Interruptor de escalonamento - Stepping switch
Na engenharia de controle elétrico, uma chave de passo ou relé de passo , também conhecido como unisseletor , é um dispositivo eletromecânico que muda um caminho de sinal de entrada para um dos vários caminhos de saída possíveis, dirigido por uma sequência de pulsos elétricos.
O principal uso de interruptores graduais era nas primeiras trocas telefônicas automáticas para rotear chamadas telefônicas . Mais tarde, eles foram freqüentemente usados em sistemas de controle industrial. Durante a Segunda Guerra Mundial , as máquinas de cifragem japonesas, conhecidas nos Estados Unidos como CORAL , JADE e PURPLE, os continham. Os decifradores de código em Bletchley Park empregavam uniseletores acionados por um motor em rotação contínua, em vez de uma série de pulsos no Colosso para criptanalisar as cifras alemãs de Lorenz.
Em um uniseletor, a chave de passo caminha apenas ao longo ou ao redor de um eixo, embora vários conjuntos de contatos sejam freqüentemente operados simultaneamente. Em outros tipos, como o interruptor Strowger , inventado por Almon Brown Strowger em 1888, a comutação mecânica ocorre em duas direções, através de uma grade de contatos.
Chaves de passo de eixo único
Chaves de passo foram amplamente utilizadas em telefonia e sistemas de controle industrial quando a tecnologia eletromecânica era primordial.
Uma chave de passo básica é uma chave rotativa operada eletricamente com um único terminal (normalmente de entrada) e vários terminais (normalmente de saída). Como outras chaves rotativas típicas, o único terminal se conecta a um dos vários terminais girando um braço de contato, às vezes chamado de limpador, para a posição desejada. Mover-se de uma posição para a próxima é chamado de passo, daí o nome do mecanismo. Usando a terminologia tradicional, este é um switch de pólo único e várias posições.
Embora algumas chaves de passo tenham apenas um pólo (camada de contatos), uma chave típica tem mais; no último caso, todos os limpadores são alinhados e movem-se juntos. Portanto, uma entrada com vários fios pode ser conectada a uma das várias saídas, com base no recebimento de um único conjunto de pulsos. Nessa configuração, os contatos rotativos se assemelhavam aos braços de suporte da cabeça de um disco rígido moderno. Chaves multipolares eram comuns; alguns tinham talvez até uma dúzia de pólos, mas esses eram menos comuns.
A maioria dos interruptores tem um banco de contatos estacionários que se estendem por meio cilindro, enquanto alguns possuem apenas um terço de um cilindro. A chave típica de "meio cilindro" tem dois conjuntos de contatos de limpador opostos, enquanto o tipo "terceiro de um cilindro" tem três conjuntos, igualmente espaçados. Para qualquer nível, ambos ou todos os três limpadores estão conectados, então não faz diferença qual dos dois (ou três) está se conectando. Quando o acesso a mais saídas era necessário, o rotor tinha dois conjuntos de limpadores opostos um ao outro, mas deslocados verticalmente: na primeira meia rotação um conjunto de saídas foi acessado; o segundo conjunto de saídas foi acessado na segunda metade da rotação.
Um eletroímã avança (etapas) os limpadores para a próxima posição quando alimentado com um pulso de CC. A armadura do ímã (com mola) opera uma lingueta que avança uma catraca. Quando a lingueta atinge seu curso completo, ela bloqueia a catraca para que ela e os limpadores não ultrapassem. Quando a alimentação da bobina é desconectada, a mola retrai a lingueta. Outra lingueta, às vezes chamada de mola de retenção, articulada na estrutura garante que os limpadores não se movam para trás; a fricção de contato os mantém no lugar. Alguns projetos de unisseletor seguem a aplicação do pulso de operação; outros agem em sua remoção.
Na maioria das aplicações, como telefonia, é desejável poder retornar os limpadores para a posição "inicial"; isso ocorre no início da rotação, em uma extremidade da matriz de contatos fixos. Alguns interruptores têm um came conectado ao eixo do limpador. Este came opera um conjunto de contatos quando o limpador está na posição inicial, que está no início do período de rotação. Outros projetos de circuito usavam um nível (pólo) dos contatos para alojar os limpadores, portanto, os contatos de homing separados não eram necessários.
Chaves de passo típicas têm contatos operados diretamente pela armadura do ímã de passo; esses contatos podem servir para fazer o ciclo do ímã ("autopasso") e avançar os limpadores enquanto a energia for aplicada. Os circuitos de controle externo removem a energia quando os limpadores alcançam a posição desejada; essa poderia ser a posição inicial.
A maioria dos interruptores de passo gira os limpadores em apenas uma direção, mas alguns são bidirecionais; os últimos têm um segundo ímã para girar os limpadores no sentido contrário. Uma terceira variedade "enrola" uma mola conforme o limpador avança progressivamente, e uma catraca impede que os limpadores retornem à posição inicial. Quando o circuito não é mais necessário, outro eletroímã libera a lingueta de retenção; a mola então retorna os limpadores à sua posição inicial.
Os interruptores de passo eram muito barulhentos durante a operação (especialmente quando auto-passo a passo), porque seus mecanismos aceleravam e paravam rapidamente para minimizar o tempo de operação. Pode-se comparar seu som ao de alguns mecanismos de ação rápida. No entanto, eles foram projetados para uma vida longa, com manutenção periódica; eles eram bastante confiáveis.
As chaves de passo de eixo único às vezes são conhecidas como uniseletores.
Várias vistas de um relé de passo Tipo 206A
Terminais de fiação, a unidade é um interruptor de seis camadas de 22 posições
Contatos internos
Solenóide e braço limpador
Vista superior, roda dentada, lingueta e mola de retenção à esquerda
Chave de passo de dois eixos
Um pouco mais complicado era o interruptor de passo de dois eixos (também chamado de interruptor de Strowger ou seletor de dois movimentos na Grã-Bretanha). Normalmente, um único grupo compacto de limpadores pode se conectar a um de 100 (ou 200) contatos fixos diferentes, em dez níveis. Quando a chave estava ociosa, os limpadores foram desengatados dos contatos fixos. Os limpadores moviam-se para cima e para baixo em um eixo vertical e giravam no banco de contato para fazer a conexão. Uma mola, interna ao eixo vertical, retornou os limpadores à sua posição inicial na parte inferior.
Esse tipo tinha duas bobinas de passo com linguetas e catracas, uma para elevar os limpadores até os bancos de contatos desejados e outra para girar os limpadores até os bancos. Eles eram comumente usados na comutação telefônica com dez bancos de dez contatos. As bobinas eram normalmente acionadas por pulsos elétricos derivados de um dial telefônico rotativo . Em um seletor de dois movimentos, à medida que um dígito era discado, os limpadores aumentavam os bancos e, em seguida, giravam automaticamente (auto-passo) no banco selecionado até encontrar uma saída "não utilizada" para o próximo estágio de comutação. Os últimos dois dígitos discados operariam a chave do conector ( seletor final na Grã-Bretanha). O penúltimo dígito faria com que os limpadores se movessem para cima e o último dígito faria com que eles girassem para dentro do banco até a saída da linha do cliente chamado. Se a linha estiver ociosa, a tensão de toque será aplicada à linha chamada e o tom de toque será enviado à linha de chamada.
Outra variante do switch de dois eixos era o Switch Stromberg-Carlson XY, bastante comum em centrais telefônicas no oeste dos Estados Unidos. Era um mecanismo plano, e os contatos móveis moviam-se tanto para os lados quanto para a frente e para trás. Era bastante confiável e podia ser mantido por pessoas com treinamento mínimo.
Formulários
Chaves de passo são usadas em uma variedade de aplicações, além de sistemas de telefonia. Conectando vários em série com a maior saída de um indo para o contato escalonado do próximo, um contador pode ser construído. Ou alimentando o contato escalonado com um trem de pulso sem fim por meio de um relé e controlando o relé a partir da própria saída da chave, ele pode ser feito para buscar automaticamente a primeira linha não alimentada (ou alimentada, dependendo se o relé está normalmente aberto ou normalmente fechado ). Eles também podem ser usados como um demultiplexador , de forma que duas linhas de entrada possam controlar vários dispositivos de saída. Uma linha de entrada conduz a mudança até que o dispositivo correto seja selecionado, e a outra então liga esse dispositivo. Muitas outras aplicações são possíveis.
Essas chaves foram usadas em uma série de máquinas de cifragem japonesas durante a Segunda Guerra Mundial : CORAL , JADE , PURPLE (os nomes eram americanos). A máquina britânica de decodificação chamada Colossus usava interruptores rotativos, que eram usados para quebrar a cifra alemã de Lorenz.