4.2 Элементная база систем коммутации

Под коммутацией понимается любой вид переключения электрических цепей (замыкание, размыкание, переключение с одной цепи на другую). Для реализации процесса коммутации применяются коммутационные приборы. Коммутационным прибором называется устройство, обеспечивающее замыкание, размыкание и переключение электрических цепей, подключенных к его входам и выходам, при поступлении управляющего сигнала 23. Замыкание или размыкание электрической цепи в коммутационном приборе осуществляется коммутационным элементом, который в простейшем случае представляет собой один контакт на замыкание.

К коммутационному прибору могут подключаться линии с различной проводностью, которая определяется количеством одновременно коммутируемых проводов. Для коммутации линий с различной проводностью (двух-, трехпроводные и т. д) требуется несколько коммутационных элементов, которые объединяются в коммутационную группу, элементы которой переключаются одновременно под воздействием управляющего сигнала. В коммутационном приборе в зависимости от числа подключаемых линий может быть установлено различное число коммутационных групп. Совокупность коммутационных групп, обеспечивающих коммутацию входов и выходов, называется коммутационным полем прибора. Местоположение коммутационной группы в коммутационном поле прибора называется точкой коммутации.

Цикл работы коммутационного прибора (рисунок 4.2) состоит из трех фаз:

1. фаза срабатывания (замыкания), длительность которой определяется временем переключения прибора из нерабочего состояния в рабочее и зависит от конструктивных особенностей и схемы включения управляющих цепей;

2. фаза удержания (активное состояние), длительность которой зависит от функций прибора;

3) фаза выключения (отпускания), длительность которой определяется скоростью возврата прибора в нерабочее состояние и зависит от конструкции прибора и схемы включения управляющих цепей.

Рисунок 4.2 – Цикл работы коммутационного прибора

Коммутационные приборы могут быть классифицированы по следующим признакам:

1. по назначению:

• коммутация цепей управления (реле);

• коммутация трактов в поле (искатели, соединители различных типов);

2) по способу удержания точки коммутации в рабочем состоянии:

• механическое удержание;

• электрическое (магнитный поток создается током, протекающим по обмоткам прибора);

• магнитное (магнитный поток для удержания создается либо постоянным магнитом, либо за счет остаточной индукции сердечника или контактных пружин).

Коммутационные приборы характеризуются структурными, электрическими и временными параметрами.

К структурным параметрам относятся:

• число входов n;

• число выходов m;

• доступность D;

• число одновременно коммутируемых линий (проводность) р.

Производными от этих параметров являются общее число точек коммутации и коммутационных элементов, максимальное число одновременных соединений.

К электрическим параметрам относятся:

• коммутационный коэффициент К - отношение сопротивления коммутационного элемента в закрытом (разомкнутом) состоянии R_з к сопротивлению в открытом (замкнутом) состоянии R_з;

• вносимое затухание в тракт;

• уровень шумов;

• величина тока, необходимая для переключения коммутационных элементов;

• потребляемая мощность.

К временным параметрам относятся:

• время срабатывания (t_ср) – интервал времени между подключением питания к управляющим входам и переключением всех коммутационных элементов в рабочее состояние;

• время отпускания (t_отп) – интервал времени между подачей команды на отключение и возвратом всех коммутационных элементов в нерабочее состояние.

Коммутационные приборы по структурным параметрам делятся на четыре типа:

1) Коммутационные приборы типа реле (1×1), которые имеют один вход и один выход (условные изображения показаны на рисунке 4.3).

Рисунок 4.3 – Коммутационный прибор типа реле (1×1)

Коммутационный прибор данного типа может находиться в одном из двух состояний: разомкнутом или замкнутом. Переход из одного состояния в другое осуществляется под воздействием управляющего сигнала, который поступает на управляющий вход R из устройства управления.

2) Коммутационные приборы типа искателей (1×m), которые имеют один вход и m выходов (условные изображения показаны на рисунок 4.4).

Рисунок 4.4 – Коммутационный прибор типа искателя (1×m)

В приборе можно установить соединение входа с любым выходов, следовательно, доступность прибора D=m. Одновременно в приборе может быть установлено только одно соединение.

3) Коммутационные приборы типа соединителей (n×m), которые имеют n входов и m выходов (условные изображения показаны на рисунок 4.5).

Рисунок 4.5 – Коммутационный прибор типа соединителя (n×m)

Каждому из n входов доступен любой из m выходов, следовательно, доступность прибора D=m. В приборе одновременно может быть установлено n соединений, если n m или m соединений, если n m.

4) Коммутационные приборы типа многократных соединителей n(1×m), которые имеют n входов и n×m выходов (условные изображения показаны на рисунок 4.6).

Каждому из nвходов доступны только m определенных выходов, следовательно, доступность прибораD=mиз общего числа выходовn×m.

Рисунок 4.6 – Коммутационный прибор типа многократного соединителя n(1×m)