Interruttore a passo - Stepping switch
Nell'ingegneria del controllo elettrico, un interruttore o un relè passo-passo , noto anche come uniselettore , è un dispositivo elettromeccanico che commuta un percorso del segnale di ingresso su uno dei numerosi percorsi di uscita possibili, diretti da un treno di impulsi elettrici.
L'uso principale degli interruttori a gradini era nelle prime centrali telefoniche automatiche per instradare le chiamate telefoniche . Successivamente, sono stati spesso utilizzati nei sistemi di controllo industriale. Durante la seconda guerra mondiale , le macchine crittografiche giapponesi, note negli Stati Uniti come CORAL , JADE e PURPLE, le contenevano. I decodificatori a Bletchley Park impiegavano uniselettori azionati da un motore a rotazione continua invece che una serie di impulsi nel Colosso per crittografare i cifrari tedeschi di Lorenz.
In un selettore unidirezionale, l'interruttore a gradini si muove solo lungo o attorno a un asse, sebbene spesso diversi gruppi di contatti vengano azionati contemporaneamente. In altri tipi, come l' interruttore Strowger , inventato da Almon Brown Strowger nel 1888, la commutazione meccanica avviene in due direzioni, attraverso una griglia di contatti.
Interruttori passo-passo monoasse
Gli interruttori a passo sono stati ampiamente utilizzati nella telefonia e nei sistemi di controllo industriale quando la tecnologia elettromeccanica era fondamentale.
Un interruttore passo-passo di base è un interruttore rotante azionato elettricamente con un terminale singolo (tipicamente di ingresso) e terminali multipli (tipicamente di uscita). Come altri tipici interruttori rotativi, il singolo terminale si collega a uno dei terminali multipli ruotando un braccio di contatto, a volte chiamato tergicristallo, nella posizione desiderata. Il passaggio da una posizione all'altra è chiamato stepping, da cui il nome del meccanismo. Utilizzando la terminologia tradizionale, questo è un interruttore unipolare multiposizione.
Mentre alcuni interruttori a gradino hanno un solo polo (strato di contatti), un interruttore tipico ne ha di più; in quest'ultimo caso, tutti i tergicristalli sono allineati e si muovono insieme. Quindi, un ingresso con più fili potrebbe essere collegato a una delle più uscite, in base alla ricezione di un singolo set di impulsi. In questa configurazione, i contatti rotanti assomigliavano ai bracci di supporto della testa in un moderno disco rigido. Gli interruttori multipolari erano comuni; alcuni avevano forse una dozzina di pali, ma quelli erano meno comuni.
La maggior parte degli interruttori ha un banco di contatti fissi che si estende per mezzo cilindro, mentre alcuni hanno solo un terzo di cilindro. Il tipico interruttore "mezzo cilindro" ha due serie di contatti tergicristallo uno di fronte all'altro, mentre il tipo "terzo di un cilindro" ha tre serie, equidistanti. Per ogni dato livello, entrambi o tutti e tre i tergicristalli sono collegati, quindi non fa differenza quale dei due (o tre) si sta collegando. Quando era richiesto l'accesso a più uscite, il rotore aveva due serie di tergicristalli contrapposti ma sfalsati verticalmente: sulla prima metà della rotazione si accedeva a una serie di uscite; la seconda serie di punti vendita è stata raggiunta nella seconda metà della rotazione.
Un elettromagnete fa avanzare (fa avanzare) i tergicristalli nella posizione successiva quando viene alimentato con un impulso di CC. L'armatura del magnete (caricata a molla) aziona un nottolino che fa avanzare un cricchetto. Quando il nottolino raggiunge la sua corsa completa, blocca il cricchetto in modo che sia esso ei tergicristalli non superino. Quando l'alimentazione alla bobina si scollega, la molla ritrae il nottolino. Un altro nottolino, a volte chiamato molla di arresto, imperniato sul telaio assicura che i tergicristalli non si muovano all'indietro; l'attrito di contatto li mantiene in posizione. Alcuni progetti di uniselettore passano all'applicazione dell'impulso di manovra; altri ne calpestano la rimozione.
Nella maggior parte delle applicazioni, come la telefonia, è desiderabile poter riportare i tergicristalli in una posizione "iniziale"; questo è all'inizio della rotazione, a un'estremità della serie di contatti fissi. Alcuni interruttori hanno una camma attaccata all'albero del tergicristallo. Questa camma aziona una serie di contatti quando il tergicristallo è nella posizione iniziale, che è all'inizio dell'intervallo di rotazione. Altri progetti di circuiti utilizzavano un livello (polo) dei contatti per posizionare i tergicristalli, quindi i contatti di riferimento separati non erano necessari.
I tipici interruttori a gradino hanno contatti azionati direttamente dall'armatura del magnete a gradino; questi contatti possono servire per far girare il magnete ("self-step") e far avanzare i tergicristalli fintanto che viene applicata l'alimentazione. I circuiti di controllo esterni interrompono l'alimentazione quando i tergicristalli raggiungono la posizione desiderata; quella potrebbe essere la posizione iniziale.
La maggior parte degli interruttori a passo ruotano i tergicristalli in una sola direzione, ma alcuni sono bidirezionali; questi ultimi hanno un secondo magnete per ruotare i tergicristalli nell'altro senso. Una terza varietà "avvolge" una molla mentre il tergicristallo avanza progressivamente e un cricchetto impedisce ai tergicristalli di tornare alla posizione iniziale. Quando il circuito non è più necessario, un altro elettromagnete rilascia il nottolino di tenuta; la molla quindi riporta i tergicristalli nella loro posizione iniziale.
Gli interruttori a passo erano piuttosto rumorosi durante il funzionamento (specialmente durante l'auto-passo), perché i loro meccanismi acceleravano e si fermavano rapidamente per ridurre al minimo il tempo di funzionamento. Si potrebbe paragonare il loro suono a quello di alcuni meccanismi a scatto. Tuttavia, sono stati progettati per una lunga durata, con manutenzione periodica; erano abbastanza affidabili.
Gli interruttori passo-passo ad asse singolo sono talvolta noti come uniselettori.
Diverse viste di un relè passo-passo Tipo 206A
Terminali di cablaggio, l'unità è un interruttore a sei strati a 22 posizioni
Contatti interni
Solenoide e braccio del tergicristallo
Vista dall'alto, ruota a cricchetto, nottolino e molla di arresto a sinistra
Interruttore passo-passo a due assi
Un po 'più complicato è stato l' interruttore a due assi (chiamato anche interruttore Strowger o selettore a due movimenti in Gran Bretagna). Tipicamente, un singolo gruppo compatto di tergicristalli potrebbe connettersi a uno dei 100 (o 200) diversi contatti fissi, in dieci livelli. Quando l'interruttore era inattivo, i tergicristalli sono stati sganciati dai contatti fissi. I tergicristalli si muovevano su e giù su un albero verticale e ruotavano nel banco di contatti per effettuare una connessione. Una molla, interna all'albero verticale, riportava i tergicristalli nella loro posizione iniziale in basso.
Questo tipo aveva due bobine a passo con nottolini e cricchetti, una per sollevare i tergicristalli ai banchi di contatti desiderati e una per ruotare i tergicristalli nelle banche. Questi erano comunemente usati nella commutazione telefonica con dieci banchi di dieci contatti. Le bobine erano tipicamente guidate dagli impulsi elettrici derivati da un quadrante telefonico rotante . Su un selettore a due movimenti, mentre veniva composta una cifra, i tergicristalli aumentavano i banchi, quindi ruotavano automaticamente (auto-passo) nel banco selezionato finché non trovavano una presa "inutilizzata" per la fase di commutazione successiva. Le ultime due cifre composte azionerebbero l'interruttore del connettore ( selettore finale in Gran Bretagna). La penultima cifra farebbe alzare i tergicristalli e l'ultima cifra li farebbe ruotare nel banco verso l'uscita di linea del cliente chiamato. Se la linea era inattiva, la tensione di chiamata sarebbe applicata alla linea chiamata e il tono di chiamata sarebbe stato inviato alla linea chiamante.
Un'altra variante dello switch a due assi era lo switch XY Stromberg-Carlson che era abbastanza comune nelle centrali telefoniche negli Stati Uniti occidentali. Era un meccanismo piatto e i contatti mobili si muovevano sia lateralmente che avanti e indietro. Era abbastanza affidabile e poteva essere mantenuto da persone con una formazione minima.
Applicazioni
Gli interruttori a passo sono utilizzati in una varietà di applicazioni, diverse dai sistemi telefonici. Collegando diversi in serie con l'uscita più alta di uno che va al contatto a gradino del successivo, è possibile costruire un contatore . Oppure alimentando il contatto a gradino con un treno di impulsi infinito tramite un relè e controllando il relè dall'uscita dell'interruttore stesso, può essere fatto cercare automaticamente la prima linea non alimentata (o alimentata, a seconda che il relè sia normalmente aperto o normalmente chiuso ). Potrebbero anche essere usati come demultiplexer , in modo che due linee di ingresso possano controllare un numero di dispositivi di uscita. Una linea di ingresso aziona lo switch finché non viene selezionato il dispositivo corretto e l'altra quindi alimenta quel dispositivo. Sono possibili molte altre applicazioni.
Tali interruttori sono stati utilizzati in una serie di macchine crittografiche giapponesi durante la seconda guerra mondiale : CORAL , JADE , PURPLE (i nomi erano americani). La macchina britannica per decifrare il codice chiamata Colossus utilizzava interruttori a passo rotanti, che venivano usati per rompere il codice di Lorenz tedesco.