火力发电厂或核能发电厂的汽轮发电机皆采用卧式结构，发电机与汽轮机、励磁机等配套组成同轴运转的汽轮发电机组。汽轮发电机最基本的组成部件是定子、转子、励磁系统和冷却系统。
定子
汽轮发电机的定子是由定子铁芯、定子绕组、机座等部件组成。
(1)定子铁芯。定子铁芯是构成磁路并固定定子绕组的重要部件，通常由0.5mm或3.5mm厚、导磁性能良好的冷轧硅钢片叠压而成。大型汽轮发电机的定子铁芯尺寸很大，硅钢片冲成扇形，再用多片拼装成圆形。
(2)定子绕组。定子绕组嵌放在定子铁芯内圆的定子槽中，分三相布置，互成120°角度，以保证转子旋转时在三相定子绕组中产生互成120°相位差的电动势。每个槽内放有上下两组绝缘导体(亦称线棒)，每个线棒分为直线部分(置于铁芯槽内)和两个端接部分。直线部分是切割磁力线并产生感应电动势的导体有效边，线棒端接部分则起到连接作用，把相关线棒按照一定的规律连接起来，构成发电机的定子三相绕组。中、小型汽轮发电机的定子线棒均为实心线棒，而大型汽轮发电机由于散热的需要，多采用内部冷却的线棒，譬如由若干实心线棒和可通水的空心线棒并联组成。
(3)机座及端盖。机座的作用是支撑和固定发电机定子铁芯。机座一般用钢板焊接而成，必须有足够的强度和刚度，并能满足通风散热的要求。端盖的作用是将发电机本体的两端封盖起来，并与机座、定子铁芯和转子一起构成发电机内部完整的通风系统。
转子图3 汽轮发电机的转子
汽轮发电机的转子主要由转子铁芯、励磁绕组(转子绕组)、护环和风扇等组成，是汽轮发电机最重要的部件之一。由于汽轮发电机转速高，转子受的离心力很大，所以转子都呈细长形，且制成隐极式的，以便更好地固定励磁绕组。
(1)转子铁芯。发电机转子本体采用高强度、导磁性能良好的合金钢加工而成。沿转子本体表面轴向铣出用于放置励磁绕组的凹槽。槽的排列方式一般为辐射式，槽与槽之间的部分为齿，俗称小齿。未加工的部分通称大齿，大齿作为磁极的极身，是主磁通必经之路。
(2)励磁绕组。励磁绕组为若干个线圈组成的同心式绕组，线圈则用矩形扁铜线绕制而成。励磁绕组放在槽内后，绕组的直线部分用槽楔压紧，端部径向固定采用护环，轴向固定采用云母块和中心环。励磁绕组的引出线经导电杆连接到集电环上，再经过电刷引出。
(3)护环和中心环。汽轮发电机转速很高，励磁绕组端部承受很大的离心力，所以要用护环和中心环来紧固。护环把励磁绕组端部套紧，使绕组端部不发生径向位移和变形；中心环用以支持护环，并防止端部的轴向移动。
(4)集电环。集电环分为正、负两个集电环，由坚硬耐磨的合金锻钢制成，装于发电机转子的励磁端外侧。正、负两个集电环分别通过引线接到励磁绕组的两端，并借电刷装置引至发电机励磁系统上。
(5)风扇。风扇装于发电机转子的两端，用以加快气体在定子铁芯和转子部分的循环，提高冷却效果。
冷却系统
发电机运行时，其内部产生的各种损耗会转化为热能，引起发电机发热。尤其是大型汽轮发电机，因其结构细长，中部热量不易散发，发热问题更显得严重。如果发电机温度过高，会直接影响绝缘的使用寿命，因此冷却对于大型汽轮发电机是非常重要的问题。
励磁系统
励磁系统的主要作用是：
（1）发电机正常运转时，按主机负荷情况供给和自动调节励磁电流，以维持一定的端电压和无功功率的输出。
（2）发电机并列运行时，使无功功率分配合理。
（3）统发生突然短路故障时，能对发电机进行强励，以提高系统运行的稳定性。短路故障切除后，使电压迅速恢复正常。
（4）当发电机负荷突减时，能进行强行减磁，以防止电压过分升高。
（5）发电机发生内部故障，如匝间短路或转子发生两点接地故障时，能够对发电机自动减磁或灭磁。