Principio di funzionamento del commutatore

I. Definizione fondamentale di aInterruttore di commutazione

Un commutatore (noto anche come interruttore combinato) è un componente elettrico di controllo manuale multiposizione e multicontatto, utilizzato principalmente per accendere/spegnere circuiti, commutare l'alimentazione, convertire il segnale o controllare la rotazione avanti e indietro dei motori. La sua caratteristica principale è che la rotazione o il lancio fa sì che più serie interne di contatti funzionino in modo sincrono, ottenendo la commutazione di diversi percorsi del circuito. È ampiamente utilizzato nel controllo industriale, nelle apparecchiature elettriche e nella strumentazione.

II. Struttura principale di un commutatore

Per comprenderne il principio di funzionamento, è necessario innanzitutto identificare i suoi componenti principali, che lavorano insieme per ottenere la funzione di commutazione:

Meccanismo operativo: un componente di controllo manuale esterno (come una manopola o una maniglia) che ruota o lancia un albero interno. Solitamente ha più posizioni (ad esempio 2, 3, 4 posizioni), ciascuna corrispondente a una diversa combinazione di contatti.

Sistema di contatto: il componente funzionale principale, composto da contatti mobili e fissi. Ogni serie di contatti corrisponde a un percorso del circuito. Il contatto mobile è fissato all'albero e il contatto stazionario è fissato alla morsettiera all'interno dell'alloggiamento. Il materiale di contatto è spesso in lega di rame (come la lega d'argento) per garantire conduttività e resistenza all'usura.

Dispositivo di posizionamento: tipicamente composto da una molla, una sfera in acciaio o una struttura a camma, viene utilizzato per fissare il meccanismo operativo in posizione, impedendone l'azionamento accidentale. Quando la maniglia operativa viene girata nella posizione designata, il dispositivo di posizionamento si bloccherà in posizione, garantendo un contatto stabile dei contatti. La commutazione richiede il superamento della forza di posizionamento per garantire una chiara selezione della posizione.

Custodia e terminali: la custodia è realizzata con materiali isolanti (come plastica o ceramica) per isolamento e protezione; i terminali vengono utilizzati per collegare cavi esterni, collegando il sistema di contatti al circuito controllato.

III. Principio di funzionamento fondamentale delInterruttore di commutazioneIl principio di funzionamento principale di un commutatore è "collegare selettivamente i percorsi del circuito guidando meccanicamente i contatti per accenderli e spegnerli". Il processo specifico può essere suddiviso in tre fasi chiave:

**Innesco dell'operazione:** La rotazione o il lancio manuale della maniglia di comando fa ruotare l'albero interno. A questo punto, il dispositivo di posizionamento rilascerà la posizione corrente mentre l'albero ruota e si bloccherà nella posizione target, garantendo il corretto funzionamento.

Commutazione del contatto: mentre l'albero ruota, il contatto mobile fissato sull'albero ruota in modo sincrono, stabilendo "contatto" o "separazione" con il corrispondente contatto stazionario:

Quando il contatto mobile entra in contatto con il contatto stazionario, il percorso del circuito è chiuso;

Quando il contatto mobile si separa dal contatto stazionario, il percorso del circuito è aperto;

Il funzionamento sincrono di più gruppi di contatti (ad esempio, la commutazione simultanea di tre gruppi di contatti) consente il controllo coordinato di più circuiti (ad esempio, la commutazione simultanea di circuiti di alimentazione, segnale e protezione).

Commutazione del circuito completata: quando la maniglia di manovra è nella posizione target, il dispositivo di posizionamento fissa la posizione, il contatto mobile e il contatto stazionario sono stabilmente in contatto e il circuito controllato viene attivato secondo il percorso preimpostato, completando la commutazione.

Supplemento chiave: Logica di coordinamento di più posizioni e contatti

Il vantaggio principale di un commutatore risiede nelle sue "posizioni multiple corrispondenti a più combinazioni di contatti". Ad esempio, un commutatore di contatti a 3 posizioni e 2 gruppi ha diversi stati di attivazione/disattivazione dei contatti per ciascuna posizione:

Posizione 1: il gruppo di contatti 1 è attivo, il gruppo di contatti 2 è disattivato;

Posizione 2: il gruppo di contatti 1 è spento, il gruppo di contatti 2 è acceso;

Posizione 3: entrambi i gruppi di contatti 1 e 2 sono attivi (o entrambi sono disattivati, a seconda dei requisiti di progettazione).

Attraverso questa combinazione, una singola operazione può controllare la commutazione sincrona di più circuiti, semplificando la logica di controllo.

IV. Classificazione e applicazioni tipiche dei commutatori

In base alla struttura e all'applicazione, i commutatori possono essere classificati in diversi tipi, con lievi variazioni nei principi di funzionamento:

Classificazione per metodo operativo:

Commutatore rotativo (più comune): cambia posizione ruotando una maniglia, come interruttori di alimentazione e interruttori di controllo avanti/indietro del motore;

Interruttore di commutazione a levetta: cambia posizione attivando una maniglia, spesso utilizzata in piccole apparecchiature o strumenti.

Classificazione per numero del gruppo di contatto:

* Commutatore unipolare: solo un gruppo di contatti, utilizzato per la commutazione a circuito singolo (ad esempio, accensione/spegnimento semplice);

* Commutatore multipolare: due o più gruppi di contatti, utilizzati per la commutazione coordinata multicircuito (ad esempio, commutazione simultanea dell'alimentazione trifase utilizzando tre gruppi di contatti).

Scenari applicativi tipici:

* Commutazione dell'alimentazione: come il passaggio tra l'alimentazione principale e l'alimentazione di backup in un sistema a doppia alimentazione;

* Controllo motore: controllo della rotazione avanti e indietro di un motore (commutando la fase di alimentazione degli avvolgimenti del motore);

* Conversione del segnale: commutazione tra diversi segnali di misurazione negli strumenti (ad es. segnali di tensione, corrente);

* Selezione del circuito: commutazione tra diverse modalità operative nelle apparecchiature industriali (ad esempio modalità manuale/automatica).

V. Caratteristiche principali del principio di funzionamento

Interblocco meccanico: la commutazione dei contatti si basa interamente sul funzionamento meccanico, senza il coinvolgimento di componenti elettronici. Ciò si traduce in una struttura semplice, elevata affidabilità e idoneità per ambienti difficili (come scenari ad alta temperatura e vibrazioni).

Commutazione sincrona: più set di contatti funzionano in modo sincrono, garantendo coerenza nella commutazione multicircuito (ad esempio, quando un motore inverte la direzione, la fase di alimentazione e il circuito di protezione commutano in modo sincrono).

Blocco ingranaggi: il dispositivo di posizionamento impedisce commutazioni errate, garantendo la stabilità del circuito ed è particolarmente adatto per scenari di controllo critici (come la commutazione del sistema di alimentazione).