Interruptor de pasos

En ingeniería eléctrica, un interruptor o relé de conmutación , también conocido como uniselector , es un dispositivo electromecánico que conmuta una ruta de señal de entrada a una de varias rutas de salida posibles, dirigidas por una serie de impulsos eléctricos.

El uso principal de los conmutadores de pasos se encontraba en las primeras centrales telefónicas automáticas para enrutar llamadas . Posteriormente, se utilizaron con frecuencia en sistemas de control industrial. Durante la Segunda Guerra Mundial , las máquinas de cifrado japonesas, conocidas en Estados Unidos como CORAL , JADE y PURPLE , los contenían. Los criptógrafos de Bletchley Park emplearon uniselectores accionados por un motor de rotación continua en lugar de una serie de pulsos en el Colossus para criptoanalizar los cifrados alemanes de Lorenz. ^{[ 1 ]}

En un selector único, el interruptor de pasos se mueve únicamente a lo largo o alrededor de un eje, aunque a menudo se accionan varios conjuntos de contactos simultáneamente. En otros tipos, como el interruptor Strowger , inventado por Almon Brown Strowger en 1888, la conmutación mecánica se produce en dos dimensiones.

Los interruptores de paso se utilizaban ampliamente en sistemas de telefonía y control industrial cuando la tecnología electromecánica era primordial.

Un interruptor de paso básico es un interruptor rotativo accionado eléctricamente con un terminal único (generalmente de entrada) y múltiples terminales (generalmente de salida). Al igual que otros interruptores rotativos típicos, el terminal único se conecta a uno de los terminales múltiples mediante la rotación de un brazo de contacto, a veces llamado cursor, hasta la posición deseada. El movimiento de una posición a la siguiente se denomina paso, de ahí el nombre del mecanismo. En la terminología tradicional, se trata de un interruptor unipolar de múltiples posiciones.

Si bien algunos interruptores de paso tienen un solo polo (capa de contactos), un interruptor típico tiene más; en este último caso, todos los contactos están alineados y se mueven simultáneamente. Por lo tanto, una entrada con múltiples cables podía conectarse a una de varias salidas, según la recepción de un único conjunto de pulsos. En esta configuración, los contactos giratorios se asemejaban a los brazos de soporte del cabezal de un disco duro moderno. Los interruptores multipolares eran comunes; algunos tenían hasta una docena de polos, pero estos eran menos frecuentes.

Most switches have a bank of stationary contacts extending over half a cylinder, while some have only a third of a cylinder. The typical "half-cylinder" switch has two sets of wiper contacts opposite each other, while the "third of a cylinder" type has three sets, equally spaced. For any given level, both or all three wipers are connected, so it makes no difference which of the two (or three) is connecting. When access to more outlets was required, the rotor had two sets of wipers opposite each other but offset vertically: on the first half rotation one set of outlets was accessed; the second set of outlets was accessed on the second half rotation.

An electromagnet advances (steps) the wipers to the next position when fed with a pulse of DC. The magnet's armature (spring-loaded) operates a pawl that advances a ratchet. When the pawl reaches its full stroke, it blocks the ratchet so it and the wipers will not overshoot. When power to the coil disconnects, the spring retracts the pawl. Another pawl, sometimes called a detent spring, pivoted on the frame ensures that the wipers do not move backward; contact friction keeps them in place. Some uniselector designs step on application of the operate pulse; others step on its removal.

In most applications, such as telephony, it is desirable to be able to return the wipers to a "home" position; this is at the beginning of rotation, at one end of the array of fixed contacts. Some switches have a cam attached to the wiper shaft. This cam operates a set of contacts when the wiper is at home position, which is at the beginning of the span of rotation. Other circuit designs used one level (pole) of the contacts to home the wipers, so the separate homing contacts were not needed.

Typical stepping switches have contacts directly operated by the stepping magnet's armature; these contacts can serve to make the magnet cycle ("self-step") and advance the wipers as long as power is applied. The external control circuits remove power when the wipers reach the desired position; that could be the home position.

Most stepping switches rotate the wipers in only one direction, but some are bidirectional; the latter have a second magnet to rotate the wipers the other way. A third variety "winds" a spring as the wiper steps progressively, and a ratchet holds the wipers from returning to home position. When the circuit is no longer needed, another electromagnet releases the holding pawl; the spring then returns the wipers to their home position.

Los interruptores de paso eran bastante ruidosos durante su funcionamiento (sobre todo en modo automático), ya que sus mecanismos aceleraban y se detenían rápidamente para minimizar el tiempo de operación. Su sonido era comparable al de algunos mecanismos de acción rápida. Sin embargo, estaban diseñados para una larga vida útil, siempre que se les realizara un mantenimiento periódico; eran bastante fiables.

Los interruptores de paso de un solo eje a veces se conocen como uniselectores.

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  Varias vistas de un relé paso a paso tipo 206A
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  Terminales de cableado, la unidad es un interruptor de seis capas y 22 posiciones.
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  Contactos internos
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  Solenoide y brazo del limpiaparabrisas
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  Vista superior, rueda dentada, trinquete y muelle de retención a la izquierda.

Un poco más complejo era el interruptor de dos ejes (también llamado interruptor Strowger o selector de dos movimientos en Gran Bretaña). Normalmente, un único grupo compacto de contactos deslizantes se conectaba a uno de los 100 (o 200) contactos fijos disponibles en diez niveles. Cuando el interruptor estaba inactivo, los contactos deslizantes se desacoplaban de los contactos fijos. Estos se movían verticalmente sobre un eje y giraban hacia el banco de contactos para establecer la conexión. Un resorte interno al eje vertical devolvía los contactos deslizantes a su posición inicial en la parte inferior.

Este tipo tenía dos bobinas de avance con trinquetes y pestillos, una para elevar los cursores hasta los bancos de contactos deseados y otra para girarlos dentro de los bancos. Se usaban comúnmente en la conmutación telefónica con diez bancos de diez contactos. Las bobinas generalmente eran accionadas por los impulsos eléctricos derivados de un disco de marcación telefónico . En un selector de dos movimientos, al marcar un dígito, los cursores avanzaban por los bancos y luego giraban automáticamente (autoavanzando) hacia el banco seleccionado hasta encontrar una salida "no utilizada" en la siguiente etapa de conmutación. Los dos últimos dígitos marcados activaban el interruptor de conexión ( selector final en Gran Bretaña). El penúltimo dígito hacía que los cursores se movieran hacia arriba y el último dígito los hacía girar hacia el banco de la salida de línea del cliente llamado. Si la línea estaba libre, se aplicaba voltaje de llamada a la línea llamada y se enviaba tono de llamada a la línea que llamaba.

Otra variante del conmutador de dos ejes era el conmutador XY de Stromberg-Carlson , bastante común en las centrales telefónicas del oeste de Estados Unidos. Se trataba de un mecanismo plano, cuyos contactos móviles se desplazaban tanto lateralmente como hacia adelante y hacia atrás. Era muy fiable y su mantenimiento podía ser realizado por personal con una formación mínima.

Los interruptores de paso se utilizan en diversas aplicaciones, además de los sistemas telefónicos. Conectando varios en serie, de modo que la salida más alta de uno se conecte al contacto de paso del siguiente, se puede construir un contador . O bien, alimentando el contacto de paso con un tren de pulsos continuo a través de un relé y controlando este último desde la salida del interruptor, se puede configurar para que busque automáticamente la primera línea sin alimentación (o con alimentación, según si el relé es normalmente abierto o normalmente cerrado ). También se pueden usar como demultiplexores , de manera que dos líneas de entrada controlen varios dispositivos de salida. Una línea de entrada activa el interruptor hasta seleccionar el dispositivo correcto, y la otra lo alimenta. Son posibles muchas otras aplicaciones.

Estos interruptores se utilizaron en una serie de máquinas de cifrado japonesas durante la Segunda Guerra Mundial : CORAL , JADE y PURPLE (los nombres eran estadounidenses). La máquina británica de descifrado de códigos llamada Colossus utilizaba interruptores rotativos, que se emplearon para descifrar el cifrado alemán Lorenz.

• Explicación del funcionamiento de un interruptor paso a paso ^{[ 1 ]}
• Resumen del interruptor paso a paso rotativo con demostraciones