繼電器的關(guān)閉究竟需要多長時間?
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原因是有太多的因素影響這個問題，確實沒有明確的答案可以給出。然而，有一些有趣的經(jīng)驗教訓，可以學習繼電器行為和物理學，包括電樞物理接觸電磁鐵芯時電感的變化、飛行時間、接觸反彈和電壓的影響。有了繼電器動力學知識，您可以更好地了解繼電器的各種參數(shù)特性并改進您的下一個設計。
本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/202403/456781.htm測試電路
為了回答這個問題，我們可以使用圖1 所示的設置進行實驗，并附帶圖2 的示意圖。該設置包括一個具有代表性的工業(yè)繼電器 加插座，如示意圖所示的繼電器驅(qū)動器，以及一個 Arduino Nano Every 來切換驅(qū)動器的開和關(guān)。一個 Digilent 示波器 ANALOG DISCOVERY 3，探頭適配器，和 10個 X探頭用于記錄信號。
圖1：測試設置，以測量繼電器激活時間。
繼電器驅(qū)動器可能看起來是過度設計的。然而，Q2 高側(cè)驅(qū)動器(源配置)是必要的，以參考繼電器到地面。這允許安裝一個小值分流電阻 (R5) 。這個電阻器接地，很容易測量繼電器電流作為一個小的電壓降通過一個已知的電阻器。 電路的其余部分由電平移位晶體管 Q1 和檢測繼電器狀態(tài)的方法通過常閉 (N.C.)和常開 (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。當繼電器失效時，二極管是必要的保護晶體管 Q2。要理解，這個二極管對繼電器的激活沒有影響，但它對繼電器閉合有深刻的影響。也許在未來我們可以回答一個有關(guān)打開繼電器所需時間的問題。
圖2：示意圖，具有高側(cè)PNP繼電器驅(qū)動器(Q2)和電流分流器(R5) 。
結(jié)果
結(jié)果如圖3 所示。有三個面板：
上部：橙色跡線 (CH 1) 是繼電器激活電壓測量在Q2集電極。藍色跡線 (CH 2) 是繼電器電流測量通過 R5 分流電阻。
中部：藍色跡線 (CH 2) 是繼電器常閉觸點上測量的電壓。
下部：藍色跡線 (CH 2) 是繼電器常開觸點上測量的電壓。
技術(shù)提示： Analog Discovery 3 作為雙通道示波器運行。當配備 10 X探頭時，它能夠測量高達 +/- 250VDC 的信號。如果使用 4 通道示波器，則圖 3 的復合圖可以構(gòu)建為單個屏幕截圖。
圖3：繼電器的激活波形，包括線圈的電流，常閉和常開觸點。
根據(jù)圖 3數(shù)據(jù)，我們觀察到：
電樞運動首次觀察到在 4.7ms 時，N.C. 觸點切換。
從 4.7ms 到 7.6ms 有 2.9ms 的飛行時間。在這個“飛行時間”中，N.C. 和N.O. 觸點都沒有連接到電路。
與 N.O. 觸點的第一次接觸發(fā)生在 7.6ms。
從 7.6ms 開始一直延伸到8.8毫秒，觸點反彈 1.2ms 。
除了這些觸點的變化，繼電器電流中有一個微妙的下降。這發(fā)生在電樞運動時。推測，繼電器電感變化，因為電樞的鐵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，如果電樞對著線圈保持在位置上，這種擾動就不會發(fā)生。
提高閉合速度
為了提高繼電器閉合的速度，我們可以對步進電機驅(qū)動器應用一些技巧。這是同樣的問題：我們?nèi)绾螌㈦娏鲝娂拥诫姼衅髦?。回想一下，電感器的時間常數(shù) (τ) 定義為
τ=LR
我們選擇的電感器，無論是繼電器還是步進電機線圈，都有固定的電感。它也有固定的電阻。然而，沒有什么能阻止我們通過實現(xiàn) L/nR 系統(tǒng)(其中 n 是線圈電阻的乘數(shù))來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 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，認識到繼電器的 L/4R 系統(tǒng)正在進入瘋狂的領(lǐng)域。另一方面， 96VDC 的 PWM 驅(qū)動器也不是不可能的。這將允許響應磁場建立，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)。在這個實驗中，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)果見圖 4。
圖4：在L/2R環(huán)境下運行時，繼電器的激活波形。
請注意，圖3 和圖4 的穩(wěn)態(tài)電流是相同的。雖然我們確實增加了兩倍的電壓，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。最顯著的變化是改變 N.C.接觸的時間。它已經(jīng)從4.7ms 改變到 2.4ms。這是由 L/2R 計算的 2倍加速。觀察到飛行時間略有減少，但反彈時間有輕微但不是必然的改進。這表明電感(磁場的累積)是繼電器激活的限制因素。彈簧張力和金屬對金屬反彈的物理是相對一致的。
再次，請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。
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