iPG Generator

Ein Permanentmagnetgenerator (PMG) ist ein Synchrongenerator, der auf dem Rotor Permanentmagnete anstelle von Feldwicklungen verwendet, um ein Magnetfeld zu erzeugen. Da kein Erregerstrom benötigt wird, entfallen Bürsten, Schleifringe und Verluste in den Feldwicklungen. Dies führt im Vergleich zu herkömmlichen fremderregten Generatoren zu einem höheren elektrischen Wirkungsgrad, geringerem Wartungsaufwand und einer kompakteren Bauweise.

Ein konventioneller Generator benötigt einen externen Gleichstrom (DC), um seine Feldwicklungen zu erregen, was zu Kupferverlusten, Bürstenverschleiß und Wartungsaufwand an den Schleifringen führt. Ein Permanentmagnetgenerator hingegen erzeugt sein Magnetfeld durch Seltenerdmagnete und benötigt keine Erregerleistung. Dadurch erreichen PMGs einen höheren Wirkungsgrad (bis zu 96 %), eine geringere Wärmeentwicklung, keinen Austausch von Bürsten oder Schleifringen sowie eine zuverlässige Leistung auch bei variablen Drehzahlen — entscheidende Vorteile insbesondere in Wind- und Wasserturbinenanwendungen.

Ein Direktantriebsgenerator ist direkt mit der Turbinenwelle verbunden, ohne Getriebe. In konventionellen Systemen benötigt ein schnelllaufender Generator ein Getriebe, um die Drehzahl der Turbine anzupassen. Beim Direktantrieb wird das Getriebe vollständig eliminiert, wodurch die störanfälligste und wartungsintensivste Komponente in Wind- und Wasserkraftanlagen entfällt. EMF iPG-Generatoren sind für den Direktantrieb bei Drehzahlen von 100 bis 1.500 U/min ausgelegt.

Direktantriebsgeneratoren eliminieren Getriebeausfälle, Ölwechsel, Zahnausrichtungen und mechanische Übertragungsverluste. In Windkraftanlagen sind Getriebeausfälle die häufigste Ursache für ungeplante Stillstände. Durch den Wegfall des Getriebes wird das Gewicht der Gondel reduziert, der Antriebsstrang vereinfacht, Geräusche und Vibrationen verringert und die Stromgestehungskosten (LCOE) über die Lebensdauer der Anlage um 10–20 % gesenkt — dank geringerer Wartung und höherer Verfügbarkeit.

Permanentmagnetgeneratoren werden in kleinen bis mittelgroßen Windkraftanlagen (1–500 kW), Mikro- und Kleinwasserkraftanlagen, Diesel- und Gasgeneratoraggregaten, marinen Antriebssystemen sowie in der dezentralen Energieerzeugung eingesetzt. Ihre Fähigkeit, über einen weiten Drehzahlbereich effizient zu arbeiten, macht sie besonders geeignet für Anwendungen im Bereich erneuerbarer Energien, bei denen die Eingangsdrehzahl je nach Wind- oder Wasserströmung variiert.

Windkraftanlagen arbeiten mit ständig variierenden Drehzahlen, daher muss der Generator über einen weiten Drehzahlbereich effizient arbeiten. Permanentmagnetgeneratoren (PMG) erreichen eine hohe Effizienz von niedrigen bis hohen Drehzahlen, ohne Anpassung der Erregung. In Direktantriebskonfiguration entfällt zudem das Getriebe — die Komponente, die für etwa 20 % der Ausfallzeiten von Windkraftanlagen verantwortlich ist. Diese Kombination aus Effizienz bei variabler Drehzahl und mechanischer Einfachheit macht PMGs zur bevorzugten Technologie für moderne kleine und mittlere Windkraftanlagen.

Ja. Permanentmagnetgeneratoren (PMG) sind sehr gut für Mikro- und Kleinwasserkraftanwendungen geeignet. Sie arbeiten effizient bei den niedrigen und variablen Drehzahlen, die für Wasserturbinen typisch sind, und durch den Direktantrieb entfällt die Wartung des Getriebes — ein großer Vorteil insbesondere an abgelegenen Wasserkraftstandorten mit erschwertem Zugang. Studien zeigen, dass der Ersatz konventioneller Asynchrongeneratoren durch Permanentmagnet-Direktantriebssysteme die jährliche Energieerzeugung an Niedriggefälle-Standorten deutlich erhöhen kann.

Moderne Permanentmagnetgeneratoren erreichen einen elektrischen Wirkungsgrad von 90–96 %, während konventionelle fremderregte Generatoren typischerweise bei 80–90 % liegen. Der Effizienzgewinn ergibt sich aus der Eliminierung von Erregerverlusten, der Reduzierung von Kupferverlusten im Rotor sowie dem Wegfall von Getriebeverlusten in Direktantriebskonfigurationen. Ein höherer Wirkungsgrad bedeutet direkt eine höhere jährliche Energieerzeugung (kWh) aus derselben Turbine.

Permanentmagnetgeneratoren (PMG) benötigen im Vergleich zu konventionellen Generatoren nur minimalen Wartungsaufwand. Es gibt keine Bürsten, Schleifringe oder Feldwicklungen, die gewartet werden müssen. In einem getriebelosen Direktantriebssystem beschränkt sich die Wartung in der Regel auf die regelmäßige Überprüfung der Lager sowie der elektrischen Anschlüsse. Dadurch sind PMGs besonders geeignet für abgelegene Anwendungen wie Offshore-Windparks, Gebirgs-Wasserkraftanlagen und unbemannte Kraftwerke, bei denen Wartungszugang kostspielig ist.

Ja. Permanentmagnetgeneratoren können über einen Leistungselektronik-Umrichter an 50-Hz- oder 60-Hz-Stromnetze bei Standardspannungen (400 V, 690 V) angeschlossen werden. Der Umrichter ermöglicht es dem Generator, mit variabler Drehzahl zu arbeiten und gleichzeitig netzkonformen Strom zu liefern. EMF iPG-Generatoren unterstützen sowohl den netzgekoppelten Betrieb (grid-tied) als auch den Inselbetrieb (off-grid) und bieten Polzahlen von 8 bis 48, um verschiedene Turbinendrehzahlbereiche abzudecken.