اصل کار یک مجموعه ژنراتور بر اساس قانون القای الکترومغناطیسی و اصل تبدیل انرژی است. هسته آن این است که روتور ژنراتور را با استفاده از انرژی مکانیکی بچرخاند و نیروی الکتروموتور القایی را در سیمپیچهای استاتور ایجاد کند و در نتیجه انرژی الکتریکی تولید کند. این فرآیند را می توان به چهار مرحله کلیدی تقسیم کرد: ورودی انرژی، انتقال مکانیکی، القای الکترومغناطیسی و خروجی انرژی الکتریکی.
مرحله ورودی انرژی منبع انرژی برای یک مجموعه ژنراتور معمولاً سوختهای فسیلی (دیزل، گاز طبیعی) یا منابع انرژی تجدیدپذیر (نیروی بادی، برق آبی) است. با در نظر گرفتن یک مجموعه دیزل ژنراتور به عنوان مثال، سوخت دیزل با هوا در سیلندر مخلوط شده، فشرده می شود و مشتعل می شود و گاز-در حرارت و فشار بالا- تولید می شود که پیستون را در یک حرکت خطی رفت و برگشتی به حرکت در می آورد. سپس این حرکت خطی از طریق مکانیزم شاتون به حرکت چرخشی میل لنگ تبدیل می شود. در این فرآیند، انرژی شیمیایی سوخت از طریق احتراق به انرژی گرمایی و سپس از طریق ساختار مکانیکی به انرژی مکانیکی تبدیل میشود و نیرو برای تولید برق بعدی فراهم میکند.
مرحله انتقال مکانیکی حرکت چرخشی میل لنگ به طور مستقیم روتور ژنراتور را از طریق یک کوپلینگ به حرکت در می آورد. روتور معمولاً از آهنرباهای دائمی یا آهنرباهای الکتریکی تشکیل شده است که وظیفه آنها ایجاد میدان مغناطیسی است. در یک ژنراتور سنکرون، میدان مغناطیسی روتور نسبت به سیمپیچهای استاتور میچرخد و تغییری در شار مغناطیسی ایجاد میکند. در یک ژنراتور ناهمزمان، روتور یک میدان مغناطیسی از طریق جریان القایی ایجاد می کند. راندمان سیستم انتقال مکانیکی به طور مستقیم بر عملکرد کلی مجموعه ژنراتور تأثیر می گذارد. بنابراین، برای کاهش اتلاف انرژی لازم است از تراز دقیق کوپلینگ و انتقال صاف اطمینان حاصل شود.
مرحله القای الکترومغناطیسی هنگامی که میدان مغناطیسی روتور سیمپیچهای استاتور را قطع میکند، طبق قانون القای الکترومغناطیسی فارادی، یک نیروی الکتروموتور القایی (EMF) در سیمپیچهای استاتور ایجاد میشود. سیمپیچهای استاتور معمولاً از یک ساختار سیمپیچ سه فازی استفاده میکنند تا جریان متناوب سه فازی متقارن تولید کنند. بزرگی EMF القایی متناسب با قدرت میدان مغناطیسی، سرعت روتور و تعداد چرخش های سیم پیچ است. به عنوان مثال، در یک شبکه برق 50 هرتز، سرعت روتور یک ژنراتور سنکرون باید دقیقاً در 3000 دور در دقیقه (ژنراتور دو قطبی) یا 1500 دور در دقیقه (ژنراتور چهار قطبی) کنترل شود تا فرکانس خروجی پایدار تضمین شود.
مرحله خروجی برق جریان متناوب تولید شده توسط سیم پیچ های استاتور از طریق حلقه های لغزنده و برس ها به بیرون هدایت می شود. پس از اینکه رگولاتور ولتاژ ولتاژ خروجی را تثبیت کرد، از طریق قطع کننده مدار به بار یا شبکه برق متصل می شود. تنظیم کننده ولتاژ ولتاژ خروجی را با تنظیم جریان تحریک روتور برای ثابت نگه داشتن آن تحت تغییرات بار کنترل می کند. به عنوان مثال، هنگامی که افزایش بار باعث افت ولتاژ می شود، رگولاتور جریان تحریک را افزایش می دهد، میدان مغناطیسی روتور را تقویت می کند و در نتیجه ولتاژ خروجی را افزایش می دهد.