步進開關

在電氣控制工程中，步進開關或步進繼電器，也稱為單選器，是一種機電設備，可將輸入信號路徑切換到多個可能的輸出路徑之一，由一系列電脈沖引導。

步進開關的主要用途是在早期的自動電話交換機中路由電話呼叫。后來，它們經常用于工業控制系統。在第二次世界大戰期間，日本的密碼機（在美國被稱為CORAL、JADE和PURPLE）包含了它們。布萊切利公園的密碼破譯員使用由連續旋轉的電機驅動的單選器，而不是巨像中的一系列脈沖來密碼分析德國洛倫茲密碼。

在單向選擇器中，步進開關僅沿或圍繞一個軸步進，盡管多組觸點通常同時操作。在其他類型中，例如由AlmonBrownStrowger于1888年發明的Strowger開關，機械開關發生在兩個方向，跨越觸點網格。

當機電技術至關重要時，步進開關廣泛用于電話和工業控制系統。

基本步進開關是一種電動旋轉開關，具有單個（通常為輸入）端子和多個（通常為輸出）端子。與其他典型的旋轉開關一樣，單個端子通過將接觸臂（有時稱為雨刷器）旋轉到所需位置來連接到多個端子之一。從一個位置移動到下一個位置稱為步進，因此該機制的名稱。使用傳統術語，這是一個單刀多位置開關。

雖然一些步進開關只有一個極（觸點層），但典型的開關有更多；在后一種情況下，所有雨刷都對齊并一起移動。因此，基于單組脈沖的接收，具有多條線的一個輸入可以連接到多個輸出之一。在這種配置中，旋轉觸點類似于現代硬盤驅動器中的磁頭支撐臂。多極開關很常見；有些可能有十幾個桿，但那些不太常見。

大多數開關都有一組固定觸點，延伸超過半個圓柱體，而有些開關只有三分之一個圓柱體。典型的“半圓柱”開關有兩組彼此相對的雨刷觸點，而“三分之一圓柱”型則有三組，等距。對于任何給定的級別，三個雨刷器都連接或全部連接，因此兩個（或三個）連接的哪個沒有區別。當需要訪問更多出口時，轉子有兩組相互相對但垂直偏移的刮水器：在前半個旋轉時，一組出口被訪問；第二組出口在后半輪轉時進入。

當饋入直流脈沖時，電磁鐵將雨刷推進（步進）到下一個位置。磁鐵的電樞（彈簧加載）操作一個棘爪，該棘爪推動棘輪。當棘爪達到其xxx行程時，它會阻擋棘輪，因此它和雨刷器不會過沖。當線圈的電源斷開時，彈簧縮回棘爪。另一個棘爪，有時稱為止動彈簧，樞轉在框架上，確保雨刮器不會向后移動；接觸摩擦使它們保持在原位。一些單選器設計基于操作脈沖的應用；其他人踩到它的移除。

安裝在電話交換機中的一組單選器步進開關。銀色表盤顯示移動雨刮器的當前位置。固定的進紙刷幾乎看不見。

在大多數應用中，例如電話，希望能夠將刮水器返回到“原位”位置。這是在旋轉的開始，在固定觸點陣列的一端。一些開關在雨刷軸上安裝了一個凸輪。當雨刮器處于初始位置時，該凸輪操作一組觸點，即旋轉范圍的開始。其他電路設計使用一層（極）觸點來歸位雨刷，因此不需要單獨的歸位觸點。

典型的步進開關的觸點直接由步進磁鐵的銜鐵操作；只要通電，這些觸點就可以使磁體循環（“自步”）并推進雨刷器。當雨刮器到達所需位置時，外部控制電路斷開電源；那可能是主位置。

大多數步進開關僅沿一個方向旋轉雨刷，但有些是雙向的；后者有第二個磁鐵，以另一種方式旋轉雨刷。第三種變體“纏繞”彈簧，因為雨刷器逐漸步進，棘輪保持雨刷器不返回原位。當電路不再需要時，另一個電磁鐵釋放保持爪；然后彈簧將雨刮器返回到其原始位置。

步進開關在操作中噪音很大（尤其是在自步進時），因為它們的機構會快速加速和停止以xxx限度地減少操作時間。人們可以將它們的聲音與一些速動機制的聲音進行比較。盡管如此，它們的設計壽命很長，需要定期維護。他們相當可靠。

稍微復雜一點的是兩軸步進開關，（在英國也稱為Strowger開關或兩個運動選擇器）。通常，一個緊湊的雨刷組可以連接到100個（或200個）不同的固定觸點中的一個，分為十級。當開關空閑時，雨刷從固定觸點上脫離。雨刷器在垂直軸上上下移動，并旋轉進入觸點組以進行連接。垂直軸內部的彈簧將雨刷器返回到其底部的原始位置。

這種類型有兩個帶棘爪和棘輪的步進線圈，一個用于將雨刷提升到所需的觸點組，一個用于將雨刷旋轉到銀行中。這些通常用于與十組十個聯系人的電話交換。線圈通常由來自旋轉電話撥號盤的電脈沖驅動。在雙動作選擇器上，當撥動一個數字時，雨刷器將提升銀行，然后自動旋轉（自步進）進入選定的銀行，直到他們找到一個“未使用”的出口到下一個開關階段。撥出的最后兩位數字將操作連接器開關（最終選擇器在英國）。倒數第二個數字將導致刮水器向上移動，最后一位數字將導致它們旋轉到銀行到被叫客戶的線路出口。如果線路空閑，則將向被叫線路施加振鈴電壓并將振鈴音發送到呼叫線路。

雙軸交換機的另一種變體是Stromberg-CarlsonXY交換機，它在美國西部的電話交換機中很常見。這是一個扁平的機構，動觸點可以左右移動，也可以來回移動。它非常可靠，可以由受過最少培訓的人維護。

步進開關用于電話系統以外的各種應用中。通過將幾個串聯連接，其中一個的最高輸出連接到下一個的步進觸點，可以構建一個計數器。或者通過繼電器給步進觸點提供一個無限脈沖序列，并從開關自身的輸出控制繼電器，可以使其自動尋找xxx條未通電的線路（或通電，取決于繼電器是常開還是常開）常閉）。它們也可以用作解復用器，這樣兩條輸入線就可以控制多個輸出設備。一條輸入線步進開關，直到選擇了正確的設備，然后另一條輸入線為該設備供電。許多其他應用是可能的。