En ingeniería eléctrica, un interruptor paso a paso o relé paso a paso , también conocido como uniselector , es un dispositivo electromecánico que conmuta una ruta de señal de entrada a una de varias rutas de salida posibles, dirigida por un tren de pulsos eléctricos.
El uso principal de los interruptores escalonados se produjo en las primeras centrales telefónicas automáticas para enrutar llamadas telefónicas . Posteriormente, se utilizaron a menudo en sistemas de control industrial. Durante la Segunda Guerra Mundial , las máquinas de cifrado japonesas, conocidas en Estados Unidos como CORAL , JADE y PURPLE , las contenían. Los descifradores de códigos de Bletchley Park emplearon uniselectores impulsados por un motor que giraba continuamente en lugar de una serie de pulsos en el Colossus para criptoanalizar los cifrados alemanes de Lorenz. [1]
En un uniselector, el interruptor paso a paso avanza sólo a lo largo o alrededor de un eje, aunque a menudo se operan 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 direcciones, a través de una red de contactos.
Los interruptores paso a paso se utilizaron ampliamente en telefonía y sistemas de control industrial cuando la tecnología electromecánica era primordial.
Un interruptor paso a paso básico es un interruptor giratorio operado eléctricamente con un único terminal (normalmente de entrada) y múltiples terminales (normalmente de salida). Al igual que otros interruptores giratorios típicos, el terminal único se conecta a uno de los terminales múltiples girando un brazo de contacto, a veces llamado limpiador, hasta la posición deseada. Pasar de una posición a la siguiente se llama paso a paso, de ahí el nombre del mecanismo. Usando la terminología tradicional, este es un interruptor unipolar de múltiples posiciones.
Mientras que algunos interruptores paso a paso tienen solo un polo (capa de contactos), un interruptor típico tiene más; en el último caso, todos los limpiaparabrisas están alineados y se mueven juntos. Por lo tanto, una entrada con múltiples cables podría conectarse a una de múltiples salidas, basándose en la recepción de un único conjunto de pulsos. En esta configuración, los contactos giratorios se parecían a los brazos de soporte de la cabeza de una unidad de disco duro moderna. Los interruptores multipolares eran comunes; algunos tenían quizás hasta una docena de postes, pero eran menos comunes.
La mayoría de los interruptores tienen un banco de contactos estacionarios que se extienden sobre medio cilindro, mientras que algunos tienen sólo un tercio de cilindro. El interruptor típico de "medio cilindro" tiene dos juegos de contactos de limpiaparabrisas uno frente al otro, mientras que el tipo "tercio de cilindro" tiene tres juegos, igualmente espaciados. Para cualquier nivel dado, ambos o los tres limpiaparabrisas están conectados, por lo que no hay diferencia cuál de los dos (o tres) se está conectando. Cuando se requería acceso a más salidas, el rotor tenía dos juegos de limpiaparabrisas opuestos entre sí pero desplazados verticalmente: en la primera mitad de rotación se accedía a un juego de salidas; Se accedió al segundo conjunto de salidas en la segunda mitad de la rotación.
Un electroimán hace avanzar (acelera) los limpiaparabrisas a la siguiente posición cuando se alimenta con un pulso de CC. La armadura del imán (con resorte) acciona un trinquete que hace avanzar un trinquete. Cuando el trinquete alcanza su carrera completa, bloquea el trinquete para que ni él ni los limpiaparabrisas se sobrepasen. Cuando se desconecta la energía a la bobina, el resorte retrae el trinquete. Otro trinquete, a veces llamado resorte de retención, que gira sobre el marco asegura que los limpiaparabrisas no se muevan hacia atrás; la fricción de contacto los mantiene en su lugar. Algunos diseños uniselectores se activan mediante la aplicación del pulso de operación; otros pisan su eliminación.
En la mayoría de aplicaciones, tales como telefonía, es deseable poder devolver los limpiaparabrisas a una posición "inicial"; esto es al comienzo de la rotación, en un extremo del conjunto de contactos fijos. Algunos interruptores tienen una leva unida al eje del limpiaparabrisas. Esta leva opera un conjunto de contactos cuando el limpiaparabrisas está en la posición inicial, que está al comienzo del período de rotación. Otros diseños de circuitos utilizaban un nivel (polo) de los contactos para conectar los limpiaparabrisas, por lo que no se necesitaban contactos de referencia separados.
Los interruptores paso a paso típicos tienen contactos operados directamente por la armadura del imán paso a paso; Estos contactos pueden servir para realizar el ciclo del imán ("autopaso") y hacer avanzar los limpiaparabrisas mientras se aplique energía. Los circuitos de control externos cortan la energía cuando los limpiaparabrisas alcanzan la posición deseada; esa podría ser la posición de inicio.
La mayoría de los interruptores escalonados giran los limpiaparabrisas en una sola dirección, pero algunos son bidireccionales; estos últimos tienen un segundo imán para girar los limpiaparabrisas en el sentido contrario. Una tercera variedad "enrolla" un resorte a medida que el limpiaparabrisas avanza progresivamente, y un trinquete impide que los limpiaparabrisas regresen a su posición inicial. Cuando el circuito ya no es necesario, otro electroimán libera el trinquete de sujeción; Luego, el resorte devuelve los limpiaparabrisas a su posición inicial.
Los interruptores paso a paso eran bastante ruidosos en su funcionamiento (especialmente cuando eran de paso automático), porque sus mecanismos aceleraban y se detenían rápidamente para minimizar el tiempo de funcionamiento. Se podría comparar su sonido con el de algunos mecanismos de acción rápida. Sin embargo, fueron diseñados para una larga vida útil, con un mantenimiento periódico; eran bastante confiables.
Los interruptores paso a paso de un solo eje a veces se conocen como uniselectores.
Un poco más complicado fue el interruptor paso a paso de dos ejes (también llamado interruptor Strowger o selector de dos movimientos en Gran Bretaña). Normalmente, un único grupo compacto de limpiaparabrisas podría conectarse a uno de 100 (o 200) contactos fijos diferentes, en diez niveles. Cuando el interruptor estaba inactivo, los limpiaparabrisas se desconectaban de los contactos fijos. Los limpiaparabrisas se movían hacia arriba y hacia abajo sobre un eje vertical y giraban hacia el banco de contactos para establecer una conexión. Un resorte, interno al eje vertical, devolvía los limpiaparabrisas a su posición inicial en la parte inferior.
Este tipo tenía dos bobinas escalonadas con trinquetes y trinquetes, una para elevar los limpiaparabrisas a los bancos de contactos deseados y otra para rotar los limpiaparabrisas hacia los bancos. Estos se usaban comúnmente en conmutación telefónica con diez bancos de diez contactos. Las bobinas generalmente eran impulsadas por pulsos eléctricos derivados de un dial telefónico giratorio . En un selector de dos movimientos, a medida que se marcaba un dígito, los limpiaparabrisas aumentaban los bancos y luego giraban automáticamente (autopaso) hacia el banco seleccionado hasta encontrar una salida "no utilizada" para la siguiente etapa del interruptor. Los dos últimos dígitos marcados accionarían el interruptor del conector ( selector final en Gran Bretaña). El penúltimo dígito haría que los limpiadores se movieran hacia arriba y el último dígito haría que giraran hacia el banco hasta la salida de línea del cliente llamado. Si la línea estaba inactiva, se aplicaría voltaje de timbre a la línea llamada y se enviaría un tono de timbre a la línea que llama.
Otra variante del interruptor de dos ejes fue el interruptor Stromberg-Carlson XY, que era bastante común en las centrales telefónicas del oeste de EE. UU. Era un mecanismo plano y los contactos móviles se movían tanto de lado como de un lado a otro. Era bastante fiable y podía ser mantenido por personas con una formación mínima.
Los interruptores paso a paso se utilizan en una variedad de aplicaciones, además de los sistemas telefónicos. Conectando varios en serie con la salida más alta de uno yendo al contacto paso a paso del siguiente, se podría construir un contador . O alimentando el contacto paso a paso con un tren de pulsos sin fin a través de un relé y controlando el relé desde la propia salida del interruptor, se puede hacer que busque automáticamente la primera línea sin alimentación (o alimentada, dependiendo de si el relé está normalmente abierto o normalmente cerrado ). También podrían usarse como demultiplexor , de modo que dos líneas de entrada pudieran controlar varios dispositivos de salida. Una línea de entrada acciona el interruptor hasta que se selecciona el dispositivo correcto y la otra luego alimenta ese dispositivo. Muchas otras aplicaciones son posibles.
Estos interruptores se utilizaron en una serie de máquinas de cifrado japonesas durante la Segunda Guerra Mundial : CORAL , JADE , PURPLE (los nombres eran estadounidenses). La máquina británica de descifrado de códigos llamada Colossus utilizaba interruptores giratorios, que se utilizaban para descifrar el cifrado alemán de Lorenz.
