स्विच

स्विच : ⇨ विद्युत् मंडलातील विद्युत् प्रवाह चालू किंवा बंद करणे अथवा प्रवाहाचा मार्ग बदलणे ही कार्ये करणाऱ्या साधनास स्विच म्हणतात. अशा प्रकारे विद्युत् मंडलातील विद्युत् प्रवाहाच्या ओघाचे नियंत्रण स्विचामार्फत होते. हे साधन फक्त सामान्य किंवा त्यापेक्षा कमी दाबाचा प्रवाह खंडित करण्यासाठी वापरतात. दोषामुळे प्रवाह अमऱ्याद वाढल्यास तो बंद करण्यासाठी ⇨ वितळतार किंवा ⇨ विद्युत् मंडल खंडक वापरतात.

सामान्यतः चिनी मातीच्या किंवा बेकेलाइटच्या विद्युत् निरोधक धारकात दोन अगर चार स्पर्शक आणि त्यांचा एकमेकांशी संपर्क जोडण्यासाठी अगर तोडण्यासाठी आवश्यक ती यंत्रणा हे स्विचाचे महत्त्वाचे भाग असतात. विद्युत् प्रवाह चालू किंवा बंद करावयाचा असल्यास तो पटकन करावा लागतो नाहीतर विद्युत् प्रज्योत (चाप) निर्माण होऊन स्पर्शक जळून जातात. प्रत्येक स्विचामध्ये हे काम स्प्रिंगेच्या तरफी रेट्याच्या साहाय्याने केले जाते.

दिवे चालू वा बंद करण्यासाठी वापरण्यात येणारा पटकनक्रिया तरफी रेट्याचा स्विच (स्नॅप-ॲक्शन टॉगल) हा स्विचाचा सर्वांत सामान्य प्रकार आहे. या स्विचात आवेष्टित यंत्रणा विद्युत् निरोधित हस्तकाद्वारे ( हँडलने) चालू वा सक्रिय होते व यामुळे विद्युत् मंडल पूर्ण वा खंडित होते. स्विच चालू झाल्यावर धातूचे दोन स्पर्शक जोडले जातात. त्यामुळे विद्युत् मंडलातून प्रवाह वाहतो. स्विच बंद केल्याने हे स्पर्शक अलग होऊन विद्युत् प्रवाह खंडित होतो.

स्विचांतील स्पर्शकांच्या मांडणीनुसार त्यांचे वर्गीकरण करता येते. द्वि-अग्र स्विच स्पर्शक मांडणीला एक-प्रदान अग्र , एक-प्रक्षेप (सिंगल–पोल, सिंगल-थ्रो) म्हणतात व त्याद्वारे एका मार्गावरील विद्युत् प्रवाहाच्या झोताचे नियंत्रण होते व एका विद्युत् मंडलाची उघड-मीट (चालू वा बंद) क्रिया होते. हा सर्वांत सामान्य प्रकारचा स्विच दिवा चालू वा बंद करण्यासाठी वापरतात. द्वि-प्रदान अग्र, एक-प्रक्षेप (डबल-पोल, सिंगल–थ्रो) स्विचात एकाच हस्तकाने नियंत्रित होणारे स्पर्शकांचे दोन संच असतात. अशा प्रकारे दोन विद्युत् मंडलांचे नियंत्रण एकाच वेळी होऊ शकते. ही चार अग्रे स्विच स्पर्शक मांडणी आहे. एक प्रदान-अग्र, द्वि-प्रक्षेप (सिंगल-पोल, डबल-थ्रो) स्विचांच्या जोडीमुळे दोनपैकी एका ठिकाणाहून दिवा लावता वा बंद करता येतो. प्रत्येक स्विचाने दोन तारांमध्ये स्पर्शक मागे वा पुढे हलविला जातो. जेव्हा दोन्ही स्विचांमधील स्पर्शक एकाच तारेला जोडले जातात, तेव्हा विद्युत् प्रवाह (ख) चालू होतो. दोन्हीं पैकी एक स्विच उघडल्यास एक स्पर्शक दुसऱ्या तारेवर हलविला जाऊन मंडल खंडित होते.

सुरी स्विच (आ. १) अद्याप वापरले जात असून हाताने वापरण्यात येणाऱ्या पहिल्या यांत्रिक स्विचांपैकी हे एक आहे. ते बनवायला सोपे असून जेथे केवळ हातांनी क्रिया करणे गरजेचे असते तेथे हे उपयुक्त आहे.

पाऱ्याच्या स्विचात काचेच्या एका दंडगोल निर्वात नळीत थोडासा पारा व खालच्या बाजूला दोन स्पर्शक बसविलेले असतात. नळी तिरपी केल्यावर पाऱ्यामुळे दोन्ही स्पर्शक जोडले जाऊन प्रवाह चालू होतो. नळी उलटी फिरल्यास प्रवाह खंडित होतो. नळी बंद असल्याने विद्युत् प्रज्योतीचे वा आगीचे भय नसते. हा स्विच औद्योगिक स्वनियंत्रणासाठी व्यापकपणे वापरतात. उदा., पाण्याची टाकी भरत आली की तरंगणाऱ्या फुग्याबरोबर स्विचाची नळी तिरपी होऊन पंपाची मोटर (विद्युत् जनित्र) बंद होते. पाण्याची पातळी पुरेशी खाली गेल्यावर दुसरी स्विच नळी तिरपी होऊन विद्युत् चलित्र (मोटर) चालू होते.

घरगुती व औद्योगिक भट्ट्या, पाणी तापविण्याचे बंब, विद्युत् घटमालेचे भारक (चार्जर) इ. उपकरणांवर फिरकीचे स्विच लावतात. भट्टीच्या फिरकीच्या स्विचला बंद, तसेच कमी, मध्यम व जास्त तापनांसाठी चार खटके असतात. भट्टीत अवरोधक तारेच्या दोन स्वतंत्र गुंडाळ्या असतात. भट्टी चालू करताना स्विचाचा दांडा बंद खटक्यावरून दुसऱ्या खटक्यावर नेल्यास दोन्ही अवरोधक एकसरीत येऊन कमी शक्ती मिळून तापन कमी होते. तिसऱ्या खटक्यावर एकच अवरोधक चालू असून मध्यम तापन होते. चौथ्या खटक्यावर दोन्ही अवरोधक अनेक सरीत चालू होऊन जास्त तापन होते.

काही फिरकीचे स्विच एकाच दिशेने फिरवावयाचे असतात. दांडा उभा केला म्हणजे स्विच बंद होतो आणि दांडा आडवा केला म्हणजे चालू होतो असा त्याचा क्रम असतो. उलट दिशेने फिरविल्यास दांडा बाहेर येतो व नंतर स्विच उघडता येतो.

विजेवर चालणाऱ्या शिवणयंत्राच्या चाकाला दर मिनिटाला ८,००० फेऱ्यांची गती द्यावी लागते. त्यासाठी एकदिश किंवा प्रत्यावर्ती (उलट–सुलट दिशेत वाहणाऱ्या) विद्युत् प्रवाहावर चालणारे चलित्र वापरतात. त्याच्या नियंत्रणासाठी पायटा (पेडल) स्विच वापरतात. पायाजवळ असणारा पायटा स्विच स्प्रिंगेच्या दाबाने उघडा असतो. त्याच्यावर हळूच पाय ठेवल्यावर चलित्र हळू फिरू लागते. स्विचावरील दाब वाढविल्यास अवरोधक कमी होऊन चलित्राची व पऱ्यायाने शिवणयंत्राच्या चाकाची गती वाढते.

एककला किंवा त्रिकला विद्युत् मंडलांत पुष्कळदा तीन वा चार विद्युत् प्रवाह एका ठिकाणी येतात. ते मोजण्यासाठी एका प्रवाहमापकाने अनेक प्रवाह मोजणारा फिरता स्विच वापरतात. प्रत्येक प्रवाहासाठी वेगळा प्रवाहमापक वापरल्यास खर्च वाढतो. वेगवेगळ्या प्रवाहमापकांतील मापने भिन्न येऊ शकतात. कारण एक प्रवाहमापक मंद तर दुसरे पुढे जाणारे असू शकते. तसेच एकच प्रवाहमापक एका ठिकाणाहून काढून दुसरीकडे मंडलात घालण्यासाठी विद्युत् मंडल खंडित करणे सोयीचे नसते. म्हणून प्रवाह चालू असतानाच प्रवाहमापकात प्रवाहाचा मार्ग बदलण्यासाठी असा फिरता स्विच वापरतात.

विद्युत् शक्तीविषयक अनुप्रयुक्तींमध्ये (उपयोगांत) विद्युत् भार ऊर्जावान करण्याचे (विद्युतीय दृष्ट्या विद्युत् दाबाच्या स्रोताला जोडण्याची क्रिया) व ऊर्जाहीन करण्याचे (शक्ति-उद्गमापासून तोडण्याची क्रिया) काम स्विच करतात. कमी विद्युत् शक्तीसाठी भिंतीवरील स्विच दिवे चालू वा बंद करण्यासाठी वापरतात. तबकडी व दाब-बटन स्विच हे विद्युत् चुलासंच, बश्या धुण्याचे यंत्र, धुलाई यंत्र यांना होणाऱ्या विद्युत् पुरवठ्याच्या नियंत्रणासाठी वापरतात. उच्चतर विद्युत् शक्तीसाठी भार–खंडक स्विच, तर उच्चतम विद्युत् भाराच्या (हजारो व्होल्ट) प्रणालींमध्ये विलगकारी स्विच वापरतात.

संदेशन (सिग्नलिंग) उपयोगांसाठी वापरण्यात येणारे स्विच विद्युत् मंडलातील कोणतीतरी पूर्वनिर्धारित क्रिया करण्याची गरज असलेली विशिष्ट परिस्थिती ओळखतात. उदा., तापनियंत्रक तापमान ओळखतो व विद्युत् प्रवाहाचे नियंत्रण होते. केंद्रोत्सारी स्विच विद्युत् चलित्राची जादा गती नियंत्रित करतात. मऱ्यादा स्विच याऱ्या किंवा उच्चालक यंत्रे यांना पूर्वनिर्धारित स्थानांपलीकडे हलण्यास प्रतिबंध करतात. संदेशवहन प्रणाली, संगणक व औद्योगिक प्रक्रियांसाठीच्या नियामक प्रणाल्या यांच्यामध्ये अनेक भिन्न प्रकारचे स्विच अशा प्रकारची संदेशनाचीकामे करतात.

यांशिवाय ⇨ अभिचालित्र (रीले), निर्वात नलिका व ट्रँझिस्टर स्विचांचे काम करतात. एकोणिसाव्या शतकाच्या मध्यास तारायंत्रविद्ये-साठी व दीर्घ लांबीच्या तारांमध्ये अभिचालक काम करणाऱ्या आणि विजेवर चालणाऱ्या यांत्रिक स्विचाची आवश्यकता निर्माण झाली. हीगरज अभिचालित्र स्विचाने भागविली (आ. २). अभिचालित्राचे कार्य होताना गुंडाळीमधून (४) लहान विद्युत् प्रवाह (i) जातो. त्यामुळे आकृतीत दाखविलेल्या फटीत (३) चुंबकीय क्षेत्र निर्माण होते. या चुंबकीय क्षेत्रामुळे धात्र (आर्मेचर) (२) टेकूभोवती (१) घटिवत् फिरतो, त्यामुळे स येथे दर्शविलेले स्पर्शक मिटतात आणि स मधून मोठा विद्युत् प्रवाह (ख) वाहतो. जर लहान प्रवाह काढून घेतला तर धात्र प्रतिघटिवत् फिरते व स्पर्शक खुले होऊन मोठा प्रवाह खंडित होतो. प्रायोगिक अभिचालित्र स्विच संगणकांतही वापरून पाहिला. तथापि, धात्रात हलते यांत्रिक भाग असल्याने अभिचालित्र स्विचाची क्रिया १-१० मिलिसेकंदांत घडते. [→ अभिचालित्र].

निर्वात नलिकाही विजेवर चालणारे स्विच म्हणून वापरता येते. यात हलणारे यांत्रिक भाग नसल्याने या स्विचाची क्रिया अभिचालित्र स्विचापेक्षा पुष्कळ अधिक जलदपणे घडते. दुसऱ्या महायुद्धाच्या काळात विश्वासाऱ्ह निर्वात नलिका विकसित झाल्याने त्यांचा अनेक प्रायोगिक निर्वात नलिका संगणकांत वापर करण्यात आला. नंतर व्यापारी संगणकांतही स्विचाची क्रिया करणारा प्रमुख घटक म्हणून निर्वात नलिका वापरण्यात आली.

निर्वात नलिकेमध्ये अनेक प्रकारे सुधारणा केल्यावर १९४७ – ४९या दरम्यान ट्रँझिस्टरचा शोध लागला. विशेषतः ट्रँझिस्टराची स्विच म्हणून होणारी क्रिया निर्वात नलिकेपेक्षा पुष्कळच अधिक जलदपणे (१ – १० नॅनोसेकंदात) घडते. कारण ट्रँझिस्टराचे आकारमान अधिक लहान असते. क्षेत्र परिणामकारी ट्रँझिस्टराचे (आ. ३) कार्य पुष्कळ प्रमाणात अभि-चालित्रासारखे चालते. विद्युत् उद्गमापासून (२) परिवाहामार्फत (३) निःसरणाकडे (४) जाणाऱ्या मोठ्या विद्युत् प्रवाहाचे (I) नियंत्रण करण्यासाठी द्वारापाशी (१) असलेला लहान प्रवाह पुरेसा असतो. विद्युत् निरोधक स्तराला (५) आडव्या दिशेत असलेल्या विद्युतीय क्षेत्राने परिवाह प्रवाहाचे नियंत्रण होते. [→ ट्रँझिस्टर तंत्रविद्या ].

संदर्भ : Fink, D. G. Beaty, H. W., Eds., Standard Handbook for Electrical Engineers, 1999.

कर्डिले, के. वि.

“