Багатоланкові ступені шукання координатних АТС

Електромеханічні шукачі.

Найпростішим комутаційним приладом є електромагнітне реле, з однієї або декількома обмотками, що виконує функції керуючих елементів реле. Комутаційні елементи реле - контактні групи, що складаються з механічних контактів і підключають вхід до одному з виходів (рис. 6.1 а). На схемах поруч із прямокутником, що позначає обмотку реле, указують номери виходів цієї обмотки, а усередині прямокутника - опір обмотки в Омах. Біля контактних пружин указують їхню двозначну нумерацію. Конструкція і регулювання реле, що застосовуються у приладах АТС, розглянуті в [14, 25].

Рис 6.1. Структурна схема реле (а) та крокових шукачів

У декадно-крокових системах АТС використовуються обертальні крокові шукачі ШИ-11 з числом робочих виходів m=10 (в АТС-47), і ШИ-17 з m=15 (в АТС-54). Трьохпроводовий вхід шукача зв'язаний із щітками а, b, з (рис 6.1). Умовні позначки крокових шукачів на структурних і функціональних схемах приведені на рис. 6.2 а, б.

Основним комутаційним приладом АТСДК є декадно-кроковий шукач ДШИ-100, щітки якого для установки на необхідному виході роблять два рухи:

піднімальне і обертальне (під впливом двох електромагнітів). Вхід шукача ДШИ підключений до трьох щіток, а виходи включаються в контактне поле, що складається з трьох сегментів (а, b, с). Кожен сегмент містить десять горизонтальних дугоподібних рядів контактних ламелей, названих декадами. У кожній декаді десять ламелей. Таким чином, загальна ємність ДШИ дорівнює 100 трьохпроводових виходів.

В системах електромеханічних АТС комутаційне поле будується за допомогою шукачів, які відносяться до багато-позиційних комутаційних приладів типу (1´m), що володіють властивостями пам’яті.

В АТС ДК використовуються крокові шукачі ШИ-11 і ШИ-17, на ступені попереднього шукання ШИ-25 і ШИ-50 для підключення контрольно-вимірювальної апаратури до штативів з приладами АТС, а також ДШИ -100 та ДШИ-100М.

Шукачі класифікуються:

- по принципу дії привода: крокові, моторні з індивідуальним електромагнітним приводом і машинні з груповим приводом від загального електродвигуна;

- по кількості і виду рухів, що здійснює ротор з щітками: з одним рухом щіток (обертальні), з двома рухами щіток (підйомно-обертальні, обертально-радіальні);

- по структурі контактного поля: з декадною і не декадною побудовою поля.

Рис.6.2.

До основних структурних (комутаційних) параметрів шукачів відносяться:

- ємність контактного поля m, що дорівнює числу його виходів;

- провідність комутуючих з’єднань l, що визначається числом щіток шукачів, до яких може підключитися комутуюча лінія.

Комутуючим елементом в шукачах являється контакт між щіткою і ламелю, а комутаційною групою – сукупність контактів між щітками шукача і ламелю відповідних рядках контактного поля.

До технічних параметрів шукача відносять:

- швидкість руху щіток шукачів;

- середній час комутації t_к, тобто час необхідний для з’єднання входу з одним з виходів;

- потужність;

- строк служби (число циклів руху щіток по ламелям поля).

В шукачах будь-якого типу розрізняють три основні частини:

1. Контактне поле (статор) – сукупність ізолюючих ламелей, до яких підключається l – провідних виходів шукача (абонентські лінії, з’єднувальні лінії до інших АТС).

2. Рухома частина (ротор) – щітки, до яких підключається l-провідний вхід шукача.

3.Рухоме обладнання, що служить для руху ротора в потрібний для встановлення з’єднання стан і для послідуючого повернення ротора (і щітки) в початкове положення.

Принцип роботи.

При надходженні імпульсу струму в обмотку електромагніта ЕМ якір Я притягується до серцевини і за допомогою ведучої собачки ВС, що упирається в зуб храпового колеса Х, зміщує щітки Щ на один крок. По закінчені імпульсу струму якір під впливом пружини ВП повертається в початкове положення. При цьому ведуча собачка ВС, сковзаючи по скосу зуба храпового колеса, потрапляє в наступну його впадину.

При повторному імпульсі якір знову притягується і щітки перейдуть на наступну ламель; в залежності від числа імпульсів, що поступили, щітки перемістяться на відповідне число кроків і підключать вхід до відповідного виходу шукача.

Шукачі, в яких кожний імпульс струму, що впливає на привід, зміщує його щітки на один крок, називаються кроковими.

Крокові шукачі ШИ-11,ШИ-17 близькі по конструкції і розрізняються ємністю поля і формою щіток. Контактне поле шукачів ШИ-11 і ШИ-17 в залежності від величини провідності мають від трьох до п’яти (l = 3÷5) ізольованих один від одного рядків окремих пластин – ламелей. Контактне поле частіше всього займає 180° чи 120° по колу. В першому випадку для відсторонення холостого пробігу використовується двопроменеві щітки, в другому випадку – трьохпроменеві.

Ємність поля шукачів складає для ШИ-11 m=10 і для ШИ-17 m=15 виходів (ліній). Шукач ШИ-25 має електромагнітний привід зворотної дії (його щітки переміщуються при відпусканні якоря електромагніта).

Широке використання в системах АТС знайшли шукачі з подвійними рухами щіток, що дозволило збільшити ємність контактного поля. До їх числа відносяться декадно-шагові шукачі на 100 ліній з підйомним і обертальним рухами (ДШИ-100, ДШИ-100М).

Контактне поле ДШИ-100 складається з трьох секцій для проводів а, b, с. В кожній секції встановлюється 10 контактних рядів по 10 ламелей в кожній декаді.

Декади і ламелі поля всередині кожної секції мають тотожньо однакову нумерацію (знизу вверх і справа наліво), причому для забезпечення числа 10 використовується цифра 0. Шукач 3-х провідний: має 3 контактні щітки - а, b, с, що встановлені на роторі одна під одною у відповідності з секціями контактного поля.

Для руху щіток в цих шукачах використовується прямий електромагнітний привід. Рухоме обладнання складається з електромагнітів підйому МП і обертання МО, ведучих і стопорних собачок підйому і обертання.

Розглянемо принцип роботи.

В початковому стані ротора щітки а, b, с знаходяться в не полі у лівому нижньому кутку. При надходженні імпульсу постійного струму в електромагніт підйому МП останній, спрацьовуючи, піднімає щітки відповідне число кроків. Щітки встановлюються навпроти потрібної декади. Потім імпульси струму поступають в електромагніт обертання МО.

Для повернення ротора в початковий стан МО повинен знову отримувати імпульси струму до тих пір, поки щітки, обертаючись в попередньому напрямі, не вийдуть за край поля під впливом поверненої пружини і відповідної ваги ротор падає донизу, а потім під впливом тієї ж пружини (що закручується при обертальному русі) обертається вліво до початкового стану.

Відповідно, за один робочий цикл – встановлення з’єднання і повернення в початкове положення – кінці щіток описують чотирикутник, тому ДШИ називається чотирикутним.

ДШИ використовується на станції у якості ступені групового та лінійного шукання.

Приклад.

Наприклад, для установки щіток ДШИ-100 на 25 ліній, необхідно подати 2 імпульси в МП.

Після закінчення підйому щітки встановлюються на 2-й декаді, потім для вибору 5 лінії в цій декаді посилають в обмотку 5 імпульсів МО.

Недоліки ШИ і ДШИ:

- наявність ковзаючого контакту між стальною щіткою і бронзовою ламелю поля, що призводить до нестабільного опору;

- наявність рухомих частин, що призводить до швидкого зношування;

- великі експлуатаційні витрати;

- великий час встановлення з’єднання.

Багатократні координатні з’єднувачі. Принцип побудови та дії.

Багатократні з’єднувачі, що керуються по системі прямокутних координат, наз. багатократними координатними з’єднувачами (БКЗ).

Основним конструктивним вузлом БКЗ являється вертикальний блок чи вертикаль. Кількість вертикалей БКЗ визначається числом його входів і відповідно дорівнює n. Контактне поле кожної вертикалі містить l нерухомих струн (НС), в який включається l-провідний вхід БКЗ і m груп пласких контактних пружин КП по l пружин в групі. Пласкі КП мають на кінцях, звернутих в сторону НС, на-пів циліндричні контакти.

Контакти і нерухомі пружини виготовляють з срібла. В кожній з m груп пласких КП включається l-провідний вихід. Крім того, в склад вертикалі входять утримуючий електромагніт УЕ, до якоря якого прикріплена вертикальна утримуюча рейка УР. Розміщення окремих елементів БКЗ схематично покажемо на рисунку 6.4.

Зліва і справа в рамі БКЗ встановлені вибираючі електромагніти ВЕ. Число їх дорівнює числу контактних груп у вертикалях, тобто числу горизонтальних рядів контактів. Кожна пара з’єднань ВЕ має загальну вибираючу рейку, що жорстко з’єднується якорями цих електромагнітів. На вибираючій рейці прикріплені „вибираючі пальці”, що представляють собою стальний дріт діаметром 0,6÷0,8 мм. Число кінців дорівнює числу вертикалей БКЗ. На рис. місця розташування кінців (вони уходять за площину креслення) відмічені хрестиками. При спрацюванні одного з 2-х ВЕ вибираюча рейка повертається на невеликий кут.

Конструкція БКЗ дозволяє з’єднати вхід будь-якої вертикалі з любим з її виходів. Для цього на початку вибирається горизонтальний ряд контактних пружин, в який підключений комутаційний вихід, а потім – вертикаль, в яку включений комутаційний вхід. Такі БКЗ наз. 2-х позиційними., оскільки з’єднання в них встановлюється в двох позиціях і здійснюється в два етапи.

В одній вертикалі може створитися тільки одна точка комутації, яка зберігається до тих пір, поки не відпустить УЕ даної вертикалі. Загальна кількість з’єднань, почергово встановлених в одному БКЗ, може дорівнювати числу вертикалей.

Для позначення комутаційних характеристик БКЗ використовують запис виду n´ m ´ l, де n – кількість вертикалей, m – ємність поля вертикалі (число виходів) і l – провідність комутуючих входів та виходів, тобто число електричних ланцюгів, що займаються в кожній точці комутації.

БКЗ бувають двох-позиційними, якщо для встановлення з’єднання потрібно спрацювання двох електромагнітів ВЕ і УЕ, і трьох-позиційні – якщо потрібно спрацювання трьох електромагнітів ВЕ, ПЕ і УЕ.

У вітчизняних координатних АТС використовується 5 типів БКЗ, що мають уніфіковану конструкцію і однакові габаритні розміри (630´213´134 мм).

Комутаційні параметри і число електромагнітів вітчизняних БКЗ приведені в таблиці.

Тип БКЗ	Число вертикалей	Ємність поля вертикалей	Провідність ліній	Число комут. ліній	Число електромагнітів
ВЕ	УЕ	ПЕ
20´10´6							-
20´20´3
10´10´12							-
10´20´6
10´12´12							-

Порівнюючи двох-позиційні і трьох-позиційні БКЗ, можна встановити, що для подвоєння ємності вертикалі при використанні 10 ВЕ в трьох-позиційному БКЗ знадобилося використати додаткових два перемикаючих електромагніта, дві доповнені горизонталі контактів і подвоїти число контактів в решта горизонтів (при збережені тієї ж провідності).

В трьох-позиційних БКЗ, наприклад 20´20´3, встановлюється шоста перемикаюча горизонтальна рейка ПР, що керується двома перемикаючими магнітами ПЕ1 і ПЕ2.

З’єднання встановлюється після спрацювання трьох електромагнітів: ВЕ, ПЕ, УЕ відповідної вертикалі. Наприклад, при спрацюванні ВЕ1, ПЕ1 і УЕ1 буде підключений 1 вихід, а при спрацюванні ВЕ1, ПЕ2, УЕ1 підключений 11 вихід.

При роботі БКЗ, його рухомі деталі переміщуються на незначну відстань і тому для комутації ліній потрібний невеликий час, що порівнюється з часом спрацювання електромагнітного реле. Час комутації в БКЗ складається з:

t_к = t_срВЕ + t_срУЕ + t_отпВЕ < 50мс

В трьох-позиційному цей час залишається таким же, так як ВЕ і ПЕ можуть спрацьовувати одночасно.

Для зображення вертикалей БКЗ на функціональній схемі використовується 3 види позначень. Їх можна зобразити координатним та символічним способами:

Координатний спосіб

Символічний спосіб

. Розрахувати одноланковий КБ, визначив кількість БКЗ, необхідне для його побудови та побудувати, використовуючи координатний та символічний спосіб зображення.

Приклад:

N=1, M=20; спосіб включення ВП; тип БКЗ 10 х 20 х 6

1) Розрахувати кількість БКЗ необхідного для побудови КБ:

2) Зобразимо КБ трьома способами зображення:

a) Функціональна схема

b) Координатний спосіб зображення

c) Символічний спосіб зображення

I. До структурних параметрів двохланкового КБ відносяться:

-число входів в один комутатор ланки А та В відповідно;

-число виходів з одного комутатора ланки А та И відповідно;

-число комутаторів на ланці А та В відповідно;

-з’язаність, кількість проміжних ліній, зв’язуючих 1 комутатор ланки А з одним комутатором ланки В.

Похідні параметри:

Особливістю ланкового включення є змінна доступність. При цьому число виходів доступних входу залежить від числа вільних ПЛ та виходів.

; , якщо

Проведемо ахунок структурних параметрів та побудувати в координатному і символічному зображенні двохланковий комутаційний блок при , БКЗ – 20 х 10 х 6. Визначити кількість БКЗ на ланках А та В. Визначити номера вибираючого (ВЕ) та утримуючого (УЕ) електромагнітів для встановлення з’єднання між вказаним входом 2 та виходом 1.8. Тип включення ПВПВ.

1. Розрахуємо структурні параметри:

(ємність вертикалі БКЗ)

так як число виходів не ціле число, то встановимо відповідно встановленому результату: кількість виходів з комутаторів,кількість яких дорівнює чисельнику дробу, більше на одиницю від цілого числа дробу, а кількість виходів, що дорівнює цілій частині дробу, знаходиться у комутаторах, що визначається різницею значення знаменника та числельника. В нашому випадку- 4 ком. по 7 вих., та (6-4)=2 ком. по 6 виходів.

Кількість БКЗ на ланці А(В) визначається відношенням потрібним для побудови ланки А(В) вертикалі та даної кількості вертикалей у приведеному типі БКЗ.

У квазіелектроних АТС використовуються матричні з'єднувачі на герконах - герметизированих магнітоуправляємих контактах. У герконах контактні пружини з залізо-нікілєвого сплаву розміщені в скляній ампулі, що наповнена інертним газом, рис. 6.6а, б. Магнітний потік, створюваний катушкою зі струмом впливає безпосередньо на виконавчу частину - контактні пружини, тому такі контакти називають магнітоуправляємими. Внутрішні кінці контактів в ампулі, що перекривають один одного, покриті тонким шаром шляхетних металів і виконують роль полюсів магнітної системи і контактів. При впливі подовжнього магнітного поля пружини притягаються один до одного і замикаються, здійснюючи електричний контакт. При вимиканні обмотки з електричного ланцюга, магнітний потік зникає і контактні пружини під впливом сил пружності повертаються у вихідне положення.

Геркони можуть бути на замикання, розмикання і переключення (рис. 6.6а, б, в). В останніх двох випадках конструкції надається постійний магніт, що утримує пружинні групи на розмикання в замкнутому стані. При включенні зовнішнє поле, створюване електромагнітом, нейтралізує поле постійного магніту і контакт під дією пружності розмикається. Нейтральні безякорні реле складаються з катушки, що намагнічує, розміщених усередині її герконів і металевого чохла-екрана, що є одночасно магнітопроводом, рис. 6.6г. При проходженні струму через катушку 1, виникає магнітний потік, що замикається через металевий екран-корпус 2 і контакти герконів.

Матричний герконовий з'єднувач (МГЗ) виконується з окремих герконових реле і являє собою комутаційну матрицю, що має n входів, m виходів і провідність - k. По горизонталі і по вертикалі обмотки окремих реле МГЗ з'єднуються послідовно та утворюють загальні шини. Герконовое реле, що знаходиться в точці перетинання горизонтальних і вертикальних шин, спрацьовує при подачі на відповідну вертикаль і горизонталь імпульсу струму визначеної полярності. Утримання герконового реле в робочому стані здійснюється по спеціальному проводу і тому в МГЗ має місце значна витрата електроенергії.

З метою зменшення витрати електроенергії замість герконових реле в з'єднувачах можуть використовуватися фериди або гезакони. У ферида сердечник виконаний з магнітного матеріалу здатного тривалий час зберігати залишкове намагнічування. Тому після спрацьовування контакти залишаються в замкнутому стані утримуючись залишковим намагнічуванням. Відпускання здійснюється за рахунок створення магнітного поля зворотного напрямку.

Гезакон (герметизирований запам'ятовуючий контакт) сполучає в собі функції контактної пружини і змінного магніту рис. 6.7а. У вихідному стані пружини гезаконів намагнічені таким чином, що вони відштовхуються один від одного. Для замикання електричного ланцюга через гезакон необхідно їх намагнітити так, щоб вони притягалися один до одного (рис. 6.7,б). Для розмикання створюється сила, що намагнічує, спрямована зустрічно рис. 6.7,в.

Матричніі феридові з'єднувачі (МСФ) складаються з окремих феридів, що утворюють комутаційну матрицю аналогічно БКЗ та МГС. У кожному горизонтальному і вертикальному ряді обмотки з'єднані послідовно. Обмотки всіх горизонталей і обмотки усіх вертикалей запаралелені і з'єднані один з одним (рис. 6.8а, б, в). Для керування роботою МСФ використовується загальний імпульсний генератор, що може бути підключений до будь-якої горизонталі і будь-якої вертикалі. Спрацює тільки ферид, що знаходиться на перетинанні горизонтального і вертикального рядів, по яких у даний момент пропущений струм. Після припинення керуючого імпульсу ферид, що спрацював, за рахунок залишкового намагнічування, залишиться в робочому стані без споживання струму, тобто

забезпечується магнітне утримання встановленого з'єднання.

Рис. 6.8а, б

Для керування роботою ферида необхідні імпульси струму амплітудою 10 А та тривалістю 10-100 мкс, обумовленої часом перемагнічування магнітної системи. Після припинення керуючого імпульсу рух контактних пружин до моменту замикання відбувається під дією залишкової магнітної індукції. При проходженні імпульсу струму тільки через одну обмотку точки комутації (байдуже вертикальну або горизонтальну) відбувається перемагнічування сердечників у результаті чого контакти в цій точці комутації розмикаються.

Різновидом матричного з'єднувача з магнітним утриманням є матричний інтегральний з'єднувач (МІЗ), що відрізняється від МСФ тим, що сердечник (з напівтвердого магнітного матеріалу) в вибраній точці комутації намагнічується по способу безгістерезисного намагнічування Для цього в одну з керуючих обмоток подається прямокутний імпульс струму, а в другу серія знакозміних загасаючих імпульсів (рис. 6.9а). При додаванні магнітних полів, створюваних керуючими струмами, магніт намагнічується по безгістерезисній кривій. Початкова амплітуда змінного загасаючого магнітного поля повинна бути достатньою для насичення магніту. Таким чином, магніти з'єднувача, на які одночасно впливає постійне магнітне поле і змінне загасаюче магнітне поле, намагнічуються; а магніти, на які впливає тільки постійне поле - зберігають свій стан, а магніти, на які впливає тільки змінне загасаюче магнітне поле, розмагнічуються (рис.6.96).

Конструкція МІЗ містить дві плати із друкованим монтажем - плата магнітної системи з обмотками і плата герконів. При зборці МІЗ обидві плати кріпляться разом так, щоб геркони входили в магнітопроводи плати магнітної системи рис.6.9в.