水轮机是水轮发电机组的动力设备。水库的水经压力引水钢管至主阀进入水轮机，经转轮能量转换后的尾水通过尾水管或尾水槽排泄至下游。

水轮发电机是水轮发电机组的发电设备。发电机由转子和定子组成，定子支架上有主引出电缆，发出的电流经过电缆进入母线。为了防止发电运行时水轮发电机的温度过高，发电机设有通风冷却措施。

为了建立发电过程中的旋转磁场，机组配置永磁机提供磁源，由励磁系统向发电机提供励磁电流。水轮机主轴和发电机主轴之间的扭矩传递，不同的机组有不同的连接方式。小型机组中的容量较大者采用直接连接，即通过主轴法兰用螺栓连接；单机容量低于400kw以下的机组则采用间接连接，如齿轮、摩擦轮和皮带传动等。

为了维持机组的正常运转，需在基础与主轴之间设置支承即导轴承，用来承受主轴的径向力和轴向力，并采用润滑措施减少主轴与轴承之间的摩擦，降低磨损，提高能量利用。水轮发电机组的轴承系统布置各不相同，承受轴向力的径向推力轴承位置决定了机组结构布置型式。

水轮发电机组的支承系统，均设置相应的润滑冷却系统，严格控制轴瓦的温度，保证机组正常运行。

为了防止在机组停机时低速运转会烧坏轴瓦，需设置制动装置通入压缩空气进行刹车制动。

调速器是水轮发电机组的控制设备。当用户负荷发生变化时，给调速器输入转速或频率变化信号，通过调速器操作带动接力器改变导叶开度，实现进入水轮机流量和机组出力的改变，达到与用户负荷新的平衡。调速器的工作方式有自动和手动两种，小型水电站大多数采用手动运行方式。