步进开关

在电气控制工程中，步进开关或步进继电器，也称为单选器，是一种机电设备，可将输入信号路径切换到多个可能的输出路径之一，由一系列电脉冲引导。

步进开关的主要用途是在早期的自动电话交换机中路由电话呼叫。后来，它们经常用于工业控制系统。在第二次世界大战期间，日本的密码机（在美国被称为CORAL、JADE和PURPLE）包含了它们。布莱切利公园的密码破译员使用由连续旋转的电机驱动的单选器，而不是巨像中的一系列脉冲来密码分析德国洛伦兹密码。

在单向选择器中，步进开关仅沿或围绕一个轴步进，尽管多组触点通常同时操作。在其他类型中，例如由AlmonBrownStrowger于1888年发明的Strowger开关，机械开关发生在两个方向，跨越触点网格。

当机电技术至关重要时，步进开关广泛用于电话和工业控制系统。

基本步进开关是一种电动旋转开关，具有单个（通常为输入）端子和多个（通常为输出）端子。与其他典型的旋转开关一样，单个端子通过将接触臂（有时称为雨刷器）旋转到所需位置来连接到多个端子之一。从一个位置移动到下一个位置称为步进，因此该机制的名称。使用传统术语，这是一个单刀多位置开关。

虽然一些步进开关只有一个极（触点层），但典型的开关有更多；在后一种情况下，所有雨刷都对齐并一起移动。因此，基于单组脉冲的接收，具有多条线的一个输入可以连接到多个输出之一。在这种配置中，旋转触点类似于现代硬盘驱动器中的磁头支撑臂。多极开关很常见；有些可能有十几个杆，但那些不太常见。

大多数开关都有一组固定触点，延伸超过半个圆柱体，而有些开关只有三分之一个圆柱体。典型的“半圆柱”开关有两组彼此相对的雨刷触点，而“三分之一圆柱”型则有三组，等距。对于任何给定的级别，三个雨刷器都连接或全部连接，因此两个（或三个）连接的哪个没有区别。当需要访问更多出口时，转子有两组相互相对但垂直偏移的刮水器：在前半个旋转时，一组出口被访问；第二组出口在后半轮转时进入。

当馈入直流脉冲时，电磁铁将雨刷推进（步进）到下一个位置。磁铁的电枢（弹簧加载）操作一个棘爪，该棘爪推动棘轮。当棘爪达到其xxx行程时，它会阻挡棘轮，因此它和雨刷器不会过冲。当线圈的电源断开时，弹簧缩回棘爪。另一个棘爪，有时称为止动弹簧，枢转在框架上，确保雨刮器不会向后移动；接触摩擦使它们保持在原位。一些单选器设计基于操作脉冲的应用；其他人踩到它的移除。

安装在电话交换机中的一组单选器步进开关。银色表盘显示移动雨刮器的当前位置。固定的进纸刷几乎看不见。

在大多数应用中，例如电话，希望能够将刮水器返回到“原位”位置。这是在旋转的开始，在固定触点阵列的一端。一些开关在雨刷轴上安装了一个凸轮。当雨刮器处于初始位置时，该凸轮操作一组触点，即旋转范围的开始。其他电路设计使用一层（极）触点来归位雨刷，因此不需要单独的归位触点。

典型的步进开关的触点直接由步进磁铁的衔铁操作；只要通电，这些触点就可以使磁体循环（“自步”）并推进雨刷器。当雨刮器到达所需位置时，外部控制电路断开电源；那可能是主位置。

大多数步进开关仅沿一个方向旋转雨刷，但有些是双向的；后者有第二个磁铁，以另一种方式旋转雨刷。第三种变体“缠绕”弹簧，因为雨刷器逐渐步进，棘轮保持雨刷器不返回原位。当电路不再需要时，另一个电磁铁释放保持爪；然后弹簧将雨刮器返回到其原始位置。

步进开关在操作中噪音很大（尤其是在自步进时），因为它们的机构会快速加速和停止以xxx限度地减少操作时间。人们可以将它们的声音与一些速动机制的声音进行比较。尽管如此，它们的设计寿命很长，需要定期维护。他们相当可靠。

稍微复杂一点的是两轴步进开关，（在英国也称为Strowger开关或两个运动选择器）。通常，一个紧凑的雨刷组可以连接到100个（或200个）不同的固定触点中的一个，分为十级。当开关空闲时，雨刷从固定触点上脱离。雨刷器在垂直轴上上下移动，并旋转进入触点组以进行连接。垂直轴内部的弹簧将雨刷器返回到其底部的原始位置。

这种类型有两个带棘爪和棘轮的步进线圈，一个用于将雨刷提升到所需的触点组，一个用于将雨刷旋转到银行中。这些通常用于与十组十个联系人的电话交换。线圈通常由来自旋转电话拨号盘的电脉冲驱动。在双动作选择器上，当拨动一个数字时，雨刷器将提升银行，然后自动旋转（自步进）进入选定的银行，直到他们找到一个“未使用”的出口到下一个开关阶段。拨出的最后两位数字将操作连接器开关（最终选择器在英国）。倒数第二个数字将导致刮水器向上移动，最后一位数字将导致它们旋转到银行到被叫客户的线路出口。如果线路空闲，则将向被叫线路施加振铃电压并将振铃音发送到呼叫线路。

双轴交换机的另一种变体是Stromberg-CarlsonXY交换机，它在美国西部的电话交换机中很常见。这是一个扁平的机构，动触点可以左右移动，也可以来回移动。它非常可靠，可以由受过最少培训的人维护。

步进开关用于电话系统以外的各种应用中。通过将几个串联连接，其中一个的最高输出连接到下一个的步进触点，可以构建一个计数器。或者通过继电器给步进触点提供一个无限脉冲序列，并从开关自身的输出控制继电器，可以使其自动寻找xxx条未通电的线路（或通电，取决于继电器是常开还是常开）常闭）。它们也可以用作解复用器，这样两条输入线就可以控制多个输出设备。一条输入线步进开关，直到选择了正确的设备，然后另一条输入线为该设备供电。许多其他应用是可能的。