11.5. Коммутационные приборы

Для осуществления коммутации (соединения) линий (или каналов) и управления процессами установления соединения применяются 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 (двух-, трех- проводные и т.д.), 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 п, число выходов т, доступность D входов по отношению к выходам, проводность коммутируемых линий l, свойство памяти. Производными от этих параметров являются общее число точек коммутации T, число коммутационных групп и число коммутационных элементов, а также максимальное число одновременных соединений.

К электрическим параметрам коммутационных приборов относятся: сопротивление коммутационного элемента в разомкнутом (закрытом) состоянии R_з и замкнутом (открытом) состоянии R_о, отношение которых называется коммутационным коэффициентом K= R_о/R_з; 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 интенсивностью отказов (повреждений), т.е. вероятностью отказов в единицу времени.

Некоторые коммутационные приборы обладают свойством памяти, т.е. способностью сохранять 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 четыре типа.

1. Коммутационные приборы типа (11), имеющие один вход и один выход. Число входов и выходов прибора указывается в круглых скобках, где первая цифра – число входов п, а вторая – число выходов т. 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 управляющий вход из устройства управления.

2. Коммутационные приборы типа (1m), имеющие один вход n = 1 и т выходов. В приборе можно установить соединение входа с любым из т 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 т определенных выходов, следовательно, D = т из общего числа выходов пт. В Приборе одновременно может быть установлено п соединений.

4. Коммутационные приборы типа (nm), имеющие n входов и m выходов. Каждому из п входов доступен любой из т выходов, следовательно, D = m. В приборе одновременно может быть уставлено n соединений, если n < т, или т соединений, если n > т.

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 (рис.11.7, а) 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 нажимает 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 заполненный инертным газом стеклянный баллон (рис. 11.7, б). 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.

Рис.11.7. Схема электромагнитного реле: а – с открытыми контактами; б – с герметизированными контактами

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 ламелей, к которым подключаются выходы т;

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

• привод, обеспечивающий движение ротора.

Искатели классифицируют:

• 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 (декадное и недекадное).

В коммутационных системах используются шаговые искатели ШИ-11 и ШИ-17 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.

Конструктивно МКС представляет собой коллективное реле с большим числом контактных пружин. Основными элементами его являются вертикальные блоки, или просто вертикали. Каждая вертикаль содержит контактные струны (шины) и т групп контактных пружин, составляющих контактное поле вертикали. Состояние контактов в группах вертикали обусловлено работой двух электромагнитов с рейками: удерживающего с рейкой и выбирающего с рейкой. Каждая вертикаль имеет свой удерживающий электромагнит, а число выбирающих электромагнитов равно числу контактных групп m.

Выпускаются МКС, имеющие 10 или 20 вертикалей (входов) и 10 выходов при 6- или 12-проводных цепях. Принята следующая условная запись: МКС-птl, где n – число вертикалей, т – емкость вертикалей, l – проводность коммутируемых цепей. Например, МКС-101012 и МКС-20106.

Многократные соединители могут быть реализованы на герконовых реле. На практике используются герконовые соединители типа МГС-882 и МГС-884, имеющие восемь входов, восемь выходов и обеспечивающие соответственно двух- и четырехпроводную коммутацию. Многократные соединители характеризуются малым временем установления соединения, высокой надежностью, унифицированностью конструкции.

В качестве коммутационных элементов могут применяться бесконтактные (электронные) элементы – электронные ключи. Однако такие соединители не получили широкого распространения из-за сложности обеспечения удовлетворительных электрических параметров коммутационных элементов.

Все рассмотренные выше коммутационные приборы, в том числе и электронные ключи, реализуют принцип пространственной коммутации, когда точки коммутации разнесены в пространстве.

Электронная (бесконтактная) коммутация в современных электронных АТС осуществляется на основе принципа временной коммутации, заключающегося в следующем. Аналоговые (телефонные) сигналы преобразуются в цифровые, в результате чего образуются цифровые потоки, аналогичные потокам цифровых систем передачи (см. гл.9). Коммутация осуществляется изменением номера канального интервала для данного сигнала. На выходе станции производится обратное преобразование цифровых сигналов в аналоговые.

Предпринимались попытки создания пространственных схем коммутации на основе электронных коммутационных приборов (транзисторных ключей и т.п.) без преобразования аналоговых сигналов в цифровые. Однако электронные ключи обладали слишком высокой нелинейностью для использования в речевых трактах, а также высоким энергопотреблением для высокой плотности компоновки. В настоящее время электронные пространственные коммутаторы используются для коммутации высокоскоростных цифровых потоков.

Автоматические телефонные станции могут быть реализованы на различных коммутационных приборах. Станции, реализованные на шаговых и декадно-шаговых искателях, называются декадно-шаговыми; станции, реализованные на МКС – координатными; станции, использующие герконовые коммутационные приборы –квазиэлектронными (почти электронными), а использующие электронные приборы – электронными. В историческом плане вначале появились АТС декадно-шаговые, затем координатные, потом квазиэлектронные и последними электронные.