В крупных электрических машинах иногда применяют систему охлаждения с использованием водорода в качестве охлаждающего газа. Особые свойства водорода обеспечивают водородному охлаждению ряд преимуществ.
Плотность технического водорода более чем в десять раз меньше плотности воздуха, что способствует снижению потерь на вентиляцию, а следовательно, повышает КПД машины. Например, в турбогенераторе мощностью 150 тыс. кВт потери на вентиляцию при воздушном охлаждении составляют 1000 кВт, а при водородном охлаждении турбогенератора такой же мощности эти потери составляют всего лишь 140 кВт, т.е. более чем в семь раз меньше.
Благодаря повышенной теплопроводности водорода, которая в 6 — 7 раз больше, чем у воздуха, он интенсивнее охлаждает машину. Это дает возможность при заданных габаритах изготовить машину с водородным охлаждением мощностью на 20 — 25% больше, чем при воздушном охлаждении.
Водородное охлаждение снижает опасность возникновения пожара в машине, так как водород не поддерживает горения.
Водородное охлаждение увеличивает срок службы изоляции обмоток, так как при явлении короны, благодаря отсутствию азота, в машине не образуются нитраты — соединения, разъедающие органические составляющие изоляционных материалов.
Эффективность водородного охлаждения повышается с ростом давления водорода в машине. Но наряду с перечисленными достоинствами водородное охлаждение имеет и недостатки, сущность которых сводится к тому, что водородное охлаждение ведет к усложнению и удорожанию как самой машины, так и ее эксплуатации. Объясняется это, в первую очередь, необходимостью содержания целого комплекса устройств водородного хозяйства, обеспечивающего подпитку, очистку и поддержание требуемого давления водорода в системе охлаждения машины. Однако в машинах большой единичной мощности (турбогенераторах, гидрогенераторах, синхронных компенсаторах) водородное охлаждение оправдано и дает большой экономический эффект.
Рассмотренные способы охлаждения машин являются косвенными, так как происходят без непосредственного контакта охлаждающего вещества с наиболее нагретыми элементами машины — обмотками. Отбор теплоты от обмоток при этих способах охлаждения происходит через электрическую изоляцию (в лобовых частях) и сталь магнитопровода, что снижает эффективность процесса охлаждения. Поэтому более эффективным является непосредственное охлаждение обмоток и других нагреваемых элементов машины. Для осуществления этого способа охлаждения в проводниках обмотки и сердечниках делают внутренние каналы, по которым циркулирует охлаждающее вещество — водород, вода, масло.
Непосредственный контакт охлаждающего вещества с проводами обмоток и внутренними слоями магнитопроводов усиливает интенсивность теплоотвода и позволяет существенно повысить удельные электромагнитные нагрузки электрических машин: плотность тока, магнитную индукцию.
