水力发电机组也称“水轮发电机组”。水电站上每台水轮机与配套的发电机联合而成的发电单元，是水电站生产电能的主要动力设备。水电站引用的水流经过水轮机时，将水能转换为驱使机械旋转的机械能；发电机又将机械能转换为电能而输出。

水力发电机组作用是将河川、湖泊等位于高处具有势能的水流至低处，经水轮机转换成水轮机的机械能，水轮机又推动发电机发电，将机械能转换成电能。

水力发电机组中的水轮发电机由水轮机驱动。发电机的转速决定输出交流电的频率，因此稳定转子的转速对保证频率的稳定至关重要。可以采取闭环控制的方式对水轮机转速进行控制，即采取发出的交流电的频率信号样本，将其反馈到控制水轮机导叶开合角度的控制系统中从而去控制水轮机的输出功率，以达到让发电机转速稳定的目的。

水力发电机组的能量转换过程分为两个阶段：首先由水轮机将水失去的位能转换为机械能，再由发电机将水轮机的机械能转换为电能。具体的过程为：在水流的冲击作用下，水轮机开始旋转，将水的位能转换为机械能；水轮机又带动同轴相连的发电机旋转，在励磁电流的作用下，旋转的转子带动励磁磁场旋转，发电机的定子绕组切割励磁磁力线在其中产生感应电动势，在输出电能的同时会在转子上产生一个与其旋转方向相反的电磁制动转矩。由于水流不问断地作用于水轮机，水轮机从水流中获得的旋转力矩用于克服电机转子上产生的电磁制动转矩，当两个力矩达到平衡时，水力发电机组将以某一恒定的转速运转，稳定地发出电力，实现能量的转换。所以水轮机和发电机是水力发电机组中最关键的两个部件。

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