Коммутационные приборы

Коммутационным прибором называется устройство, обеспечивающее замыкание, размыкание или переключение электрических цепей, подключенных к его входам и выходам, при поступлении в прибор управляющего сигнала. Замыкание, размыкание и переключение электрических цепей в коммутационном приборе осуществляется коммутационным элементом (КЭ), который в простейшем случае представляет собой один контакт на замыкание.

К коммутационному прибору могут подключаться линии с различной проводностью (одно-, двух-, трехпроводные), поэтому их коммутация осуществляется несколькими КЭ, объединенными в коммутационную группу, коммутационные элементы которой переключаются одновременно под влиянием поступающего управляющего сигнала.

В коммутационном приборе, в зависимости от его конструкции, может быть установлено различное число коммутационных групп. Совокупность коммутационных групп называется коммутационным полем прибора. Местоположение коммутационной группы в коммутационном поле прибора (или в коммутационном блоке, построенном из нескольких приборов) называется точкой коммутации.

Коммутационные приборы различаются между собой структурными и электрическими параметрами, обусловленными их конструкцией.

К структурным параметрам относятся: число входов n, число выходов m, доступность D входов по отношению к выходам, проводность коммутируемых линий l, свойство памяти. Производными от этих параметров являются общее число точек коммутации Т, число коммутационных групп и число коммутационных элементов, а также максимальное число одновременных соединений.

К электрическим параметрам относятся: сопротивление коммутационного элемента в разомкнутом состоянии R₃ и замкнутом состоянии R₀, отношение которых называется коммутационным коэффициентом К, К = R₀/R₃; время переключения КЭ из одного состояния в другое; вносимое затухание в разговорный тракт; уровень шумов; напряжение питания; сила тока, необходимого для переключения КЭ; потребляемая мощность.

Коммутационные приборы характеризуются также сроком службы или долговечностью, под которыми понимается допустимое число переключений или допустимое время работы, и интенсивность отказов (повреждений), т.е. вероятностью отказов в единицу времени.

Некоторые коммутационные приборы обладают свойством памяти, т.е. способностью сохранить рабочее состояние после прекращения управляющего воздействия. Это позволяет сократить расход электроэнергии для поддержания рабочего состояния прибора. Для возвращения прибора в исходное состояние требуется новое управляющее воздействие.

Используемые в настоящее время коммутационные приборы по структурным параметрам можно разделить на 4 типа:

1. Коммутационные прибора типа (1´1), имеющие один вход и один выход. Число входов и выходов прибора указывается в круглых скобках, где первая цифра – число входов n, а вторая – число выходов m. Прибор имеет два состояния, в одном из которых соединение между входом и выходом отсутствует, а в другом - установлено. Переход коммутационного элемента (или коммутационной группы) из одного состояния в другое осуществляется под воздействием сигнала, поступающего на управляющих вход из устройства управления.

2. Коммутационные приборы типа (1´m), имеющие один вход n=1 и m выходов. В приборе можно установить соединение входа с любым из m выходов, следовательно, доступность прибора D = m. Одновременно в приборе может быть установлено только одно соединение.

3. Коммутационные приборы типа n(1´m), имеющие n входов и nm выходов. Каждому входу из n доступно только m определенных выходов, следовательно, D=m из общего числа выходов nm. В приборе одновременно может быть установлено n соединений.

4. Коммутационные приборы типа (n´m), имеющие n входов и m выходов. Каждому из n входов доступен любой из m выходов, следовательно, D=m. В приборе одновременно может быть установлено n соединений, если n£m, или m соединений, если n>m.

Широко распространенным прибором является электромагнитное реле. Электромагнитное реле – это прибор типа (1´1). В телефонной технике применяются, в основном, электромагнитные реле постоянного тока с открытыми и герметизированными контактами.

Реле с открытыми контактами состоит из обмотки с сердечником, якоря с пружиной и контактов, укрепленных на плоских пружинных пластинах. При отсутствии тока в обмотке якорь под действием пружины оттянут от сердечника и контакты разомкнуты. При появлении тока в обмотке якорь притягивается к сердечнику и, поворачиваясь на оси, вторым плечом наживает на контактную пластину, замыкая контакты. Из многих типов реле с открытыми контактами наиболее широко применяются реле типов РПН и РЭС-14 с максимальным числом контактных пружин 18 и 24 соответственно.

Реле с герметизированными контактами (герконы) имеют контактные пружины, полностью изолированные от окружающей среды, так как находятся в заполненном (изолированном) инертным газом стеклянный баллон. Геркон помещается внутри обмотки и корпуса, выполненного из магнитного материала. При отсутствии тока в обмотке контактные пластины под действием сил упругости отходят друг от друга, размыкая выходную цепь. При появлении тока в обмотке образуется магнитный поток, притягивающий друг к другу контактные пластины. Основными достоинствами герконовых реле являются: быстродействие, хорошее качество контактов и малые габариты. На практике широко используются герконовые реле РЭС-46, РЭС-51 и РЭС-55.

В коммутационной технике применялись и находятся в эксплуатации в настоящее время электромеханические искатели – коммутационные приборы типа (1´m) со свойством памяти. В состав электромеханических искателей обычно входят:

• контактное поле (статор – неподвижный узел), состоящее из изолированных панелей, к которым подключаются выходы m;

• ротор со щетками, последовательно перемещающимися между панелями, к щеткам подключается коммутируемая линия (вход);

• привод, обеспечивающий движение ротора.

Искатели классифицируются:

• по принципу действия привода (шаговые и моторные с индивидуальным приводом, машинные с общим приводом);

• по количеству и виду движений ротора (вращательные, подъемно-вращательные);

• по структуре контактного поля (декадные и недекадные).

В коммутационных системах используются шаговые искатели ШИ-11 и ШИ17 с 10 и 15 рабочими выходами соответственно, а также декадно-шаговые искатели ДШИ, имеющие 100 выходов с декадным построением контактного поля.

Широкое применение в современных АТС имеют коммутационные приборы, называемые многократными координатными соединителями (МКС). МКС представляет собой многопозиционный электромагнитный коммутационный прибор типа n(1´m). Коммутационными элементами МКС являются металлические контакты релейного типа, выполненные из благородных металлов. Работа МКС основана на принципе координатной сетки. К вертикальным шинам сетки подключаются входы, а к горизонтальным – выходы, и в местах пересечения шин создаются коммутационные точки, позволяющие соединить вход с любым выходом.