Krokový spínač - Stepping switch
V elektrické řídicí technice je krokový spínač nebo krokové relé , také známé jako uniselector , elektromechanické zařízení, které přepíná cestu vstupního signálu na jednu z několika možných výstupních cest směrovaných vlakem elektrických pulsů.
Hlavní použití krokových spínačů bylo v časných automatických telefonních ústřednách k směrování telefonních hovorů . Později se často používaly v průmyslových řídicích systémech. Během druhé světové války je obsahovaly japonské šifrovací stroje, ve Spojených státech známé jako CORAL , JADE a PURPLE . Vypínače kódu v Bletchley Parku používaly uniselectory poháněné kontinuálně se otáčejícím motorem, spíše než sérií pulzů v Kolosu, aby dešifrovaly německé Lorenzovy šifry.
V uniselector, krokový spínač kroky pouze podél nebo kolem jedné osy, i když několik sad kontaktů jsou často provozovány současně. U jiných typů, jako je přepínač Strowger , který vynalezl Almon Brown Strowger v roce 1888, dochází k mechanickému přepínání ve dvou směrech, napříč sítí kontaktů.
Jednoosé krokové spínače
Krokové spínače byly široce používány v telefonních a průmyslových řídicích systémech, když byla nejdůležitější elektromechanická technologie.
Základní krokový spínač je elektricky ovládaný otočný spínač s jednou (obvykle vstupní) svorkou a více (obvykle výstupní) svorkami. Stejně jako jiné typické otočné spínače se i jedna svorka připojuje k jedné z více svorek otáčením kontaktního ramene, někdy nazývaného stěrač, do požadované polohy. Pohyb z jedné polohy do druhé se nazývá krokování, odtud název mechanismu. Při použití tradiční terminologie se jedná o jednopólový vícepolohový přepínač.
Zatímco některé krokové spínače mají pouze jeden pól (vrstvu kontaktů), typický spínač má více; v druhém případě jsou všechny stěrače zarovnané a pohybují se společně. Jeden vstup s více vodiči by tedy mohl být připojen k jednomu z více výstupů na základě přijetí jedné sady pulzů. V této konfiguraci se rotující kontakty podobaly ramenům opěrky hlavy v moderní jednotce pevného disku. Vícepólové přepínače byly běžné; některé měly možná až tucet pólů, ale ty byly méně časté.
Většina přepínačů má banku stacionárních kontaktů přesahujících půl válce, zatímco některé mají pouze třetinu válce. Typický spínač „půlválce“ má dvě sady kontaktů stěračů naproti sobě, zatímco typ „třetiny válce“ má tři sady, rovnoměrně rozmístěné. Pro jakoukoli danou úroveň jsou připojeny oba nebo všechny tři stěrače, takže není rozdíl, který ze dvou (nebo tří) se připojuje. Když byl vyžadován přístup k více vývodům, rotor měl dvě sady stěračů naproti sobě, ale vertikálně odsazené: při první polovině otáčení byla přístupná jedna sada vývodů; druhá sada zásuvek byla přístupná v druhé polovině otáčení.
Elektromagnet posune (stlačí) stěrače do další polohy, když je napájen pulzem DC. Kotva magnetu (odpružená) ovládá západku, která posouvá ráčnu. Když západka dosáhne svého plného zdvihu, zablokuje ráčnu, takže nepřestřelí ani stěrače. Když se odpojí napájení cívky, pružina zatáhne západku. Další západka, někdy nazývaná aretační pružina, otočná na rámu zajišťuje, že se stěrače nepohybují dozadu; kontaktní tření je udržuje na místě. Některé designy uniselector krok na aplikaci provozního impulsu; další krok na jeho odstranění.
Ve většině aplikací, jako je telefonování, je žádoucí mít možnost vrátit stěrače do „výchozí“ polohy; toto je na začátku rotace, na jednom konci pole pevných kontaktů. Některé spínače mají vačku připojenou k hřídeli stěrače. Tato vačka ovládá sadu kontaktů, když je stěrač v výchozí poloze, která je na začátku rozpětí otáčení. Jiné konstrukce obvodů používaly jednu úroveň (pól) kontaktů k umístění stěračů, takže nebyly potřeba samostatné naváděcí kontakty.
Typické krokové spínače mají kontakty přímo ovládané kotvou krokového magnetu; tyto kontakty mohou sloužit k vytvoření cyklu magnetu („samokrok“) a posunutí stěračů, pokud je připojena energie. Vnější řídicí obvody odpojí napájení, když stěrače dosáhnou požadované polohy; to by mohla být výchozí pozice.
Většina krokových spínačů otáčí stěrače pouze v jednom směru, ale některé jsou obousměrné; ty druhé mají druhý magnet pro otáčení stěračů opačným směrem. Třetí odrůda „navíjí“ pružinu, jak stěrač postupně stoupá, a ráčna drží stěrače v návratu do výchozí polohy. Když obvod již není potřeba, uvolní přidržovací západku další elektromagnet; pružina poté vrátí stěrače do výchozí polohy.
Krokové spínače byly v provozu docela hlučné (zejména při samočinném krokování), protože jejich mechanismy se zrychlily a rychle zastavily, aby se minimalizovala doba provozu. Dalo by se porovnat jejich zvuk se zvukem některých rychlých mechanismů. Přesto byly navrženy pro dlouhou životnost, s pravidelnou údržbou; byli docela spolehliví.
Jednoosé krokové spínače jsou někdy známé jako uniselectors.
Několik pohledů na krokové relé typu 206A
Kabelové svorky, jednotka je 22polohový šestivrstvový přepínač
Interní kontakty
Elektromagnet a rameno stěrače
Pohled shora, rohatkové kolo, západka a aretační pružina vlevo
Dvouosý krokový spínač
Mírně komplikovanější byl dvouosý krokový spínač ( v Británii také nazývaný Strowgerův spínač nebo dva voliče pohybu ). Jedna kompaktní skupina stěračů se obvykle může připojit k jednomu ze 100 (nebo 200) různých pevných kontaktů v deseti úrovních. Když byl spínač v nečinnosti, stěrače byly odpojeny od pevných kontaktů. Stěrače se pohybovaly nahoru a dolů na svislém hřídeli a otočily se do banky kontaktů, aby vytvořily spojení. Pružina, vnitřní k vertikální hřídeli, vrátila stěrače do výchozí polohy dole.
Tento typ měl dvě nášlapné cívky se západkami a západkami, jednu pro zvednutí stěračů k požadovaným bankám kontaktů a jednu pro otáčení stěračů do bank. Ty se běžně používaly při přepínání telefonů s deseti bankami s deseti kontakty. Cívky byly typicky poháněny elektrickými impulsy odvozenými z rotačního telefonního číselníku . Na voliči se dvěma pohyby, když byla vytočena číslice, stěrače posílily banky a poté se automaticky otočily (samočinně) do vybrané banky, dokud nenalezly „nepoužitý“ výstup do dalšího stupně přepínání. Poslední dvě číslice vytočené by ovládaly přepínač konektorů ( finální volič v Británii). Druhá až poslední číslice způsobí, že se stěrače posunou nahoru, a poslední číslice způsobí, že se otočí do banky k výstupu volaného zákazníka. Pokud byla linka nečinná, bylo by na volanou linku přivedeno vyzváněcí napětí a na volající linku byl odeslán vyzváněcí tón.
Další variantou dvouosého přepínače byl přepínač Stromberg-Carlson XY, který byl zcela běžný v telefonních ústřednách v západních USA. Byl to plochý mechanismus a pohyblivé kontakty se pohybovaly jak do strany, tak i sem a tam. Bylo to docela spolehlivé a mohli by to udržovat lidé s minimálním tréninkem.
Aplikace
Krokové spínače se používají v různých aplikacích, kromě telefonních systémů. Spojením několika v sérii s nejvyšším výstupem jednoho, který jde do krokovacího kontaktu dalšího, lze vytvořit počitadlo . Nebo napájením krokovacího kontaktu nekonečným sledem pulzů přes relé a ovládáním relé z vlastního výstupu spínače lze provést automatické vyhledání prvního beznapěťového vedení (nebo napájení, v závislosti na tom, zda je relé normálně otevřené nebo normálně zavřeno ). Mohly by být také použity jako demultiplexor , takže dvě vstupní linky mohly ovládat řadu výstupních zařízení. Jeden vstupní řádek přepíná přepínač, dokud není vybráno správné zařízení, a druhý pak napájí toto zařízení. Je možné mnoho dalších aplikací.
Takové přepínače byly použity v řadě japonských šifrovacích strojů během druhé světové války : CORAL , JADE , PURPLE (názvy byly americké). Britský stroj na rozbíjení kódů s názvem Colossus používal rotační krokové spínače, které se používaly k rozbití německé Lorenzovy šifry.