原因是有太多的因素影響這個(gè)問(wèn)題，確實(shí)沒(méi)有明確的答案可以給出。然而，有一些有趣的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，可以學(xué)習(xí)繼電器行為和物理學(xué)，包括電樞物理接觸電磁鐵芯時(shí)電感的變化、飛行時(shí)間、接觸反彈和電壓的影響。有了繼電器動(dòng)力學(xué)知識(shí)，您可以更好地了解繼電器的各種參數(shù)特性并改進(jìn)您的下一個(gè)設(shè)計(jì)。

測(cè)試電路

為了回答這個(gè)問(wèn)題，我們可以使用圖1 所示的設(shè)置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并附帶圖2 的示意圖。該設(shè)置包括一個(gè)具有代表性的工業(yè)繼電器 加插座，如示意圖所示的繼電器驅(qū)動(dòng)器，以及一個(gè) Arduino Nano Every 來(lái)切換驅(qū)動(dòng)器的開(kāi)和關(guān)。一個(gè) Digilent 示波器 ANALOG DISCOVERY 3，探頭適配器，和 10個(gè) X探頭用于記錄信號(hào)。

繼電器驅(qū)動(dòng)器可能看起來(lái)是過(guò)度設(shè)計(jì)的。然而，Q2 高側(cè)驅(qū)動(dòng)器(源配置)是必要的，以參考繼電器到地面。這允許安裝一個(gè)小值分流電阻 (R5) 。這個(gè)電阻器接地，很容易測(cè)量繼電器電流作為一個(gè)小的電壓降通過(guò)一個(gè)已知的電阻器。 電路的其余部分由電平移位晶體管 Q1 和檢測(cè)繼電器狀態(tài)的方法通過(guò)常閉 (N.C.)和常開(kāi) (N.O.) 指示燈 LED 組成。 讓我們不要忘記放置在繼電器線圈上的D1反激二極管。當(dāng)繼電器失效時(shí)，二極管是必要的保護(hù)晶體管 Q2。要理解，這個(gè)二極管對(duì)繼電器的激活沒(méi)有影響，但它對(duì)繼電器閉合有深刻的影響。也許在未來(lái)我們可以回答一個(gè)有關(guān)打開(kāi)繼電器所需時(shí)間的問(wèn)題。

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圖2：示意圖，具有高側(cè)PNP繼電器驅(qū)動(dòng)器(Q2)和電流分流器(R5) 。

結(jié)果

結(jié)果如圖3 所示。有三個(gè)面板：

• 上部：橙色跡線 (CH 1) 是繼電器激活電壓測(cè)量在Q2集電極。藍(lán)色跡線 (CH 2) 是繼電器電流測(cè)量通過(guò) R5 分流電阻。

• 中部：藍(lán)色跡線 (CH 2) 是繼電器常閉觸點(diǎn)上測(cè)量的電壓。

• 下部：藍(lán)色跡線 (CH 2) 是繼電器常開(kāi)觸點(diǎn)上測(cè)量的電壓。

技術(shù)提示： Analog Discovery 3 作為雙通道示波器運(yùn)行。當(dāng)配備 10 X探頭時(shí)，它能夠測(cè)量高達(dá) +/- 250VDC 的信號(hào)。如果使用 4 通道示波器，則圖 3 的復(fù)合圖可以構(gòu)建為單個(gè)屏幕截圖。

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圖3：繼電器的激活波形，包括線圈的電流，常閉和常開(kāi)觸點(diǎn)。

根據(jù)圖 3數(shù)據(jù)，我們觀察到：

• 電樞運(yùn)動(dòng)首次觀察到在 4.7ms 時(shí)，N.C. 觸點(diǎn)切換。

• 從 4.7ms 到 7.6ms 有 2.9ms 的飛行時(shí)間。在這個(gè)“飛行時(shí)間”中，N.C. 和N.O. 觸點(diǎn)都沒(méi)有連接到電路。

• 與 N.O. 觸點(diǎn)的第一次接觸發(fā)生在 7.6ms。

• 從 7.6ms 開(kāi)始一直延伸到8.8毫秒，觸點(diǎn)反彈 1.2ms 。

除了這些觸點(diǎn)的變化，繼電器電流中有一個(gè)微妙的下降。這發(fā)生在電樞運(yùn)動(dòng)時(shí)。推測(cè)，繼電器電感變化，因?yàn)殡姌械蔫F板與線圈的金屬芯有物理接觸。線圈電感的突然變化擾亂了繼電器電流的緩慢斜坡。注意，如果電樞對(duì)著線圈保持在位置上，這種擾動(dòng)就不會(huì)發(fā)生。

提高閉合速度

為了提高繼電器閉合的速度，我們可以對(duì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用一些技巧。這是同樣的問(wèn)題：我們?nèi)绾螌㈦娏鲝?qiáng)加到電感器中?；叵胍幌?，電感器的時(shí)間常數(shù) (τ) 定義為

我們選擇的電感器，無(wú)論是繼電器還是步進(jìn)電機(jī)線圈，都有固定的電感。它也有固定的電阻。然而，沒(méi)有什么能阻止我們通過(guò)實(shí)現(xiàn) L/nR 系統(tǒng)(其中 n 是線圈電阻的乘數(shù))來(lái)增加額外的外部電阻以降低 τ。例如，我們可以將串聯(lián)電阻加倍。這個(gè) L/2R 系統(tǒng)已經(jīng)將 τ 削減了2倍。同樣，L/4R 系統(tǒng)將將 τ 減少4倍。

這種外部電阻的懲罰是額外的電壓和浪費(fèi)的功率。我們的 24VDC 繼電器將需要 48VDC 的 L/2R 和 96VDC 的 L/4R。繼電器功率增加了 2倍和 4倍。
讓我們退后一步，認(rèn)識(shí)到繼電器的 L/4R 系統(tǒng)正在進(jìn)入瘋狂的領(lǐng)域。另一方面， 96VDC 的 PWM 驅(qū)動(dòng)器也不是不可能的。這將允許響應(yīng)磁場(chǎng)建立，具有在初始爆發(fā)后將 PWM 節(jié)流到低“保持”水平的能力。
話雖如此，讓我們看看如何改善情況與 L/2R 系統(tǒng)。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，我們將增加 R4 如圖2 示意圖。我們還將增加電源電壓至 48VDC。結(jié)果見(jiàn)圖 4。

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圖4：在L/2R環(huán)境下運(yùn)行時(shí)，繼電器的激活波形。

請(qǐng)注意，圖3 和圖4 的穩(wěn)態(tài)電流是相同的。雖然我們確實(shí)增加了兩倍的電壓，但 R4 系列電阻器與線圈電阻大致相同。因此，他們形成了一個(gè)平衡的電壓分壓器。

圖 4 中顯示的結(jié)果較圖 3 有顯著改進(jìn)。最顯著的變化是改變 N.C.接觸的時(shí)間。它已經(jīng)從4.7ms 改變到 2.4ms。這是由 L/2R 計(jì)算的 2倍加速。觀察到飛行時(shí)間略有減少，但反彈時(shí)間有輕微但不是必然的改進(jìn)。這表明電感(磁場(chǎng)的累積)是繼電器激活的限制因素。彈簧張力和金屬對(duì)金屬反彈的物理是相對(duì)一致的。

再次，請(qǐng)注意繼電器電流的下降。這是由于電感的變化，由于金屬電樞“吸引”板接近繼電器線圈。