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为了减少占地面积，降低厂房造价，大中型水轮发电机一般采用立式结构，即水轮机在下，发电机在上，水轮机和发电机通过一根大轴相连，由水轮机带动发电机发电。

水轮发电机一般由转子、定子、上机架、下机架、推力轴承、导轴承、空气冷却器、励磁机及永磁机等主要部件组装而成。其中转子和定子是产生电磁作用的主要部件，通过他们之间的电磁效应将水轮机的机械能转换为发电机的电能，转子由主轴、转子支架、磁轭（轮环）和磁极等部件组成；定子由机座、铁芯和绕组等部件组成。

其他部件仅起支持或辅助作用。水轮发电机组实际上是“悬挂”在上机架或下机架上的，推力轴承是将水轮发电机组“举起来”的装置，通过精密加工和油润滑，他可以保证转子转动时的摩擦力尽量小；导轴承的主要作用是保持发电机组的轴向摆动在一定范围内。空气冷却器是将定子的铜损和铁损产生的热量散发出去的装置，它可以保证发电机组的温度不会过高而损坏发电机。励磁机是同步发电机的重要部件，励磁机为转子中通过直流电，使转子产生磁场。

由于水电站的水头不可能很高，因此水压有限，故转速不可能很高，一般都在100~500r/min左右，很难超过750r/min。与火力发电机组相比，转速低得多，由于转速更低，要保证发出的电力为50Hz，发电机转子的磁极更多（因为，其中f为频率，p为磁极对数，n为转速）。

同时，为了避免产生几倍于正常水压的水击现象，要求切断水流（关闭导叶）的时间不能太快，同时，又要防止机组转速上升过快。所以，转子也具有较大的重量和结构尺寸，使其有足够的惰性，而导叶的关闭时间通常由试验确定，使发电机的转速控制满足要求。

总之，水轮发电机的结构所限，其特点是转速低、磁极多、转子为凸极式、结构尺寸和重量都较大。