Circuito de conmutación

En electricidad y electrónica, las leyes del álgebra de Boole y de la lógica binaria, pueden estudiarse mediante circuitos de conmutación. Un circuito de conmutación estará compuesto por una serie de contactos que representarán las variables lógicas de entrada y una o varias cargas que representarán las variables lógicas o funciones de salida.

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Los contactos pueden ser normalmente abiertos (NA) o normalmente cerrados (NC). Los primeros permanecerán abiertos mientras no se actúe sobre ellos (por ejemplo al pulsar sobre interruptor, saturar un transistor, etc.). Los contactos NC funcionarán justamente al contrario. Esto significa que si se actúa sobre un contacto NA se cerrará y si se hace sobre uno NC se abrirá.

Conceptos básicos

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Los circuitos de conmutación se basan en interruptores que permiten o no la circulación de una corriente eléctrica, estos interruptores pueden ser manuales si se actúan directamente, como un interruptor de la luz, por ejemplo; eléctricos: relés o contactores, si su actuación es electro-mecánica, o electrónicos, transistores o puertas lógicas, si se basan en la tecnología electrónica.

Por sencillez, representaremos un interruptor o conmutador por sus contactos eléctricos, si un interruptor conecta dos puntos a y b, diremos que está abierto si no permite la circulación eléctrica entre esos dos puntos: a y b. Diremos que está cerrado si permite la circulación eléctrica entre esos dos puntos.

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Un interruptor diremos que esta normalmente abierto (NA) si cuando no se actúa sobre él está abierto, a la posición normal también se le denomina posición de reposo, que el interruptor tendrá normalmente por la actuación de un muelle o resorte que lo lleva a esa posición.

Cuando se actúa sobre un interruptor normalmente abierto (NA), el interruptor se cierra, permitiendo la circulación eléctrica a su través.

Venciendo la fuerza ejercida por el muelle o resorte, y dando lugar al contacto eléctrico entre sus terminales.

En la figura se representa un pulsador normalmente abierto, en reposo en la parte superior, con el muelle en reposo y sus contactos separados, en la parte inferior se ve ese mismo pulsador actuado, con el muelle comprimido y sus terminales eléctricos en contacto, permitiendo la circulación eléctrica entre los puntos a y b.

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Si entre dos puntos a y b, colocamos un interruptor normalmente cerrado (NC), que cuando no se actúa sobre él está cerrado, en este caso, la relajación del muelle o resorte da lugar a poner en contacto los terminales eléctricos del interruptor, permitiendo la circulación eléctrica a su través, el interruptor está cerrado. Si actuamos sobre él venciendo la acción del muelle, separando los contactos, el interruptor se abre, no permitiendo la circulación eléctrica. En estos interruptores el resultado es el contrario de la acción, si actuamos sobre el interruptor el interruptor se abre, cortando el paso de la corriente eléctrica, si no actuamos sobre el, se cierra permitiendo la circulación eléctrica.

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Interruptor lógico 007.svgInterruptor lógico 009.svg

Como se ha visto, los interruptores pueden ser actuados manualmente, o mecánicamente mediante fines de carrera, presostatos u otros elementos que partiendo de una acción exterior den lugar a una conexión o desconexión eléctrica.

Pero un circuito puede actuar sobre otro circuito, mediante relés o contactores, de modo que podemos disponer de un circuito de conmutación, cuyo resultado es la actuación sobre otro circuito, en estos casos la presencia o no de una corriente eléctrica da lugar a la modificación del estado de un interruptor, que pasara de su posición de reposo a la de actuado.

En la figura podemos ver, una serie de interruptores de este tipo. La actuación sobre ellos se hace mediante un solenoide, que genera un campo magnético y que desplaza el núcleo ferromagnético de la armadura, venciendo al muelle, y cambiando los contactos eléctricos. Cuando la corriente eléctrica no actúa, el muelle eleva al interruptor a la posición de reposo.

Convenio de representación

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En un circuito de conmutación se realiza un análisis de la lógica del circuito, haciendo abstracción de los detalles de funcionamiento de los mecanismos que intervienen, así como del dimensionado de los aparatos y resto del circuito para las intensidades de corriente y diferencia de potencial con los que trabaja, prestando atención prioritaria a la lógica de la conmutación, por ello no son necesarios, algunos de los detalles eléctricos, propios de los circuitos eléctricos, y si es necesario determinar un convenio de representación de los circuitos que impida errores en su interpretación, teniendo en cuenta lo siguiente:

  1. Circuito de conmutación, es un esquema de funcionamiento y no un plano de construcción, por lo tanto la situación de los aparatos se hará según esa lógica.
  2. En un circuito de conmutación no se señalan detalles eléctricos, como intensidades o tensiones eléctricas.
  3. Los aparatos se representan siempre en su posición de reposo, aunque estén conectados directamente a una fuente de energía.
  4. La actuación de los interruptores es siempre de arriba hacia abajo, la posición de reposo es la más alta y la actuada la más baja.

Componentes para un circuito de interruptores.

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TE Interu 03.svgTE Conex 00.svgTE Interu 04.svg
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Figura 1

Se deberán de tener en cuenta los siguientes convenios (ver Figura 1):

  • Un contacto NA representa una variable conmutable
  • Un contacto NC representa una variable lógica negada (A').
  • Un circuito cerrado se considera un uno lógico (1).
  • Un circuito abierto se considera un cero lógico (0).
  • Si no se actúa sobre un contacto se considera que la variable que representa es 0.
  • Si se actúa sobre un contacto se considera que la variable que representa es 1.
  • Si la carga no se excita la función se considera 0 (por ejemplo una lámpara apagada).
  • Si la carga se excita la función se considera 1 (lámpara encendida).

Interruptor múltiple

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TE Conex 12.svgTE Interu 07.svgTE Conex 12.svg
TE Conex 12.svgTE Interu 08.svgTE Conex 12.svg
Figura 2

Un interruptor múltiple, es el que con solo un mando mueve varios contactos simultáneamente, este tipo de interruptor, no tan sencillo, se emplea para conmutar varios circuitos al mismo tiempo, electivamente separados.

Este tipo de interruptor puede tener contactos directos e inversos, en la figura los dos primeros son directos y el tercero inverso, que a su vez pueden ser de distinta sección, según la intensidad de corriente que circule por cada uno de ellos.

El relé

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Un relé o Contactor, es un interruptor automático controlado eléctricamente, de este modo una señal eléctrica da lugar a nuevos contactos que, a su vez, alimentan o dejan de alimentar otros circuitos.

En la figura, se puede ver la representación esquemática de un relé. Los contactos se representan en reposo, en la posición que tendrían cuando la bobina no está alimentada; cuando recibe tensión, la armadura se desplaza, cambiando la posición de los contactos.

Circuito en serie

TE Interu 5a.svgTE Interu 5b.svgTE Conex 02.svgTE Interu 5n.svg
Figura 3

De este modo la Figura 3 representa la función lógica Y (AND), esto es, L=a·b· ... ·n. De acuerdo con la tabla de verdad de dicha función, El circuito está cerrado solo si cada uno de los interruptores que intervienen está cerrados.

Circuito en paralelo

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TE Conex 14.svgTE Interu 5a.svgTE Conex 14.svg
Figura 4

Del mismo modo la Figura 4 representa la función lógica O (OR), esto es, L= a+b+ ... +n; y de acuerdo con su tabla de verdad, el circuito está cerrado si al menos uno de los interruptores está cerrado.

Conmutador

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TE Conex 14.svgTE Interu 08.svgTE Conex 12.svg
Figura 5

El conmutador está formado por un interruptor directo y otro inverso, ver Figura 5, que actúan conjuntamente, de modo que con una sola actuación se aísla un circuito y se conecta otro, conmutando los dos circuitos.

En la figura puede verse que la conexión de la izquierda está conectada con la inferior de la derecha cuando A no está actuado.

Si A esta actuada la salida es por la conexión superior de la derecha.

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TE Conex 14.svgTE Interu 08.svgTE Conex 12.svgTE Interu 08.svgTE Conex 14.svg
Figura 6

Dos conmutadores conectados según la Figura 6, da como resultado un circuito, que está abierto o cerrado alternativamente, con tan solo modificar uno de los dos conmutadores, si los dos están en la misma posición el circuito está conectado, si se modifica uno cualesquiera de los dos, se desconecta, que volverá a conectarse al actuar sobre uno de ellos, sin importar cual. este circuito se utiliza comúnmente para el encendido de luces en escaleras o la operación desde dos puntos distintos. también es llamada three way o tres vías.


Interruptor de cruce

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TE Conex 14.svgTE Interu 08.svgTE Conex 13.svgTE Conex 16.svg
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Figura 7
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TE Conex 13.svgTE Conex 16.svgTE Interu 08.svgTE Conex 14.svg
TE Conex 16.svgTE Conex 14.svgTE Interu 08.svgTE Conex 13.svg
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Figura 8

Un interruptor de cruce permuta las dos líneas de entrada (a, b) con las dos de salida (c, d), en las figuras 7 y 8, se pueden ver dos esquemas equivalentes de este tipo de interruptor.

En una posición se conecta a con c y b con d y en la otra se permutan conectándose a con d y c con b.

En estas dos figuras se puede apreciar perfectamente, que distintas distribuciones de los aparatos y distintos cableados pueden dar lugar a los mismos resultados.

Oscilador electromecánico

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TE Conex 06.svgTE Interu 08.svgTE Compon 05.svgTE Conex 10.svg

La construcción de un Oscilador, con medios exclusivamente electromecánicos, se hace sencillamente, conectando la bobina de un relé a uno de sus contactos normalmente conectados (NC), cuando el relé se excita, el contacto (NC) se desconecta, desconectando la bobina, que da lugar a que el contacto (NC) entre en contacto de nuevo.

Este es el mecanismo en el que se basa el timbre eléctrico clásico.

Véase también

Enlaces externos

Referencias

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