因大多數發電機與原動機同軸聯動，火電廠都用高速汽輪機作原動機，所以汽輪發電機通常用高轉速的2極電機，其轉速達3000轉/分（在電網頻率為60赫時，為3600轉/分）。核電站多用4極電機，轉速為1500轉/分（當電網頻率為60赫時，為1800轉/分）。為適應高速、高功率要求，高速同步發電機在結構上一是采用隱極式轉子，二是設置專門的冷卻系統。隱極式轉子：外表呈圓柱形，在圓柱表面開槽以安放直流勵磁繞組，并用金屬槽楔固緊，使電機具有均勻的氣隙。由于高速旋轉時巨大的離心力，要求轉子有很高的機械強度。隱極式轉子一般由高強度合金鋼整塊鍛成，槽形一般為開口形，以便安裝勵磁繞組。在每一個極距內約有1/3部分不開槽，形成大齒；其余部分的齒較窄，稱做小齒。大齒中心即為轉子磁極的中心。有時大齒也開一些較小的通風槽，但不嵌放繞組；有時還在嵌線槽底部銑出窄而淺的小槽作為通風槽。隱極式轉子在轉子本體軸向兩端還裝有金屬的護環和中心環。護環是由高強度合金制成的厚壁圓筒，用以保護勵磁繞組端部不至被巨大的離心力甩出；中心環用以防止繞組端部的軸向移動，并支撐護環。此外，為了把勵磁電流通入勵磁繞組，在電機軸上還裝有集電環和電刷。冷卻系統：由于電機中能量損耗和電機的體積成正比，它的量級與電機線度量級的三次方成比例，而電機散熱面的量級只是電機線度量級的二次方。因此，當電機尺寸增大時（受材料限制，增大電機容量就得加大其尺寸），電機每單位表面上需要散發的熱量就會增加，電機的溫升將會提高。在高速汽輪發電機中，離心力將使轉子表面和轉子中心孔表面產生巨大的切向應力，轉子直徑越大，這種應力也越大。因此，在鍛件材料允許的應力極限范圍內，2極汽輪發電機的轉子本體直徑不能超過1250毫米。大型汽輪發電機要增大單機容量，只有靠增加轉子本體的長度（即用細長的轉子）和提高電磁負荷來解決。轉子長度可達8米，已接近極限。要繼續提高單機容量，只能是提高電機的電磁負荷。這使大型汽輪發電機的發熱和冷卻問題變得特別突出。對于50000千瓦以下的汽輪發電機，多采用閉路空氣冷卻系統，用電機內的風扇吹拂發熱部件降溫。對于容量為5～60萬千瓦的發電機，廣泛使用氫冷。氫氣（純度99%）的散熱性能比空氣好，用它來取代空氣不僅散熱效果好，而且可使電機的通風摩擦損耗大為降低，從而能顯著提高發電機的效率。但是，采用氫冷必須有防爆和防漏措施，這使電機結構更為復雜，也增加了電極材料的消耗和成本。此外，還可采用液體介質冷卻，例如水的相對冷卻能力為空氣的50倍，帶走同樣的熱量，所需水的流量比空氣小得多。因此，在線圈里采用一部分空心導線，導線中通水冷卻，就可以大大降低電機溫升，延緩絕緣老化，增長電機壽命。