发电机的发热部件，主要是定子绕组、定子铁芯（磁滞与涡流损耗）和转子绕组。必须采用高效的冷却措施，使这些部件发出的热量散发出去，保证发电机各部分温度不超过允许值。
目前用于大型发电机冷却的介质有氢气、水和油。它们的冷却能力都比空气强。
在发电机冷却系统中，冷却介质可以按不同的方式组合。对于大容量的汽轮发电机，其定、转子绕组都采用内冷方式。按定、转子绕组和铁芯冷却介质的不同组合，大容量汽轮发电机的冷却方式主要有以下几种：
1、全氢冷：定、转子绕组采用氢内冷，定子铁芯采用氢冷。
2、水氢氢冷：定子绕组水内冷，转子绕组采用氢内冷，定子铁芯采用氢冷。
3、水水氢冷：定子绕组水内冷，转子绕组采用水内冷，定子铁芯采用氢冷。
汽轮发电机结构与冷却方式密切相关。国内外生产的1000MW汽轮发电机大部分为水氢氢冷却方式。国内电厂装设或正在计划装设的，以及国产的1000MW汽轮发电机都为水氢氢冷却方式，因此本节将主要介绍这种型式的汽轮发电机。
1、定子内冷水路
定子冷却水首先从水系统进入发电机励端汇流管，然后经绝缘引水管分别进入上、下层定子线棒，再经汽端的绝缘引水管进入汽端回水汇流管，返回到外部水系统中。
定子绕组引线、发电机引出线和出线瓷套端子的冷却水路相互串联后与定子绕组的冷却水路并联。首先冷却水自励端汇流管经绝缘引水管进入定子绕组引线内，然后经绝缘引水管进入发电机引出线内，再经绝缘引水管进入到出线瓷套端子内，从瓷套中经绝缘引水管进入出线盒内的小汇流管，并通过小汇流管的机外连接管与发电机汽端出水汇流管并联，与定子绕组冷却水一起返回到外部水系统中。
2、发电机氢气冷却风路
发电机定子、转子沿轴向分成11个通风区。其中，有5个进风（冷风）区，6个出风（热风）区，进出风区交替分布。发电机定子采用多路通风。首先，被风扇加压的冷氢气由机座端部通过机座隔板上的轴向通风管进入备冷风区。然后，氢气经过铁芯径向通风道冷却进入气隙中。进入气隙中的氢气大部分由转子槽模上的风斗导入转子绕组通风孔内，其余氢气分别通人相邻的两个热风区。在热风区内，转子槽模上的风斗将冷却转子绕组后的热氢气排至气隙中，并与来自相邻风区的氢气一起经过铁芯径向通风道到铁芯背部，再由轴向通风管汇集在第工或第Ⅱ风区内，然后热氢气进入冷却器内冷却。从冷却器冷却后出来的氢气经风扇加压后重新进行循环。
定子铁芯端部磁屏蔽处设有单独的冷却风路。首先，冷氢气经过磁屏蔽的内锥面进入两端磁屏蔽上的4个径向通风道冷却磁屏蔽，并从背部经机座隔板上的轴向通风孔分别进入第Ⅰ或第Ⅱ风区与其他氢气一起进行循环。出线盒内亦单独形成通风回路，热风经第Ⅰ或第Ⅱ风区进入冷却器。
为提高风扇效率和压头，本型发电机在风扇入口处设有静止导向叶片的导风环。同时，为减少冷热风区串风，提高转子冷却效果，在定子铁芯内膛风区间隔位置上设有径向气隙隔环，隔环底部ω角范围空出，以利于装卸转子。
3、发电机出线及氢冷回路
发电机各相和中性点出线均通过集电环端机座下部出线罩引出机座，在出线罩与定子外机座之间放置有密封垫以维持气密性。出线罩板采用非磁性材料以减少定子电流产生的涡流损耗。出线罩板下方开有排泄孔以防止引线周围积存油或水。
定子出线及氢冷回路。定子出线通过高压绝缘套管穿出机壳外，套管由整体的陶瓷和铜导电杆组成，导电杆两端镀银。过渡引线及出线套管均采用氢气内冷，套管上装有电流互感器供测量和保护用。氢气从铜导电杆上端的进风口进入导电杆内管，在底部转入双层铜管的环形空间，通过上部一个特殊接头排人过渡引线，再由固定过渡引线的空心磁套管排入出线罩的夹层风道后进入内外端盖间的低压风区。
4、测温元件和出线板
热电阻：在定子绕组每一相的热点埋设有检温计(RTD)，测量绕组的温度。而线棒温度，通过每个槽内上下层线棒间埋置的电阻检温计来测量。铁芯温度用埋置的热电偶测量。此外，在冷却器的进风区埋设有电阻检温计，以测量冷却器的进出风温。所有机内的检温计均通过机座下部的接线端子板引出。
热电偶：由于发电机在欠励运行时，定子端部部件的温度会很高，这些部位均埋设热电偶以测量温度。在定子压圈、铜屏蔽和铁芯边段齿部、轭部测量部位所安装的热电偶是铜-康热电偶，其传感部件焊在测点位置。定子线圈出水温度，通过布置在出水接头上的热电偶测量。轴瓦温度通过埋置在钨金下的热电偶测量。热电偶的股线和保护套之间的间隙用陶瓷物质填充，使股线与外层空气隔绝，并可避免热电偶在空气中和高温下被腐蚀。热电偶引线（玻璃丝包股线）被引至测温端子箱的出线板上。
5、氢冷汽轮发电机的优点和不足
优点：
(1)发电机内维持氢的纯度为97%时，其密度只有不到空气的1/10，所以发电机的通风损耗及转子表面对气体的摩擦损耗都大大减小为空气的1/10。
(2)氢的导热系数为空气的7倍，可以使绝缘内间隙及其他间隙的导热能力改善，从而有利于加强发电机的冷却。
(3)由于氢气的表面散热能力强（纯度为97%的氢气表面散热系数约为空气的1.35倍），发电机的损耗可由氢气很快带走，因此，能使发电机的出入口风温差降低10～15℃左右。增加氢压还可使散热能力按压力的0.8次方增加。
(4)经过严格处理的冷却用氢气可以保证发电机内部清洁，通风散热效果稳定，而且不会产生由于脏污引起的事故。
(5)氢气中含氧量很少，低于2%，不助燃，即使发电机内部发生短路故障，也不会有着火的危险，从而可使故障损坏程度大为减轻。
(6)在氢气中，噪声较小，而且绝缘材料不易受氧化和电晕的损害。
不足：
(1)发电机必须更加严密封闭以防氢气泄漏。为此，机盖与端盖的连接表面处和转轴穿出端盖孔处等都必须采取适当的密封措施。
(2)发电机内的氢气必须维持规定的纯度，以保证发电机运行性能和避免发生爆炸，为此必须设置一套供氢装置。
(3)氢冷发电机的机座和端盖需采用防爆结构，比空冷发电机的用钢量多，也复杂得多。
(4)其通风系统结构也较复杂，这些都增加了投资或维修费用。