Què és un COMMUTADOR ? El commutador no és res més que un dispositiu que s’utilitza per engegar i apagar l’equip. El més probable és que aquest equip sigui un equip elèctric com un ventilador, un televisor, etc. Per fluir el corrent d’un circuit ha de requerir un camí proper (bucle). Si l’interruptor està DESACTIVAT, vol dir que el circuit està obert i que el corrent no pot circular pel conductor i que l’equip es desconnecta (estat OFF). Per fer-lo energitzar, hem d’encendre l’interruptor, fa un circuit complet i tanca el camí. Per tant, el corrent pot circular per l’equip i es pot encendre. Per tant, la funció del commutador és fer (l’interruptor està ON) i trencar (l’interruptor està DESACTIVAT) el circuit.
En l’enginyeria de sistemes de control, els commutadors tenen un paper important. Hi ha principalment dos tipus d’interruptors: interruptor mecànic i interruptor elèctric. Els interruptors mecànics requereixen un contacte físic o manual amb l’interruptor per funcionar. Els interruptors elèctrics no requereixen contacte físic ni manual, ja que tenen capacitat per realitzar operacions. Els interruptors elèctrics funcionen sota l'acció dels semiconductors.
Interruptors mecànics:
Els interruptors mecànics es classifiquen en diferents tipus d’interruptors en funció del nombre de pols i passos. Pols significa el nombre de circuits d’entrada (circuit de potència) disponibles per al commutador. Llançaments significa el nombre de circuits de sortida (nombre de trajecte pel qual pot fluir el corrent) disponibles per al commutador.
- Llançament simple d'un sol pol (SPST)
- Tir doble doble (SPDT)
- Llançament simple de doble pal (DPST)
- Tir doble doble (DPDT)
- Llançament de dos pals de sis (2P6T)
- Interruptor de funcionament momentani / Interruptor de control momentani
- Polsador
- Interruptor de pressió
- Interruptor de temperatura
- Commutador
- Interruptor rotatiu
En el commutador mecànic, dues plaques metàl·liques es toquen per completar el circuit perquè el corrent flueixi i es separen entre si per obrir el circuit perquè el corrent s’interrompi.
1) Llançament monopolar (SPST): aquest interruptor consta de dos terminals; un terminal d’entrada es coneix com pol i un terminal de sortida es coneix com a llançament. Per tant, el nom d’aquest interruptor és un sol tir simple. Aquest commutador és l'exemple més senzill de commutador. En general, aquest commutador utilitzat en bucle únic significa que el circuit requereix controlar només un camí proper. El símbol de l’interruptor monopolar és el que es mostra a la figura 1a. Aquest commutador es connecta en sèrie amb l'equip, la font o els elements tal com es mostra a la figura-1b.
2) Llançament doble polivalent (SPDT): aquest interruptor consta de tres terminals; un terminal d'entrada (pol) i dos terminals de sortida (llançament) tal com es mostra a la figura-2a. En utilitzar aquest commutador, podem subministrar corrent o senyal a dos bucles tal com es mostra a la figura-2. De vegades, aquest commutador es coneix com a commutador selector.
3) Llançament simple de doble pol (DPST): aquest interruptor consta de quatre terminals; dos terminals d'entrada (pol) i dos terminals de sortida (llançament) tal com es mostra a la figura-3a. Aquest commutador és molt similar a dos commutadors SPST. Tots dos commutadors estan connectats amb un fetge únic, de manera que tots dos commutadors funcionen alhora. Aquests commutadors s’utilitzen quan volem controlar dos circuits al mateix temps que es mostra a la figura-3b.
4) Tir doble doble (DPDT): aquest interruptor consta de sis terminals; dos terminals d'entrada (pol) i dos terminals per a cada pol, de manera que sumeu quatre terminals de sortida (tir) tal com es mostra a la figura-4a. El funcionament d’aquest commutador és similar als dos interruptors SPDT separats que funcionen al mateix temps. En aquest commutador, es connecten dos terminals d’entrada (pol) amb un conjunt (dos) de sortida (llançament-1) a la posició-1 del commutador. Si canviem la posició del commutador, connectarà aquesta entrada amb el segon conjunt de sortida (terminal-2) tal com es mostra a la figura-4b. Aquí, tal com es mostra a l'exemple, suposem que, en posició-1 si el motor gira en sentit horari, si canviem a la posició-2, el motor girarà en sentit antihorari.
5) Dos pols de sis llançaments (2P6T): consta de catorze terminals; dos terminals d'entrada (pols) i sis terminals per a cada pol, de manera que sumeu dotze terminals de sortida (llançament) tal com es mostra a la figura-5a. Generalment, aquest tipus d’interruptor s’utilitza per canviar el circuit amb un terminal d’entrada comú.
6) Interruptor de funcionament momentani:
- Interruptor de polsador: quan premeu l'interruptor, els contactes de l'interruptor es tanquen i fan que el circuit es tanqui per fluir el corrent i quan elimineu la pressió del botó, els contactes de l'interruptor s'obren i trenquen el circuit. Per tant, aquest commutador és un commutador de contacte momentani que és capaç de controlar el circuit fent i trencant el seu contacte. En l'interruptor de polsador, quan elimineu la pressió de l'interruptor, hi ha una disposició de molla per obrir el contacte.
- Presostat: aquest tipus d'interruptor consisteix en un diafragma en forma de C. Segons la pressió, aquest diafragma indica pressió. Aquests interruptors s'utilitzen per detectar la pressió de l'aire, l'aigua o l'oli, en aplicacions industrials. Aquest commutador funciona quan la pressió del sistema augmenta o disminueix des del punt de consigna.
- Interruptor de temperatura: aquest tipus d'interruptors consisteixen en dispositius de detecció de temperatura com RTD (dispositiu de temperatura de resistència). Aquest interruptor funciona segons el valor de la temperatura mesurada.
- Commutador: aquest tipus d’interruptor s’utilitza habitualment en aplicacions domèstiques per a aparells elèctrics ON i OFF. Té una palanca mitjançant la qual podem pujar o baixar fins als aparells ON i OFF.
- Interruptor rotatiu: aquest tipus d’interruptor s’utilitza per connectar una línia amb una de les moltes línies. Ningú del multímetre, selector de canals, selector de banda, selector de banda de dispositius de mesura en dispositius de comunicació són els exemples d’aquest tipus de commutadors. Aquest commutador és el mateix que l'interruptor multipolar monopolar. Però la disposició d’aquest commutador és diferent.
Interruptors elèctrics:
Els interruptors elèctrics no són res, però és un dispositiu semiconductor. Aquests commutadors són més útils pel seu baix cost, la seva petita mida i la seva fiabilitat. En aquest commutador, s’utilitzaven materials semiconductors com el silici (Si), el germani (Ge), etc. Generalment, aquest tipus d’interruptors s’utilitzen en circuits integrats (CI), accionaments de motors elèctrics, aplicacions HVAC i també s’utilitzen àmpliament com a sortida digital (DI) del controlador.
- Relleu
- Transistor bipolar
- Diodo de potència
- MOSFET
- IGBT
- SCR
- TRIAC
- DIAC
- GTO
1) Relé: el relé funciona segons el principi d’electromecànica, de manera que aquest interruptor també es coneix com a interruptor electromecànic. Quan el corrent travessa una bobina, crearà un camp magnètic al voltant de la bobina. Aquesta quantitat de camp magnètic depèn de la quantitat de corrent que passa per la bobina. L’arranjament dels contactes es fa de manera que, si augmenta el corrent amb el límit de la cortina, els contactes s’alimenten i canvien de posició. De vegades, el relé utilitza cintes bimetàl·liques per detectar la temperatura per motius de seguretat. Els relés estan disponibles en una àmplia gamma de tensió i corrent. En el sistema d'alimentació, el relé té un paper important en la identificació de fallades. A les indústries també, els relés s’utilitzen com a dispositiu de protecció. Consulteu el funcionament complet del relé aquí.
2) Transistor bipolar: el transistor d'unions bipolars té tres terminals; base, emissor i col·lector. Els transistors funcionen en tres regions; tall, saturació i regió activa. El símbol del transistor és el que es mostra a la figura-6. Amb l’objectiu de canviar, no s’utilitza la regió activa. Si hi ha prou quantitat de corrent disponible al terminal base, el transistor entra a la regió de saturació i el corrent fluirà a través del recorregut del col·lector-emissor i el transistor actuarà com a interruptor ON. Si el corrent base no és suficient, el circuit està obert i el corrent no pot circular pel col·lector-emissor i el transistor entra a la regió de tall. En aquesta regió, el transistor actua com a interruptor OFF. El transistor s'utilitza com a amplificador en aplicacions electròniques i també s'utilitza per fer una porta com AND, NO en circuits digitals i el transistor també s'utilitza com a dispositiu de commutació en circuit integrat.Els transistors no són útils en aplicacions d’alta potència perquè tenen més pèrdues resistives en comparació amb el MOSFET.
3) díode de potència: el díode de potència té dos terminals; ànode i càtode. El díode està format per material semiconductor del tipus p i n i fa la unió pn, que es coneix com a díode. El símbol del díode de potència és el que es mostra a la figura-7. Quan el díode està en corrent de biaix cap endavant pot circular pel circuit i en biaix inversa bloqueja el corrent. Si l’ànode és positiu respecte al càtode, el díode està en biaix cap endavant i actua com a interruptor ON. De la mateixa manera, si el càtode és positiu respecte a l’ànode, el díode està en biaix invers i actua com un interruptor OFF. Els díodes de potència s’utilitzen en aplicacions d’electrònica de potència, com ara rectificadors, circuits multiplicadors de tensió i circuits de tensió, etc.
4) MOSFET: transistor d’efecte de camp semiconductor d’òxid metàl·lic MOSFET. MOSFET té tres terminals; porta, desguàs i font. MOSFET funciona amb dues formes bàsiques; Tipus d'esgotament i tipus de millora. Si el voltatge de la font de la porta (V GS) no és suficient, el MOSFET funciona com a tipus d’esgotament i el mode d’esgotament del MOSFET és similar al commutador OFF. Si el voltatge de font de la porta (V GS) és suficient, el MOSFET funciona com a tipus de millora i el mode de millora del MOSFTE és similar al commutador ON. El rang de commutació de MOSFET és de desenes de segons de neó a uns quants centenars de microsegons. MOSFET utilitzat en regulador de tensió lineal, chopper i amplificador de potència de freqüència d'àudio, etc. Consulteu aquí els circuits MOSFET.
5) IGBT: IGBT- Transistor bipolar de porta aïllada. IGBT és una combinació de BJT i MOSFET. IGBT té una alta impedància d'entrada i altes velocitats de commutació (característiques de MOSFET), així com un voltatge de saturació baix (característic de BJT). IGBT té tres terminals; Gate, Emitter i Collector. IGBT pot controlar amb l'ús del terminal de porta. Es pot activar i desactivar activant i desactivant el seu terminal de porta. IGBT pot bloquejar el voltatge positiu i negatiu igual que el GTO. IGBT s'utilitza en inversors, control de motors de tracció, calefacció per inducció i fonts d'alimentació en mode commutat.
6) SCR: SCR- Rectificador controlat de silici. SCR té tres terminals; Porta, ànode i càtode. El funcionament del SCR és el mateix que el díode, però el SCR inicia la conducció quan està en biaix cap endavant (el càtode és negatiu i l’ànode és positiu) i també es requereix un pols de rellotge positiu a la porta. En el biaix cap endavant, si el pols de rellotge de la porta és zero, SCR s'apaga per commutació forçada i en el biaix invers el SCR es manté en estat OFF igual que el díode. Els SCR s’utilitzen en control de motors, reguladors de potència i atenuació de làmpades.
7) TRIAC: TRIAC és el mateix que dos SCR connectats en paral·lel invers amb la porta connectada. TRIAC és un dispositiu bidireccional. TRIAC té tres terminals; Terminal principal 1 (MT), terminal principal 2 (MT2) i porta. Els terminals MT1 i MT2 estan connectats amb un circuit que volem controlar i la porta està disponible per activar el pols per tensió positiva o negativa. Quan el terminal MT2 té una tensió positiva respecte al terminal MT1 i la porta també s’activa de forma positiva, llavors s’activa el SCR-1 de TRIAC. Quan el terminal MT1 té una tensió positiva respecte al terminal MT2 i la porta també es desencadena positiva, aleshores s’activa SCR-2 de TRIAC. TRIAC es pot utilitzar tant per a fonts de corrent altern com de corrent continu, però en general, TRIAC s’utilitza en aplicacions de corrent altern, com ara el control de motors, l’encesa de llums (industrials i domèstics), etc.
8) DIAC: DIAC- Commutador de diode. DIAC té dos terminals. Aquest interruptor pot funcionar en ambdues direccions. El símbol de DIAC és el que es mostra a la figura 12. DIAC treballa en dues regions; regió de bloqueig directe o invers de bloqueig i regió de trencament d’allaus. Quan la tensió aplicada és inferior a la tensió de ruptura, el DIAC funciona a la regió de bloqueig directe o invers. En aquesta regió, el DIAC actua com a interruptor OFF. Quan la tensió aplicada és superior a la tensió de ruptura, es produeix un avariament i el DIAC actua com a interruptor ON. DIAC no pot canviar bruscament per a aplicacions de baix voltatge i baix corrent en comparació amb TRIAC i SCR. DIAC utilitzat en atenuació de la llum, control del motor universal i circuit de control de calor.
9) Tiristor de tancament de porta : GTO té tres terminals; Porta, ànode i càtode. Com el seu nom indica, aquest dispositiu es pot apagar a través del terminal de la porta. En símbol de GTO consta de dues fletxes al terminal de la porta, que mostra el flux bidireccional de corrent a través del terminal de la porta. Aquest dispositiu pot engegar-se aplicant un petit corrent de porta positiu i apagar-se per impuls negatiu des del terminal de la porta. GTO utilitzat en inversors, unitats de CA i CC, escalfadors d’inducció i SVC (compensació VAR estàtica). GTO no es pot utilitzar per apagar les càrregues inductives sense l'ajut del circuit snubber.
