4.2.1. Коммутационные устройства

Коммутационным прибором (КП) называется устройство, которое под воздействием управляющих сигналов может изменять состояние своей проводимости, осуществляя соединение входа с выходом. В общем случае КП представляет собой многополюсник, имеющий входов, выходов и входов управления. В таком многополюснике при поступлении одного или нескольких сигналов на входы управления осуществляется соединение одного из входов с любым из выходов. В технике автоматической коммутации часто используются реле, бесконтактные элементы, искатели, многократные соединители.

Реле и бесконтактные элементы имеют один вход и один выход.

Искатели имеют один вход и выходов.

Соединители содержат входов и выходов.

КП должен удовлетворять следующим требованиям:

1) малое сопротивление в состоянии соединения входа с выходом (сотые доли Ома);

2) большое сопротивления отключения входа от выхода (не менее 10⁹ Ома);

3) высокое быстродействие;

4) достаточные коммутационные возможности.

Существуют нейтральные электромагнитные реле, герконовые, ферритовые и поляризационные реле.

К искателям относятся шаговые и декадно-шаговые искатели.

Электромеханический шаговый искатель состоит из статора (поля) и ротора (подвижной части) и движущего механизма (рис. 4.3). Статор представляет собой совокупность контактов (ламелей), образующих выходы искателя. На ротор крепится щетка, подключенная к входному проводу. Движущийся механизм предназначен для перемещения щетки с ламеля на ламель.

В исходном положении шагового вращательного искателя щетка находится вне поля и якорь не притянут (рис. 4.3). При поступлении первого импульса тока в обмотку электромагнита ЭМ якорь Я притягивается к сердечнику электромагнита. Собачка С упирается в зуб храповика Х и приводит во вращение ротор со щетками. При вращении ротора щетка подключается к первому контакту выхода. После окончания импульса под действием пружины П якорь возвращается в исходное состояние, захватывая собачкой С следующий зуб храповика. При каждом последующем импульсе щетка передвигается на один шаг. Имеются искатели на 11 и 17 выходов.

Рис.4.3. Кинематическая схема и условное обозначение шагового искателя

Декадно-шаговый искатель на 100 выходов состоит из контактного поля (статора), ротора (Р) со щетками (Щ) и движущегося механизма (ДМ) (рис.4.4). Контактное поле имеет десятичное (декадное) построение и содержит десять рядов (декад), в каждом из которых содержится по десять контактов. Ротор со щетками совершает два движения – подъем, при котором выбирается декада, и вращение, при котором щетка движется по контактам декады. Движущий механизм содержит два электромагнита, один из которых управляет подъемом щеток, а другой – их движением по контактам декады.

Рис.4.4. Кинематическая схема и условное обозначение декадно-шагового искателя

Многократные соединители. В зависимости от конструкции и типа элемента, используемого для соединения входа с выходом, различают многократные координатные соединители (МКС), выполненные на многоконтактных реле с групповым управлением, многоконтактные герконовые (МГС) и ферритовые (МФС) соединители, у которых в каждой точке коммутации входа с выходом находится герконовое или ферридовое реле.

Многоконтактный координатный соединитель содержит ряд вертикальных колонок контактов, каждой из которых придан удерживающий электромагнит и ряд выбирающих электромагнитов, приданных горизонталям. Группу контактов с приданным ей удерживающим электромагнитом называют вертикалью. Такая вертикаль по своим коммутационным возможностям эквивалентна искателю, имеющему один вход и выходов. При установлении соединения между входом вертикали и одним из ее выходов сначала срабатывает один из выбирающих , а затем один из удерживающих электромагнитов. При срабатывании подготавливаются к замыканию контакты вертикалей, расположенные в данном горизонтальном ряду, а при срабатывании замыкается контакт, расположенный на пересечении выбранной вертикали и горизонтали, и вход вертикали подключается к одному из выходов. Конструктивно МКС выполнен так, что после срабатывания одного из отпускается выбирающий электромагнит, но контакт остается замкнутым до тех пор, пока не отпустит удерживающий электромагнит.

Рис.4.5. Принцип работы МКС (а), условное координатное (б), символическое (в) изображения вертикали, запараллеливание выходов вертикалей в координатном (г) и символическом (д) изображениях

Условное изображение вертикали показано на рис.4.5,б, в. Первое называется координатным, второе – символическим. Выходы вертикалей могут быть запараллелены между собой (рис.4.5,г, д). Такая схема, имеющая несколько входов и один выход, называется коммутатором. Наряду с запараллеливанием выходов возможно и запаралеллеливание входов. Все МКС характеризуются числом входов (вертикалей), выходов в вертикали и числом коммутируемых проводов. Наиболее распространенными являются МКС типов , , , . Первая цифра определяет число вертикалей, вторая – число выходов в вертикали, третья – проводность.

Герконовые, ферридовые и гезаконовые соединители отличаются от МКС типом коммутационных устройств. Аналогичным образом строятся и электронные соединители. В них используются диоды, транзисторы, оптроны.