励磁系统是由励磁机（即一台小型的直流发电机）来供给发电机转子的励磁电流。励磁机由发电机转子带动，其装置方式有背包式和同轴式两种。
一、励磁机式励磁系统
励磁系统是由励磁机（即一台小型的直流发电机）来供给发电机转子的励磁电流。励磁机由发电机转子带动，其装置方式有背包式和同轴式两种。励磁机磁极线圈由励磁机直接供电，调节与磁极线圈串联的可变电阻（磁场变阻器），可以改变励磁机的电压和电流，从而调节发电机电压，以此来适应用户负载的变化。带励磁机的励磁系统价格贵、维护困难，但在小型水电站中，为了充分利用已有设备，也常会采用这种发电机。
二、机械整流式励磁系统
这种励磁系统的发电机定子除了三相线圈外，还增加了低电压的三相附加线圈，附加线圈发出的三相低压交流电，经过三个电刷进入与转子同轴旋转的机械整流器，变成直流电后供给转子的励磁线圈。机械整流器是一个分四段绝缘的铜质滑环，当三相交流电的方向变化时，由于滑环与电刷的接触点也同时改变，可以使从滑环流入转子线圈的电流方向始终不变。三联圆盘式变阻器是在发电机负载变化时，用以调节电阻起稳定电压的作用。这种发电机在出厂时，接线板内部的线均已经接好了，所以安装比较方便。
三、半导体整流器励磁系统
当半导体硅整流器的阳极接电源正极，阴极（端）接负极时，电阻很小，而电压反接时电阻很大，因此交流电通过硅整流器时就被整流为直流电。为了防止硅整流器因误操作（变阻器调到另位）而烧毁，磁场变阻器应串联一个固定电阻R，一般R的电阻约为转子电阻的2倍左右。采用半导体整流器可使发电机的结构简化，从而降低了电机造价，加快了制造速度，而且这种发电机效率高，故障少，在运行时除了要监视温度和保证良好的通风之外，不需要特殊的维护。
四、带励磁机的发电机如何自励？
要使发电机能正常发电，发电机必须先具有一定磁场强度。但是无论发电机或励磁机的磁极，在无电时磁性都很弱，因此水轮机带动发电机转起来以后，发电机的磁场还要经历一个由弱变强的过程，才能使发电机在空载状态建立起额定的电压（空载电压）。这个过程就叫发电机的自励过程。
发电机自励过程结束后，就进入了正常发电的新过程。虽然发电机在空载（未接负荷）时电压已调到了额定电压，但是任何发电机内部总有一定的阻抗存在，当电流流过发电机时，发电机内部就会产生一个电压降。当电流增大到接近发电机额定电流时，如果无恒压装置，发电机端子上的电压将下降到不能容许的程度。因此，为了使发电机电压能始终维持在额定电压，就必需采用恒压装置（自动电压调整器），这就是发电机在正常运行中的恒压问题。发电机的自励和恒压是保证发电机能正常工作的两个重要问题。
带励磁机的发电机，转子励磁电流是由励磁机供给的，如果励磁机不能自励，发电机就发不出电来，所以一定要使励磁机能够自励。励磁机自励要有一定条件，主要概括为四点。第一点，励磁机要达到一定转速。如果转速低于某一限度时，励磁机就不能自励。第二点，自励开始时，与磁极线圈串联的变阻器应调到最小值，如果电阻过大，励磁电流就将过小而不能自励。为了加速自励过程，励磁开关在开机前应先断开，等励磁机建立空载电压以后再合上开关，向发电机转子输送励磁电流，开始发电。第三点，励磁机要有一定的剩磁。一般励磁机在停机后，还有约为正常值3%以下的剩余磁性。如果剩磁完全消失（停机过久、剧烈震动等等），励磁机就不可能产生感应电压和感应电流，也就无从自励，此时就必须用干电池或蓄电池充磁。
第四点，流过磁极线圈的电流必须能加强剩磁。当励磁机转子达到一定转速时，励磁机两端就会感应出一个微小的电压。这一微小的电压将使励磁机的磁极线圈中流过一个小电流，如果这一电流产生的磁极极性与剩磁极性相同，励磁机的端电压就会升高，而励磁机电压的升高又使流过磁极线圈中的电流增大，使励磁机的磁性进一步加强。这样励磁机电压和电流便循环上升，使励磁机在几秒钟内迅速“自励”，建立起空载电压。如果磁极线圈端子方向接反了，线圈中流过小电流时所产生的磁极极性便与剩磁磁性相反，也就不能自励，此时应将磁极线圈端子调头。
