下，扬程为一米（风机全压为一毫米水柱）流量为0.075立方米每秒（风机为一立方米每秒）时标准泵或风机的转速为此系列泵或风机的比转速。