Принцип работы автоматических телефонных станций

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Коммутационными приборами КП называются устройства, с помощью которых можно скачкообразно изменять состояние проводимости электрических цепей (замыкать или размыкать их) на определенный промежуток времени. Такое изменение проводимости электрической цепи можно осуществить двумя способами: механическим соприкосновением двух токоведущих поверхностей электрической цепи - контактным путем или изменением параметров одного из элементов цепи (сопротивления, емкости, степени намагниченности этого элемента) - бесконтактным путем. В соответствии с этим различают контактные и бесконтактные КП. По количеству одновременно коммутируемых электрических цепей КП делятся на однопроводные и многопроводные. Однопроводные КП позволяют изменять состояние проводимости только одной электрической цепи ( I =1, где I -- число одновременно коммутируемых цепей). Многопроводные КП обеспечивают одновременное воздействие на две или более электрические цепи (I>2). По способам управления все КП можно разделить на приборы ручной и автоматической коммутации. К приборам ручной коммутации относятся устройства, управляемые механическим воздействием человека в соответствии с полученной адресной информацией, различные кнопочные переключатели, ключи, телефонные гнезда и штепселя. Остальные КП, управляемые электрическими сигналами, относятся к группе коммутационных приборов автоматической коммутации.

Приборы автоматической коммутации в соответствии с их структурными параметрами можно разделить на четыре вида: реле, искатели, многократные соединители и соединители. Коммутационный прибор, имеющий один вход и один выход, два устойчивых состояния и переходящий из одного состояния в другое под действием сигнала, поступающего из устройства управления, называется реле (рис. 2.1а). При однородной I-проводной коммутации в одном состоянии реле отсутствуют соединения между всеми l проводами входа и выхода, а в другом, между входом и выходом устанавливается I-проводное соединение. Местоположение одного коммутационного элемента принято называть точкой коммутации. Условное изображение в координатном и символическом начертаниях показано на рис. 2.1 (б и в). При неоднородной коммутации в одном состоянии реле отсутствует соединение между i проводами входа и выхода при наличии (l--i) проводного соединения между ними. В другом состоянии, наоборот, устанавливается i-проводное соединение (0<i<l) и нарушается (l--i)-проводная связь между входом и выходом реле.

Коммутационный прибор с одним входом и m выходами, обеспечивающий выбор одного из m выходов и подключение к нему входа, называется искателем (рис. 2.1г). Искатели характеризуются числом выходов m (m>2) и проводностью I (I> 1). Условное изображение искателя в координатном и символическом начертаниях показано на рис. 2.1 д и е.

Коммутационный прибор, имеющий nхm выходов и n входов, каждый из которых может быть подключен к любому из m определенных, только ему доступных выходов, называется многократным соединителем. Такой прибор представляет собой конструктивное объединение n устройств с одним входом и т выходами (рис. 2.1 ж). Многократные соединители характеризуются: числом входов (n) и числом выходов (т), доступных одному входу, и их проводностью I. Условное изображение многократного соединителя в координатном и символическом изображениях показано на рис. 2.1з и и.

Соединителем называется коммутационный прибор (рис. 2.1 к),. имеющий n входов и m выходов, в котором может быть установлено соединение любого из n входов с любым из m выходов, причем одновременно может быть установлено m соединений, если n> т, или n соединений, если n<т. На рис. 2.1л и м приведены его координатное и символическ изображения.

К приборам автоматической коммутации предъявляют ряд требований: они должны обладать

- высоким коммутационным коэффициентом, (под которым понимают отношение

К_к=R_раз/R_зам,

где R_раз и R_зам,-- сопротивление между входом и выходом КП в состоянии размыкания и замыкания соответственно;)

- большой проводностью,

- высокой чувствительностью

- малым временем действия;

- стабильностью,

- надежностью и долговечностью работы;

- малой стоимостью.

Поскольку конечной целью коммутационных процессов является образование соединительного тракта между абонентами, то требованиям коммутации разговорных цепей наиболее полно удовлетворяют контактные коммутационные приборы, обеспечивающие высокий коммутационный коэффициент К_к=10⁹-10¹². К таким приборам, главным образом, относятся различные электромагнитные реле, электромеханические искатели и соединители.



1. Электромагнитные реле

1.1 Виды электромагнитных реле

Существует большое число типов реле, отличающихся принципами действия, конструкцией, скоростью работы и т. д. Например; по виду управляющего тока разделяют реле постоянного тока и реле переменного тока. Наибольшее распространение в технике связи нашли электромагнитные реле. Электромагнитные реле называются поляризованными, если их магнитная система содержит постоянные магниты, и нейтральными или просто электромагнитными, если магнитная цепь реле постоянных магнитов не содержит. Контакты реле могут быть открытыми (реле с открытыми контактами) и изолированными от внешней среды -- герметизированными (герконовые реле). В схемах телефонной коммутации обычно применяются нейтральные электромагнитные реле постоянного тока с открытыми и с герметизированными контактами.

1.1.1 Электромагнитные реле с открытыми контактами

Рис. 1. Устройство электоромагнитных реле

Магнитная система таких реле, выполнена из магнитомягкой стали с малой остаточной намагниченностью; состоит из сердечника 1, якоря 2 и основания 3 (рис. 1а) или из сердечника 1, составляющего одно целое с основанием, и якоря 2 (рис. 1б). На сердечнике между щеками катушки 4 размещается обмотка 5, выполняющая функции управляющего входа реле. Для обмоток обычно используется медный эмалированный провод марки ПЭЛ или ПЭВ диаметром 0,06--1,0 мм. На основании размещается исполнительная часть реле - контактная система. Она состоит из контактных пружин 6, контактов 7 и стойки 8. Пружины обычно выполняются из медно-цинкового сплава - нейзильбера, обладающего значительной упругостью и хорошей электропроводностью. Контакты изготовляются из материала, имеющего высокую электропроводность, достаточную механическую прочность, устойчивость против коррозии и электрической эрозии.

В зависимости от величины и вида протекающего тока для изготовления контактов используют следующие материалы; цепями с индуктивной нагрузкой и токами до 0,2 А - серебряные контакты, при токах до 1 А - контакты из платины с добавкой иридия, а для реле датчиков импульсов (токи 2--3 А) - контакты из вольфрама.

В положении покоя между сердечником 1 и якорем 2 за счет действия возвращающей пружины (на рис. 1 она не показана) и контактных пружин образуется воздушный зазор величиной д. При пропускании по обмотке 5 тока возникает магнитный поток, основная часть которого Ф₀ замыкается по цепи: сердечник 1, воздушный зазор д, якорь 2, основание 3 (рис. 1а) или сердечник 1, воздушный зазор д, якорь 2 (рис. 2.2). На якорь реле действует тяговое усилие F

F = кФ₀²,

где k -- коэффициент, учитывающий параметры магнитной цепи и величину воздушного зазора.

Если величина тягового усилия F больше противодействующих усилий якоря, контактных и возвращающих пружин Q, то якорь притягивается к сердечнику. Величина перемещения якоря д_я называется - ходом якоря. Полному притяжению якоря к сердечнику препятствует размещенный на нем штифт отлипания 9 или пластина отлипания 9', толщиной д₀. Поэтому ход якоря меньше воздушного зазора д и составляет д _я = д - д₀.

При притяжении якоря контакты прижимаются друг к другу (рис. 1а) с определенным давлением, называемым - контактным давлением. От величины контактного давления зависит электрическое сопротивление, которое при его номинальном значении составляет примерно - 0,01 Ом.

При выключении цепи тока исчезает магнитный поток, удерживающий якорь у сердечника. Под действием контактных и возвращающей пружин якорь и контактные пружины возвращаются в исходное положение. Процесс перехода реле из исходного состояния в рабочее называется срабатыванием, а обратный процесс - отпусканием реле.

Коммутационные возможности реле определяются количеством и видом контактных пружин, устанавливаемых на реле. В табл. 1 приведены основные контактные элементы, представляющие собой комбинацию контактных пружин, которые могут образовывать электрический контакт друг с другом, и их условные обозначения в исходном (бестоковом) состоянии реле.

Таблица 1. Основные контактные элементы реле

Обозначение	Вид контактного элемента	Конструкция	Условно-графическое обозначение
З	Замыкание
Р	Размыкание
П	Переключение
БП	Безразрывное переключение
СР	Сдвоенное размыкание
СЗ	Сдвоенное замыкание

Контактные элементы образуют контактные группы. Каждая контактная группа содержит от двух до шести контактных пружин. Реле может иметь до четырех контактных групп. Название каждой контактной группы образуется из сокращенных наименований ее контактных элементов виде прямоугольника и обозначают прописной буквой, а его контактные элементы -- той же, но строчной буквой. Внутри прямоугольника может быть указана величина сопротивления обмотки реле (рис. 1в).

Из многих разновидностей нейтральных электромагнитных реле с открытыми контактами массовое применение в автоматической коммутации нашли реле РПН, РЭС-14 и отчасти РЭС-9. Магнитная система реле РПН показана на рис. 1б, а реле РЭС-14 -- на рис. 1а. Реле РПН имеет простую конструкцию. Большинство его деталей изготовляется методом штамповки. Катушка реле может содержать одну, две или три обмотки. Контактная система реле позволяет устанавливать от одной до трех контактных групп при общем числе контактных пружин от 2 до 18. Число срабатываний реле (срок службы) составляет 10⁶. Основными недостатками реле являются большие габариты, неуравновешенный тяжелый якорь. По сравнению с реле РПН реле РЭС-14 имеет меньшие габариты, большие коммутационные возможности (содержит до 24 контактных пружин) и больший срок службы -- около 10⁸ срабатываний. Малогабаритное реле РЭС-9 применяется в тех случаях, когда основными требованиями являются малые габариты и быстродействие. Оно содержит две группы контактов на переключение. Реле защищено алюминиевым чехлом и приспособлено для размещения на плате с печатным монтажом Срок службы невелик -- меньше 10⁵ срабатываний.



1.1.2 Реле с герметизированными контактами

Реле с герметизированным контактом (геркон) на замыкание (рис. 2) представляет собой две плоские пружины 1, изготовленные из пермаллоя (железоникелевого сплава с высокой магнитной проницаемостью и малой остаточной намагниченностью).

Рис. 2. Устройство геркона: а)-замыкающий, б)- переключающий.

Пружины полностью изолированы от окружающей среды, для чего помещены в заполненный инертным газом, стеклянный баллон 2. Диаметр баллона 3--5 мм, длина 30--50 мм. Пружины расположены так, что их внутренние концы, покрытые тонким слоем золота, имеют некоторое перекрытие. Такой геркон (или их группу) размещают внутри катушки с обмоткой помещенной в ферромагнитном корпусе последний выполняет роль магнитопровода и экрана. Такое устройство называется герконовое реле. При прохождении тока через обмотку возникает магнитный поток, который замыкается через корпус и контактные пружины. Под действием разности магнитных потенциалов в зазоре контактные пружины притягиваются друг к другу, образуя электрический контакт. При выключении тока пружины под действием сил упругости размыкаются.

Герметизированный контакт на переключение, кроме двух подвижных пружин из пермаллоя, имеет неподвижную пружину, изготовленную из немагнитного материала. В исходном состоянии (при отсутствии тока в обмотке) свободный конец нижней подвижной пружины прижат силой упругости к неподвижной пружине. При подаче тока в обмотку подвижные пружины намагничиваются, нижняя подвижная пружина отрывается от неподвижной пружины и притягивается к верхней подвижной пружине. При включении питания нижняя подвижная пружина под действием сил упругости возвращается в исходное положение.

Герконовые реле имеют достаточно высокую надежность (число срабатываний до 10⁹), малое время срабатывания и отпускания, стабильное сопротивление контакта и небольшую потребляемую мощность. Наиболее широко для целей коммутации используются герконовые реле РЭС-46 и РЭС-55 с одной контактной группой на замыкание и переключение соответственно и реле РЭС-51 с шестью контактными группами.

Феридовым реле или феридом называется герконовое реле, магнитная система которого изготовлена из магнитного (ферритового) материала с прямоугольной петлей гистерезиса, обладающего достаточной для срабатывания и удержания герконового контакта остаточной намагниченностью.

Рис 3. Принцип действия феридового реле

При прохождении через обмотку постоянного тока I₃ достаточной амплитуды контактные пластины замыкаются и остаются в замкнутом состоянии за счет остаточного намагничивания сердечника. Для размыкания пластин через обмотку пропускают импульс тока I_Р противоположной полярности с тем, чтобы снять остаточное намагничивание. При этом ток не должен превышать определенной величины. В противном случае возникает обратный магнитный поток, сила которого может оказаться достаточной для вторичного замыкания пластин. Чтобы снять ограничения, налагаемые на величину тока выключения, в фериде вместо одного используют два магнитопровода (рис.3б). В этом, так называемом, параллельном фериде используются методы параллельного и последовательного намагничивания (рис.3в). Параллельное намагничивание осуществляется равными по величине и совпадающими по направлению токами подаваемыми в обе обмотки (контакты замыкаются). Последовательно намагничивание осуществляется токами равной величины, но противоположными по направлению !_р (контакты размыкаются). Основным достоинством феридовых реле является возможность удержания в замкнутом состоянии без потребления энергии и возможность управления импульсами, длительность которых (10--15 мкс) меньше необходимого для замыкания герконовых контактов (0,5 мс), так как время изменения намагниченности магнитной системы ферида достаточно мало.



2. Основные характеристики и временные параметры электромагнитных реле

Движение якоря реле (пружин геркона) происходит под действием силы F, которую называют тяговой. Ее величина зависит от магнитного потока Ф, действующего на якорь (пружины геркона):

F = к₁Ф².

Главная составляющая потока Ф определяется магнитным потоком в воздушном зазоре Ф₀. Величина Ф₀ согласно закону Ома для участка магнитной цепи может быть рассчитана по формуле

Ф₀ = k₂W/ д

где I -- ток в обмотке реле и W -- число ее витков, а д --величина воздушного зазора.

Полагая Ф~Ф₀, получим

F = kI²/ д

В приведенных выражениях через к₁, к₂ и к обозначены соответствующие коэффициенты пропорциональности.

Зависимость изменения тяговой силы F от величины воздушного зазора д при постоянном значении тока в обмотке / называется тяговой характеристикой реле F = f(д).

Тяговой силе F при перемещении якоря препятствуют механические силы: упругости, трения и др. Зависимость изменения противодействующих сил Q от изменения величины воздушного зазора д называется механической характеристикой реле. Она индивидуальна для каждого реле и определяется типом реле, видом и количеством контактных групп, величиной д и др. Тяговая сила F обеспечивается магнитным потоком Фи определяется величиной тока I в обмотке реле.

Граничные значения токов, при которых реле надежно переходит (или не переходит) из одного состояния в другое, называются паспортными токами реле.

Величина тока в обмотке реле, при которой создается магнитный поток, достаточный для обеспечения наименьшего тягового усилия, необходимого для срабатывания, называется паспортным током срабатывания I_СР.

Наибольшее значение тока в обмотке, при котором реле отпускает, называется паспортным током отпускания I_ОТ.

Например, реле РПН при д = 1,5 мм, д ₀=0,2 мм с одной контактной группой n и двумя np имеет I_СР = 27 и I_ОТ = 3,7 мА. Потребляемая мощность реле при срабатывании в основном зависит от количества установленных контактных элементов и в среднем на один контактный элемент составляет примерно 10--200 мВт.

Для достоверней работы реле требуется некоторый запас надежности по току. Надежность срабатывания реле по току оценивается коэффициентом надежности срабатывания

а надёжность отпускания - коэффициентом надежности отпускания

где I -- значение тока, получаемого обмоткой в рассматриваемой цепи. Величина этих коэффициентов обычно берется в пределах 1,1--2,5. Ток в цепи электромагнитного реле при ее замыкании и размыкании изменяется не мгновенно, а постепенно, что объясняется влиянием индуктивности обмотки реле. Поэтому реле срабатывает и отпускает через некоторые промежутки времени после замыкания и размыкания его цепи, называемые временем срабатывания- t_СР и временем отпускания t_ОТ реле. Эти промежутки времени складываются из времени трогания и времени движения якоря:

где: t_ТР - время трогания при срабатывании (отпускании), т. е. время, необходимое для нарастания (спадания) тока до значения, по достижении которого якорь или пружины геркона начинают двигаться;

t_ДВ - время движения якоря (или пружины геркона) от момента начала трогания до его остановки

По экспериментальным данным время движения якоря составляет примерно 10--40%, а время движения пружин геркона примерно 50--150% от времени трогания. Таким образом, можно полагать

для реле с открытыми контактами и для герконовых реле.

В ряде случаев в схемах автоматическом коммутации возникает необходимость увеличения времени действия реле. Это может быть достигнуто разными путями. Чаще всего используют конструктивные или схемные замедлители. Конструктивный замедлитель, применяемый на реле с открытыми контактами, - это медная втулка (трубка) или короткозамкнутая обмотка из неизолированной медной проволоки, располагаемые непосредственно на сердечнике реле. Конструктивный замедлитель электромагнитных реле увеличивает t_СР и t_ОТ неодинаково: в 3--5 раз - время срабатывания (до 80 мс) и в 30-40 раз - время отпускания (до 300 мс).

Основные схемные способы увеличения времени действия реле приведены на рис. 4.

Рис. 4.Схемные способы увеличения времени действия реле

В схеме (рис 4а) реле срабатывает при включении двумя обмотками. После срабатывания реле его контакт на замыкание (а) закорачивает вторую обмотку, образуя замедлитель, действующий только в течение времени отпускания. Замедления при срабатывании эта схема не имеет. Если необходимо иметь замедления только на срабатывания, то в цепи второй обмотки используют контакт на размыкание, создающий замедлитель в состоянии покоя и всего промежутка времени срабатывания реле (рис. 4б). Такая схема удлиняет t_СР и не влияет на t_ОТ.

Активное сопротивление r_Ш подключенное параллельно обмотке реле (рис. в) при включении ее через резистор r, оказывает шунтирующее действие. В результате нарастание тока в обмотке реле замедляется, а время t_СР увеличивается. При выключении реле ток, создаваемый ЭДС самоиндукции его обмотки, замыкается через резистор r_Ш что приводит к увеличению времени отпускания t_OT. Увеличение t_ср в схеме (см. рис.4 в) будет тем больше, чем больше r и меньше r_Ш Включение одного резистора r (рис.) при отсутствии резистора r_Ш позволяет замедлить срабатывание, а одного резистора r_Ш - замедлить отпускание реле.

Если необходимо получить значительное увеличение t_СР то параллельно обмотке реле включают конденсатор большой емкости. В первый момент включения схемы (рис.4г) энергия тока расходуется на заряд конденсатора и нарастание тока в обмотке замедляется, что приводит к увеличению t_СР,. При выключении обмотки ток разряда конденсатора препятствует спаданию тока в обмотке реле и время t_ОТ существенно возрастает. Увеличение t_СР, в схеме (рис. г) тем значительнее, чем больше сопротивление резистора r и емкость конденсатора С, а увеличение t_ОТ - чем больше С и меньше r. При отсутствии резистора r схема будет создавать замедление только на отпускание.



3. Электромеханические искатели

3.1 Шаговые искатели

В коммутационных схемах различного назначения большое распространение получили электромеханические искатели - искатели, в которых коммутация между входом и выходом создается за счет механического контакта скольжения типа «щетка-ламель». Электромеханический искатель имеет три основных части: контактное поле (статор)-совокупность изолированных ламелей, к которым подключается m -проводных выходов искателя; подвижная часть (ротор) - щетки, к которым подключается I-проводный вход искателя; движущий механизм (привод), перемещающий щетки ротора в требуемое положение.

Рис. 5. Шаговый искатель ШИ-11: 1 - цифровой барабан; 2 - стопорная собачка с указателем; 3 - храповик; 4 - движущая собачка; 5 - упор якоря; 6 - токоподводящие щетки; 7 - контактные ламели; 8 - трехлучевые контактные щетки; 9-плоская пружина; 10 -оттягивающая пластина; 11 - корпус электромагнита; 12 - катушка электромагнита; 13 - ось якоря; 14 - якорь; 15 - пластина отлипания

По характеру привода различают искатели: шаговые, машинные, моторные и др. Искатели, в которых каждый импульс тока, воздействующий на привод, перемещает его щетки на один шаг (с одной ламели контактного поля на другую), называются шаговыми рис.(5). Кинематическая схема шагового искателя, совершающего одно вращательное движение, приведена на рис. (6.)

Рис. 6. Кинематическая схема шагового искателя

При поступлении импульса тока в обмотку электромагнита ЭМ якорь Я притягивается к сердечнику и с помощью движущей собачки С, упирающейся в зуб храпового колеса X, перемещает щетки Щ на один шаг. По окончании импульса тока якорь под действием пружины П возвращается в исходное положение. При этом движущая собачка, скользя по скосу зуба храпового колеса, попадает в следующую его впадину. При повторном импульсе якорь вновь притягивается и щетки перейдут на следующую ламель. Таким образом, в зависимости от числа поступивших импульсов щетки переместятся на соответствующее число шагов и подключат вход к соответствующему выходу искателя.

В коммутационной аппаратуре нашли применение шаговые искатели ШИ-11, ШИ-17, ШИ-25. Шаговые искатели ШИ-11, ШИ-17 близки по конструкции и различаются емкостью поля и формой щеток. Контактное поле искателей ШИ-11 и ШИ-17 в зависимости от величины проводности имеет от трех до пяти (/ = 3--5) изолированных друг от друга рядов отдельных пластин -- ламелей, расположенных по дуге б=120° (ШИ-11) или 180° (ШИ-17). Поскольку полный поворот щеток за один цикл работы искателя, т. е. при обходе всех m контактов поля одним лучом щеток составляет часть окружности, то искатель ШИ-11 имеет трехлучевые щетки, расположенные через 120°, а ШИ-17 -- двухлучевые, расположенные через 180°. Емкость поля искателей составляет: для ШИ-11 m =10 и для ШИ-17 m =15 выходов (линий).

3.2 Декадношаговые искатели

Рис. 7. Декадношаговый искатель ДШИ-100

Рис. 8. Декадношаговый искатель ДШИ-100 (упрощённая схема)

Искатель ДШИ-100 характеризуется декадным (десятичным) построением поля и шаговым подъемно-вращательным движением щеток. Контактное поле искателя (рис. 8) состоит из трех расположенных одна над другой секций a, b и с, каждая из которых содержит 10 рядов контактных ламелей. В каждом ряду -- декаде установлены 10 ламелей, расположенных по дуге (для упрощения на (рис. 8а) показана лишь одна секция, a схема их расположения -- на (рис. 8б). Декады и ламели поля внутри каждой секции имеют тождественно одинаковую нумерацию (снизу вверх и слева направо), причем для обозначения числа 10 использована цифра 0. Искатель трехпроводный: имеет три контактные щетки -- а, b и с, устанавливаемые на роторе одна под другой в соответствии с секциями контактного поля. Ротор Р, расположенный свободно на вертикальной оси, кроме щеток Щ имеет храповой полуцилиндр ХП и сцепленную с ним зубчатую рейку ЗР. Движущий механизм состоит из двух электромагнитов - подъема ПЭ и вращения ВЭ, их якорей с движущими собачками - подъема ПС и вращения ВС.

Для установления щеток на любой из включенных в поле искателя линии от номера 11 до номера 00 (первая цифра указывает номер декады, а вторая -- порядковый номер ламели внутри ряда) ротор со щетками совершает из исходного положения (щетки внизу вне поля) два движения: первое - подъемное вдоль вертикальной оси Р и второе - вращательное (после подъемного движения). Искатель управляется импульсами тока, которые вначале поступают в обмотку подъемного электромагнита ПЭ, а затем в обмотку вращающего электромагнита ВЭ. В исходном положении - щетки внизу вне поля. При замыкании цепи электромагнит ПЭ притягивает свой якорь и захватывает движущей собачкой ПС зуб рейки ЗР. Щетки поднимаются на один шаг вверх по вертикали. После окончания импульса тока электромагнит ПЭ отпускает свой якорь, который под действием пружины П1 возвращается в исходное состояние. Собачка ПС западает в следующую впадину зубчатой рейки ЗР и захватывает очередной зуб для последующего подъемного движения. При этом обратному скольжению щеток с ротором препятствует стопорная собачка (на рис. 2.11 не показана). При каждом последующем импульсе тока в обмотку ПЭ процесс повторяется. Число импульсов, поступивших в обмотку ПЭ, определит номер декады, напротив которой остановятся щетки.

При поступлении импульса тока в обмотку ВЭ движущая собачка ВС захватывает зуб храпового полуцилиндра ХП и поворачивает щетки вправо вдоль выбранного ряда на один шаг. После окончания импульса тока якорь ВЭ под действием пружины П2 возвращается в исходное положение. Движущая собачка ВС западает в следующий паз храпового полуцилиндра ХП и подготавливается к очередному перемещению щеток. Количество шагов вращения, совершаемых щетками внутри декады, равно числу импульсов тока, поступивших в обмотку ВЭ. Например, показанное (на рис. 8) положение щетки а, которая установлена в третьей декаде на пятой ламели, получено после подачи трех импульсов тока в обмотку ПЭ и пяти -- в обмотку ВЭ. Аналогичное положение в своих секциях будут занимать щетки b и с, так как все они закреплены на одном роторе и движутся одновременно. В результате -и выходом проводной поля.

После окончания соединения щетки должны возвратиться в исходное положение. Для этого в обмотку ВЭ подаются дополнительные импульсы. Щетки выходят за пределы поля, под действием силы тяжести и пружины, расположенной на вертикальной оси (на рис. 8 не показана), падают вниз, поворачиваются влево и устанавливаются в исходное положение. Таким образом, щетки искателя при каждом цикле действия описывают замкнутый четырехугольник.

Сопротивления контакта щетка-ламель у электромеханических искателей обычно не более 2 Ом. Время установления одного соединения (при скорости движения щеток 25-35 шагов в секунду) составляет примерно 200-700 мс. Срок службы 2х10⁵ рабочих циклов без регулировки и ремонта.

На функциональных и принципиальных схемах при изображении шаговых и декадно-шаговых искателей применяют условные обозначения, Обмотки электромагнитов так же, как обмотки реле, изображают в виде прямоугольников.



4. Многократные координатные соединители

Рис. 9. Вертикали двухпозиционного МКС на10 выходов

Вместо ненадежного скользящего контакта типа «щетка-ламель» электромеханических искателей в многократных соединителях используются контакты давления, приводимые в действие электромагнитами. Многократные соединители, управляемые по системе прямоугольных координат, называют-ся -многократными координатными соединителями МКС. Основным конструктивным узлом МКС является вертикальный блок или вертикаль. Количество вертикалей в МКС определяется числом его входов и соответственно равно n. Контактное поле каждой вертикали содержит / неподвижных струн НС (на рис. 9 показаны НС -- а, b, /), в которые включается /-проводный вход МКС и m групп плоских контактных пружин КП по / пружин в группе [на рис. 9 число групп (выходов вертикали) m=10]. Плоские КП изготовляются из нейзильбера и имеют на концах, обращенных в сторону НС, полуцилиндрические контакты. Контакты и неподвижные пружины делают из серебра. В каждую из m групп плоских КП включается /-проводный выход (на рис. 9 показано включение первого и указана нумерация остальных выходов вертикали). Кроме того, в состав вертикали входят якорю которого прикреплена вертикальная удерживающая рейка УР -удерживающий электромагнит УЭ, (рис. 10).

Рис 10. Конструкция МКС

Отечественные МКС содержат 10 или 20 вертикалей (на рис. 10 показаны только первая и последняя вертикали без контактных полей). Перпендикулярно УР расположены горизонтальные выбирающие рейки ВР. Каждая горизонтальная ВР управляется парой выбирающих электромагнитов ВЭ. Под действием одного из них якорь выбирающей рейки ЯВР притягивается и обеспечивает ее поворот на некоторый угол. На горизонтальной выбирающей рейке укреплены выбирающие пальцы ВП, изготовленные из гибкой стальной проволоки (на рис. 9 показано сечение ВП, причем их диаметр сильно увеличен). Общая компоновка узлов рассматриваемого МКС и расположение ВЭ показаны на рис. 11.



Рис. 11. Эскиз МКС

Конструкция МКС позволяет соединять вход какой-либо вертикали с любым из ее выходов. Для этого вначале выбирается горизонтальный ряд контактных пружин, в который включен коммутирующий выход, а затем - вертикаль, в которую включен коммутируемый вход. Такие МКС называются двухпозиционными, поскольку соединение в них устанавливается в двух позициях и совершается в следующие два этапа.

1. Срабатывает выбирающий электромагнит, номер которого совпадает с номером коммутируемого выхода. Например, для коммутации второго выхода должен срабатывать ВЭ2. Якорь ВЭ2, притягиваясь к сердечнику, поворачивает первую выбирающую рейку вокруг ее оси так, что свободные концы выбирающих пальцев этой рейки оказываются в верхнем положении. Тем самым пальцы устанавливаются на уровень второго горизонтального ряда контактных пружин во всех вертикалях (на рис. 9 положение пальца, сместившегося кверху в результате срабатывания ВЭ₂, показано пунктирным кружком).

2. Срабатывает удерживающий электромагнит вертикали, в которую включен коммутируемый вход.

Якорь этого электромагнита поворачивает вправо свою УР. Вышедший из исходного положения выбирающий палец зажимается между вертикальной планкой и гетинаксовым упором УП второго горизонтального ряда подвижных контактных пружин (см. центральную часть рис. 10). Движение планки через зажатый палец передается упору, в результате контактные пружины, опиравшиеся на этот упор, высвобождаются и под действием собственного предварительного напряжения прижимаются к соответствующим неподвижным струнам. Таким образом, вход вертикали подключается ко второму выходу. Остальные выходы не коммутируются, так как пальцы других выбирающих реек свободно проходят между упорами.

После срабатывания УЭ выбирающий электромагнит ВЭ₂ отпускает и выбирающая рейка возвращается в исходное положение. Один выбирающий палец рейки прижат удерживающей рейкой сработавшего УЭ, но выбирающая рейка сохраняет свою подвижность и может использоваться в дальнейшем для установления соединений в других вертикалях.

В одной вертикали может создаться только одна точка коммутации, которая сохраняется до тех пор, пока не отпустит УЭ данной вертикали. Общее количество соединений, поочередно установленных в одном МКС, может равняться числу вертикалей.

Для обозначения коммутационных характеристик МКС используют условную запись вида n х m х х l, где п -- количество вертикалей, т -- емкость поля вертикали (число выходов) и l -- проводность коммутируемых входов и выходов. Выпускаемые промышленностью унифицированные МКС позволяют монтировать 10 или 20 вертикалей, 5 или 6 горизонтальных реек и соответственно 12 или 6 контактных пружин в группе. Такая конструкция позволяет образовывать как двухпозиционные МКС с параметрами 20х10х6 или 10x10x12, так и трехпозиционные МКС с параметрами 10x20x6 или 20х20х3.

В трехпозиционных МКС, например 20х20х3, устанавливается шестая переключающая горизонтальная рейка ПР, управляемая двумя переключающими магнитами ПЭ₁ и ПЭ₂ (рис. 2.16). Каждая горизонтальная группа контактов вертикали разделена на две подгруппы по три пружины. Таким образом в каждую из 20 подгрупп включаются 20 трехпроводных выходов вертикали. При этом вход вертикали подключается не к неподвижным струнам, а к запараллеленным контактным пружинам, расположенным в одном ряду с магнитами ПЭ1 или ПЭ2. Соединение устанавливается после срабатывания трех электромагнитов: выбирающего ВЭ (выбирающего горизонтальную группу контактов), ПЭ (выбирающего горизонтальную подгруппу контактов) и УЭ соответствующей вертикали (подключающего требуемую подгруппу контактов к ее выходу). Для примера на рис. 12 переключаемые в результате работы электромагнитов ПЭ1 и вЭ1 контакты показаны в виде зачерненных полусфер. После срабатывания УЭ этой вертикали к ее выходу будет подключен первый выход.

Рис. 12. Схема трёхпозиционного МКС на 20 трёхпроводных выходов

Время установления одного соединения в МКС определяется временем срабатывания его электромагнитов и составляет в среднем около 50 мс. Сопротивление между входом и выходом вертикали обычно меньше 0,1 Ом. Срок службы МКС в пересчете на одну точку коммутации составляет примерно 3х10⁶.



5. Соединители на герконовых реле и элементах электронной коммутации

Для образования соединений между входами и выходами в соединителях используются герконовые, феридовые, гезаконовые реле или элементы бесконтактной коммутации. На базе отдельных одно- или двухобмоточных герконовых реле выполняются герконовые соединители МГС. Упрощенная схема МГС на 8 выходов с использованием 64 двухобмоточных герконовых реле приведена на рис. 13. Каждой точке коммутации разговорного тракта соответствует одно двухобмоточное герконовое реле ГР, которое своей первой обмоткой включается в вертикальную и горизонтальную цепи управления. Для коммутации /-проводного разговорного тракта каждое реле имеет / герконов на замыкание (на рис. 13 показан один геркон для коммутации провода а). При установлении соединения, например, входа / с выходом 8 на первую обмотку

Рис. 13. Упрощённая схема однопроводного МГС с ёмкостью

реле ГР81 подается управляющий импульс тока (плюс -- из схемы включения по вертикали, а минус -- из схемы включения реле по горизонтали). После срабатывания реле блокируется и продолжает удерживать через собственный контакт гр₈₁ и вторую обмотку реле, получая плюс из схемы управляющего устройства. Благодаря замыканию герметизированного контакта rp₈i осуществляется подключение первого входа к восьмому выходу МГС. С целью развязки электрических цепей срабатывания первые обмотки реле ГР включаются через диоды. После окончания соединения цепь удержания реле ГР81 нарушается и схема возвращается в исходное состояние.

Для целей коммутации разговорного тракта разработаны МГС 8x8x2 и 8x8x4, обеспечивающие соответственно двух- и четырехпроводную коммутацию. Время установления одного соединения в таких МГС не превышает 2 мс.

Из отдельных феридов выполняется многократный феридовый соединитель МФС, в каждой точке коммутации которого устанавливается ферид с соответствующим числом контактов. Поскольку ферид имеет магнитную блокировку, для удержания его в рабочем состоянии не требуется дополнительного контакта. Ферид срабатывает только при условии одновременного поступления импульса тока в обе его обмотки. Если ферид был в рабочем состоянии, то поступление импульса тока в одну лишь обмотку приводит к его отпусканию (выключению).

Первые обмотки феридов МФС соединяются последовательно и образуют горизонталь. Аналогично соединяются последовательно между собой вторые обмотки феридов, затем вертикали и горизонтали запараллеливаются. Соединение обмоток МФС, имеющего 8 входов и 8 выходов, приведено на рис. 14.



Рис. 14. Схема соединения обмоток МФС ёмкостью

Для МФС с указанными структурными параметрами требуется 64 ферида, которые образуют восемь горизонтальных и восемь вертикальных рядов. Работой МФС управляет импульсный генератор, который с помощью управляющего устройства может быть подключен к любой горизонтали и любой вертикали. Если, например, требуется установить соединение между первым входом и первым выходом, то импульсный генератор с помощью управляющего устройства подключается к первой вертикали и первой горизонтали МФС. Импульс тока поступает в горизонтальную и вертикальную обмотки ферида Ф11 и он срабатывает. Вследствие этого замкнутся герконы ферида и первый вход подключается к первому выходу. После прекращения управляющего импульса ферид останется в рабочем состоянии за счет остаточного намагничивания без потребления тока. Другие фериды, находясь в цепи срабатывания Ф₁₁, не будут возбуждаться, так как импульс тока будет проходить лишь через одну их обмотку.

Разновидностью многократного герконового соединителя с магнитным удержанием является соединитель, в котором в точке коммутации установлен гезакон. Схема включения его обмоток аналогична схеме включения феридов в МФС. Однако соединитель такого типа имеет ряд преимуществ по сравнению с МФС: меньшие размеры, меньшее число деталей, в несколько раз меньшие токи управления и импульсные помехи.

Простейшие схемы электронных контактов приведены на рис. 15.

Рис. 15. Схемы электронных контактов

Схема ЭК на диодах показана на рис. 15а. Разговорный тракт проходит через два трансформатора, связь между которыми осуществляется через два диода, включенных навстречу друг другу. В разомкнутом состоянии ЭК на диоды подается запирающее напряжение. В цепь связи между трансформаторами вносится большое затухание. При изменении полярности напряжения на управляющем входе УУ (на рисунке сигналы на УУ в рабочем состоянии указаны в скобках, а в исходном -- без скобок) оба диода открываются н создается цепь для разговорных токов.

Таким образом, изменяя полярность на УУ, можно управлять электронным контактом. Схема ЭК на транзисторах показана на рис15б. Для замыкания такого ЭК достаточно подать отрицательное напряжение на базы транзисторов. Работа электронного контакта на магнитном элементе с прямоугольной петлей гистерезиса (рис. 15в) основана на свойстве ферромагнетиков изменять величину магнитной проницаемости в зависимости от величины напряжения на УУ. Соединители, в которых для образования точки коммутации используются ЭК, называются электронными соединителями. Принцип построения электронного соединителя на n входов и m выходов показан на рис. 16.



Рис. 16. Структурная схема электронного соединителя ёмкостью

электромагнитный реле электронный телефонный

Каждая из n горизонталей и m вертикалей электронного соединителя связана с определенным входом и выходом через трансформаторы. Выбор и переключение требуемого контакта производится электронным устройством управления УУ. В установлении соединения между входом и выходом принимает участие только один ЭК. Например, для установления соединения между n входом и m выходом достаточно подать управляющее напряжение на вход электронного контакта ЭК_пт. Время установления одного соединения в электронном соединителе невелико - порядка нескольких микросекунд.

Электронные элементы, используемые в схемах управления, должны обладать быстродействием, большим сроком службы, малыми габаритами, незначительным расходом электроэнергии и возможностью выполнения в схемах автоматики основных логических операций. Для этого применяются схемы совпадения, собирательные схемы, схемы инверторов.

Схема совпадений (схема И)- представляет собой устройство с несколькими входами и одним выходом (рис. 17а), в котором сигнал на выходе появляется только в том случае, если одновременно имеются сигналы на всех входах. Схеме совпадений, очевидно, будет аналогично последовательное включение контактов нескольких реле (рис. 17б). На электронных элементах схема реализуется, например, на диодах (рис. 17в) или на транзисторах (рис. 17г).

Рис. 17. Элементарные логические элементы

Собирательная схема (схема ИЛИ) представляет собой устройство, в котором сигнал на выходе появляется при поступлении сигнала на любом из ее входов (рис. 17д). На рис. 17е, ж и з представлены релейный аналог, диодный и транзисторный варианты схемы ИЛИ соответственно.

Схема инвертора (схема НЕ) является схемой, в которой сигнал преобразуется в сигнал противоположной полярности (рис. 17и), т. е. если на вход схемы подается положительньпй потенциал, то на выходе потенциал будет отрицательным, и наоборот. На рис. 17л и к показаны схема инвертора на транзисторе и ее релейный аналог.

Из набора перечисленных логических схем можно получить схемы электронной автоматики для выполнения заданных логических функций по управлению установлением соединения. Компоненты таких схем (диоды, транзисторы, резисторы и т. д.) имеют различную технологию изготовления, конструкцию, индивидуальные выводы. Это обусловливает большое число паек при монтаже схем и тем самым снижает их надежность. Этих недостатков лишены интегральные схемы, в которых каждый из их компонентов является частью конструктивно-технологического объединения, выполняемого на общем кристалле; компоненты электрически соединены между собой и заключены в единый корпус с общими выводами. Интегральные схемы выпускаются в виде серий (ряда) модулей, каждый из которых реализует одну или несколько логических функций. Параметры интегральной схемы выбираются исходя из ее конкретного назначения.

Размещено на Allbest.ru

...