LG Direct Drive generator – moc i prąd bez modyfikacji uzwojeń

Pytanie

Jakiej mocy będzie generator silnika direct drive lg ile amper jest w stanie dać bez modyfikacji uzwojeń

Odpowiedź Sztucznej Inteligencji

Bezpośrednia odpowiedź na pytanie

• Typowy silnik LG Direct Drive (PMSM/BLDC z pralki) użyty jako generator, bez przewijania stojana:
  • Prąd ciągły bezpieczny: 2–3 A (na wyjściu po prostowaniu), krótkotrwale 5–6 A przy dobrym chłodzeniu.
  • Moc użyteczna:
    • przy niskich napięciach 12–24 V: zwykle 50–150 W,
    • przy 48 V: typowo 150–300 W,
    • przy obciążeniu wysokonapięciowym (ok. 150–300 V DC): 300–600 W, szczytowo krótkotrwale do ok. 0,8–1,2 kW, jeśli napęd (np. turbina) i chłodzenie na to pozwalają.

Kluczowe punkty:

• Te silniki mają wysokie napięcie na obrót i stosunkowo dużą rezystancję uzwojeń, więc ograniczeniem jest prąd, nie napięcie.
• Najsprawniej pracują bez przewijania z obciążeniem wysokonapięciowym (np. grzałka), gorzej z systemami 12/24 V.

Szczegółowa analiza problemu

• Konstrukcja: 3‑fazowy PMSM/BLDC, wielobiegunowy, zwykle 36 żłobków stojana, kilkanaście biegunów na wirniku, zewnętrzny wirnik z magnesami trwałymi. Fabryczna konfiguracja uzwojeń i przekrój drutu są zoptymalizowane pod wysokie napięcie i mały prąd.
• Stała SEM (k_e): typowo rzędu 0,2–0,25 V/obr/min (międzyfazowo, napięcie skuteczne, jałowo). Przykład: ok. 220–230 V AC L‑L przy 1000 obr/min. Po 3‑fazowym prostowaniu V_DC,jał ≈ 1,35 × V_AC,L‑L, więc dla 1000 obr/min to rząd 300 V DC bez obciążenia.
• Rezystancja wewnętrzna: często 8–15 Ω międzyfazowo (zależnie od modelu), co ogranicza prąd przy niskich napięciach systemowych.
• Zależności praktyczne:
  • Dla 12 V: aby „wcisnąć” 3–4 A w akumulator, generator musi dać napięcie sporo ponad 12 V na klemach po uwzględnieniu spadków na rezystancji uzwojeń i mostku. W efekcie większość mocy traci się w miedzi, a realna moc rzadko przekracza 50–100 W w trybie ciągłym.
  • Dla 24/48 V: wyraźnie lepiej, bo prąd dla tej samej mocy jest mniejszy; typowo 150–300 W przy 48 V i kilku setkach obr/min.
  • Dla obciążeń wysokonapięciowych (grzałki 110–230 V, prostowane 150–325 V DC): uzyskasz najlepsze dopasowanie bez przewijania, bo napięcie generatora naturalnie rośnie z obrotami. 300–600 W jest osiągalne przy umiarkowanie wysokich obrotach i dobrej wentylacji; piki mocy do ~1 kW są możliwe, ale krótkotrwałe i termicznie ryzykowne.
• Limity prądowe:
  • Termika uzwojeń i diod prostownika jest ograniczeniem nr 1. Dla fabrycznego drutu i pasywnego chłodzenia bezpieczny prąd ciągły po prostowaniu to zwykle 2–3 A. Krótkotrwale (poryw wiatru, lepsze chłodzenie) 5–6 A.
  • W systemach 12/24 V przekroczenie 3–4 A szybko podnosi temperaturę uzwojeń, bo spadek I²R jest duży.
• Sprawność: w konfiguracji „generator → mostek diodowy → DC” osiągalna 60–75% (straty żelaza + miedzi + ok. 2×1 V spadku na diodach przy przewodzeniu).

Jak oszacować dla konkretnego egzemplarza:

1. Zmierz k_e: zakręć znaną prędkością (np. wiertarka 300 i 600 obr/min), zmierz V_AC L‑L jałowo; k_e ≈ V_AC/L‑L / RPM.
2. Zmierz R_L‑L omomierzem (kilka–kilkanaście Ω).
3. Dla danej prędkości policz V_DC,jał ≈ 1,35 × V_AC,L‑L.
4. Przybliżony prąd zwarciowy po stronie DC: I_sc ≈ V_DC,jał / R_eq, gdzie R_eq po stronie DC ≈ 1,7 × R_L‑L (zależność przybliżona dla mostka 3‑fazowego). Dla pracy ciągłej przyjmij 40–60% I_sc jako górny zakres, o ile temperatura uzwojeń pozostaje <120°C klasy izolacji.

Przykład liczbowy (orientacyjny):

• Załóżmy k_e = 0,22 V/rpm L‑L i R_L‑L = 10 Ω.
• 500 obr/min → V_AC ≈ 110 V L‑L → V_DC,jał ≈ 150 V.
• I_sc ≈ 150 V / (1,7 × 10 Ω) ≈ 8,8 A (chwilowo). Ciągle bezpiecznie: 2–3 A; moc użyteczna przy 2,5 A i ~120 V pod obciążeniem to rząd 250–300 W (reszta to straty miedzi i na diodach).

Aktualne informacje i trendy

• Relacje praktyków z projektów amatorskich z lat ostatnich wskazują, że z LG DD bez przewijania uzyskuje się typowo 400–600 W przy silnym wietrze i odpowiednim dopasowaniu obciążenia wysokonapięciowego; piki do ok. 1,2 kW są raportowane, ale jako wartości chwilowe, nieciągłe.
• Trendy: dla systemów akumulatorowych zamiast przewijania często stosuje się przetwornice MPPT buck/boost wysokiego napięcia, co poprawia odzysk energii przy zmiennych obrotach bez ingerencji w stojan.

Wspierające wyjaśnienia i detale

• Dlaczego 12 V „boli”: prąd musi być duży, aby uzyskać sensowną moc, a duży prąd na dużej rezystancji uzwojeń daje duże straty I²R i grzanie.
• Mostek 3‑fazowy: napięcie średnie po prostowaniu V_DC ≈ 1,35 × V_AC L‑L (jałowo). Pod obciążeniem napięcie spada wskutek rezystancji uzwojeń i spadków na diodach.
• Konfiguracja uzwojeń: wiele stojanów jest fabrycznie w gwieździe; przełączenie w trójkąt (jeśli dostęp do wyprowadzeń na to pozwala) obniża napięcie ≈√3× i zmniejsza rezystancję widzianą na zaciskach ≈3×, co znacząco zwiększa prąd przy niższych napięciach – to już jednak modyfikacja połączeń (choć nie przewijanie).

Aspekty etyczne i prawne

• Napięcia rzędu 200–350 V DC po prostowaniu są niebezpieczne porażeniowo. Zapewnij izolację, uziemienie, osłony mechaniczne i bezpieczniki.
• Nie łącz bezpośrednio z siecią publiczną bez certyfikowanego falownika on‑grid i spełnienia lokalnych przepisów (w USA m.in. UL 1741/IEEE 1547; w UE – normy EN i wymagania operatora).

Praktyczne wskazówki

• Dobierz mostek prostowniczy 600–1000 V, 25–35 A z radiatorem.
• Dodaj czujnik temperatury stojana; ogranicz prąd, gdy temperatura rośnie.
• Dla akumulatorów 24/48 V stosuj przetwornicę MPPT o szerokim zakresie wejściowym (np. 60–350 V DC).
• Dla grzania wody dopasuj rezystancję grzałki tak, by przy typowych obrotach punkt pracy dawał 60–80% prądu „termo‑bezpiecznego” (2–3 A ciągłe).
• Kondensator po mostku nie jest konieczny dla obciążenia rezystancyjnego; dla przetwornic DC‑DC stosuj kondensatory HV niskiej ESR.

Ewentualne zastrzeżenia lub uwagi dodatkowe

• Duży moment zaczepowy (cogging) utrudnia start małym turbinom.
• Rzeczywiste k_e i R_L‑L silnie różnią się między modelami i rocznikami – konieczny jest pomiar konkretnego egzemplarza.
• Piki mocy ~1 kW są zwykle chwilowe i mogą przegrzać uzwojenia bez aktywnego chłodzenia.

Sugestie dalszych badań

• Zmierz k_e i R_L‑L swojego silnika i wróć z wynikami – przygotuję dokładny wykres P‑n oraz zalecane obciążenia.
• Rozważ porównanie wariantu: bez modyfikacji vs. przełączenie gwiazda/trójkąt vs. przewinięcie pod 24/48 V.
• Testy długotrwałe z rejestracją temperatury i prądu pozwolą wyznaczyć bezpieczne limity ciągłe dla Twojej aplikacji.

Krótkie podsumowanie

• Bez modyfikacji uzwojeń silnik LG Direct Drive jako generator daje bezpiecznie 2–3 A ciągłe (5–6 A krótkotrwale).
• Realna moc zależy od napięcia systemu i obrotów: 50–150 W (12/24 V), 150–300 W (48 V), 300–600 W dla obciążeń wysokonapięciowych; wartości ~1 kW są możliwe jako krótkie piki przy dobrym napędzie i chłodzeniu.
• Najlepsze efekty bez przewijania uzyskasz z obciążeniem wysokonapięciowym lub z przetwornicą MPPT o szerokim zakresie wejściowym.

Jeśli podasz model silnika i wyniki prostych pomiarów (V_AC L‑L jałowo przy znanych RPM oraz R_L‑L), wyliczę dokładne prądy i moce dla Twojego przypadku.