Что такое процесс коммутации

Коммутация в сетях АТМ. Часть 1

16.12.1999 Владимир Ефимушкин, Татьяна Ледовских

Выход чаще всего там, где был вход.

Ежи Лец

Технология асинхронного режима передачи (Asynchronous Transfer Mode, ATM) наилучшим образом подходит для построения широкополосных цифровых сетей с интеграцией служб (Broadband Integrated Services Digital Network, B-ISDN) и предоставления всевозможных услуг.

Как известно, по сетям АТМ данные передаются в пакетах фиксированной длины (ячейках), содержащих заголовок из пяти байт и информационное поле длиной 48 байт.

Поскольку вопросы коммутации в таких сетях стандартами практически не регламентируются, производители соответствующего оборудования используют в нем разнообразные технологические подходы.

Описание их особенностей заняло бы не одну сотню страниц непростого для восприятия текста, поэтому мы избрали следующий принцип изложения материала.

В первой части статьи будут рассмотрены функции АТМ-коммутаторов, предъявляемые к ним требования и общая функциональная модель архитектуры коммутатора, во второй — различные методы построения коммутационного поля.

Читателю, не знакомому с основами технологии АТМ, можно порекомендовать например, статью Игоря Ковалерчика «Введение в АТМ» («Сети», 1997, № 5).

Главной задачей, стоящей перед разработчиком ATM-коммутатора, является увеличение пропускной способности и улучшение других характеристик данного оборудования и сети АТМ в целом. ATM-коммутация отличается от традиционной использованием высокоскоростных интерфейсов; причем производительность внутренней коммутационной матрицы может достигать десятков гигабит в секунду.

Кроме того, необходимо обеспечить возможность статистического мультиплексирования потоков, проходящих через коммутационные системные модули. Наконец, передача различных видов трафика с несхожими требованиями к количественным характеристикам функционирования сети (доля потерянных ячеек, допустимый процент ошибок, время задержки) сама по себе является непростой задачей.

Чтобы удовлетворять всем указанным критериям, ATM-коммутаторы должны значительно отличаться от традиционных устройств.

Функции коммутационной системы ATM (в дальнейшем мы будем использовать этот термин в качестве синонима ATM-коммутатора) не ограничиваются буферизацией и маршрутизацией ячеек.

Такая система представляет собой сложную структуру, состоящую из нескольких интегрированных модулей, которая способна не только передавать ячейки, но и управлять трафиком, отдельными соединениями и сетью в целом.

Основные группы функций

ATM-коммутатор располагает множеством входных и выходных портов, обеспечивающих связь с серверами и клиентскими станциями, а также с другими коммутаторами и сетевыми элементами. Он может иметь дополнительные интерфейсы для обмена управляющей информацией со специализированными сетями.

Теоретически коммутатор представляет собой интегрированное устройство, предназначенное для передачи ячеек, реализации процедур управления соединениями и администрирования.

На практике он выполняет и некоторые функции межсетевого взаимодействия в целях поддержания ряда услуг, таких как коммутируемая мультимегабитная служба передачи данных (Switched Multimegabit Data Service, SMDS) и служба ретрансляции кадров (frame relay).

Плоскость пользователя

Основная функция ATM-коммутатора заключается в передаче ячеек данных со входных портов на выходные. Коммутатор анализирует лишь заголовки ячеек, для их содержимого он является прозрачным.

Сразу после поступления ячейки через входной порт осуществляется обработка содержащейся в ней информации об идентификаторах виртуального пути (Virtual Path Identifier, VPI) и виртуального канала (Virtual Channel Identifier, VCI), которая необходима для пересылки ячейки на соответствующий выходной порт. Эта процедура реализуется следующими функциональными блоками:

• модулем поступления на входной порт;
• коммутационным полем (иногда называемым коммутационной матрицей), которое фактически выполняет маршрутизацию внутри коммутатора;
• модулем передачи из выходного порта.

Плоскость управления

Этот функциональный компонент обеспечивает установление соединений виртуальных каналов и виртуальных путей (Virtual Path Connection/Virtual Channel Connection, VPC/VCC), а также управление ими. В отличие от ячеек данных, содержимое управляющих ячеек передается непрозрачно.

Коммутатор идентифицирует ячейки сигнализации и даже сам генерирует их. Процедура управления установлением соединения (Connection Admission Control, CAC) включает в себя основные функции сигнализации.

Сигнальная информация передается через сеть сигнализации, например основанную на ОКС 7, либо проходит (хотя может и не иметь этой возможности) через поле коммутации ячеек, а затем попадает в сеть ATM.

Плоскость администрирования

Данный компонент осуществляет мониторинг сети, что позволяет обеспечить ее устойчивую и эффективную работу.

Соответствующие операции могут быть подразделены на функции управления неисправностями, конфигурацией, защитой, учетом ресурсов и трафиком, которые реализуются во взаимодействии с плоскостью управления (модулем управления коммутатором).

Плоскость администрирования отвечает за поддержку процедур уровня ATM, относящихся к эксплуатации и техническому обслуживанию (Operations, Administration and Maintenance, OAM), с чьей помощью идентифицируются и обрабатываются ячейки OAM. Последние проходят (а иногда, подобно сигнальным ячейкам, не проходят) через поле коммутации ячеек.

Кроме того, эта плоскость поддерживает промежуточный интерфейс локального управления (Interim Local Management Interface, ILMI) интерфейса «пользователь — сеть» (User-Network Interface, UNI). Для каждого UNI в ней содержится объект администрирования (UME), который может использовать, например, популярный протокол управления Simple Network Management Protocol (SNMP).

Функции управления трафиком

Коммутационная система способна поддерживать процедуры управления установлением соединения, параметрами использования (Usage Parameters Control, UPC) и параметрами сети (Network Parameters Control, NPC), а также контроль за перегрузками.

Чаще всего функции UPC/NPC осуществляются входными модулями, а функции контроля за перегрузками — модулем управления коммутатором, в то время как специальные операции управления буферами (распределение ячеек по буферам, отказ от них и др.

) контролируются модулем управления коммутатором, но исполняются внутри поля коммутации ячеек, к которому относятся и буферы.

Общая архитектура коммутатора

Источник: https://www.osp.ru/nets/1999/12/144402/

Анализ режимов коммутации тиристорного моста переменного тока в среде PSpice

Современное развитие силовых полупроводниковых приборов позволяет создавать специальные устройства для решения актуальныхзадач электроэнергетики.

Увеличение пропускнойспособности линий электропередачи переменноготока, управление потоками активной мощности,компенсация реактивной мощности, повышениенадежности и живучести энергосистем — это далеконе весь спектр вопросов, которые решаются с помощью гибких линий электропередачи переменноготока (FACTS). Внедрение мощной высоковольтнойпреобразовательной техники является необходимым

условием реализации технологии FACTS.

Фазоповоротное устройство (ФПУ) — одна из разновидностей силовых полупроводниковых преобразователей для гибких линий электропередачи переменного тока. В его функции входит управлениепотоками мощности в электрических сетях путемсоздания дополнительного фазового сдвига между напряжениями на концах линии электропередачи.

ФПУсостоит из шунтового (возбуждающего) трансформатора, сериесного (вольтодобавочного) трансформатора и силового полупроводникового преобразователя.

Принцип действия заключается в том, что преобразователь, представляющий собой последовательное соединение нескольких тиристорных мостов переменноготока, определенным способом подключает вторичные

обмотки шунтового трансформатора к первичной обмотке сериесного трансформатора [1].

В статическом режиме работы ФПУ, т. е. при неизменном установленном фазовом угле, тиристорыв мостах работают в качестве переключателей переменного тока, протекающего в сериесном трансформаторе. Включение и выключение тиристоров в работающем двунаправленном тиристорном ключепроисходит один раз на половине периода сети при

переходе тока через ноль, вследствие чего практически исключены динамические потери.

Для смены угла регулирования ФПУ необходимоизменить состояния тиристорных мостов. Для этого нужно выключить (снять импульсы управления)двунаправленный тиристорный ключ в одном плечемоста и включить такой же ключ в другом плече.Коммутировать тиристорные ключи можно тольков определенные моменты времени, обусловленные

требуемым соотношением токов и напряжений.

Для создания алгоритмов надежного переключения было проведено исследование процессовкоммутации в мостах переменного тока с цельюопределения влияния последних на длительностьдопустимых временных интервалов переключениятиристоров. Для этого в среде OrCAD Capture была

составлена имитационная Spice-модель работы моста, представленная на рис. 1.

В данной схеме вторичная обмотка шунтового трансформатора представлена источником ЭДС фазы B, индуктивностью рассеивания и активным сопротивлением обмотки;ток в первичной обмотке сериесного трансформатора формируется от работы источникаЭДС фазы A на активную нагрузку. В качествемодели тиристора использовалась модифицированная HU-KI модель [2], составленная для

тиристора Т193-2000. Каждый двунаправленный тиристорный ключ защищен демпфирующей R-C-цепью.

Параметры моделируемой схемы:

• амплитуда источника ЭДС фазы B Umax = 3000 B;
• амплитуда тока в первичной обмотке сериесного трансформатора Imax = 2200 A;
• индуктивность рассеивания шунтовоготрансформатора Ls = 0,165 мГн;
• активное сопротивление обмотки трансформатора Rs = 23 мОм;
• параметры цепи снаббера R = 20 Ом,С = 0,1 мкФ.

Исследование процесса
коммутации на интервале t0–t1

Вначале моделировалась ситуация, когда в мосте включены ключи 1 и 2, а после смены режима должны работать ключи 2 и 3 (рис. 2а).

Для этого с тиристоров VS11 и VS12 предварительно снимаются импульсы управления, а на тиристоры VS31 и VS32 импульсы управления должны начать поступать.

Данное переключение осуществимо, когда ток, протекающий через мост, и напряжение,

подводимое к мосту, имеют противоположные знаки. На рис. 2б соответствующие этому условию временные интервалы t0–t1 и t2–t3

отмечены цветом.

Для последующего рассмотрения выберем
интервал t0–t1, в силу симметрии процесс переключения на интервале t2–t3 будет аналогичным. Разобьем этот интервал на три участкаи промоделируем процесс переключения в начале, посередине и в конце.

На любом из этихвременных отрезков ток в индуктивности рассеивания до момента коммутации отсутствовал, а после коммутации должен стать равнымтоку фазы А с обратным знаком.

До переключения моста ток проводил тиристор VS12,а после переключения должен включиться тиристор VS32; тиристор VS22 будет оставаться

все время в проводящем состоянии.

Временные диаграммы процесса переключения в начале участка t0–t1 представленына рис. 3. Коммутация происходит в момент

tк1 = 20,2 мс. В процессе переключения можно

выделить следующие этапы:

• На интервале tк1–tк2 происходит коммутациятока. Ток в тиристоре VS12 спадает, а в тиристоре VS32 нарастает. К индуктивности рассеивания прикладывается напряжение фазыB. Длительность этого интервала составляет128 мкс.
• В момент времени tк2 включается тиристорVS11, и образуется контур короткого замыкания Ub-VS32-VS11-Rs—Ls-Ub. В результатетиристоры VS11 и VS32 попадают под ударный ток, что может привести к выходу их изстроя.

Наблюдаемый процесс объясняется следующим. Перед началом интервала t0–t1 проводилтиристор VS11, и когда вступает в работу реверсивный ему тиристор VS12, то к VS11 прикладывается запирающее напряжение около1,5 В.

Если после окончания последующейкоммутации тока из тиристора VS12 в VS32тиристор VS11 не успел восстановить своиуправляющие свойства, он попадает под положительное напряжение и может включиться.

Для осуществления надежной коммутацииследует организовать задержку на время восстановления управляющих свойств тиристора

VS11 и только потом выполнять переключение. Для тиристора Т193-2000 паспортное время выключения составляет tq = 500 мкс.

Процесс переключения в середине участка
t0–t1 представлен на рис. 4. Коммутация происходит в момент tк1 = 23,3 мс. На полученных
временных диаграммах можно выделить следующие этапы переключения:

• На интервале tк1–tк2 происходит коммутация тока. Ток в тиристоре VS12 спадает, а втиристоре VS32 нарастает. К индуктивностирассеивания прикладывается напряжениефазы B. Длительность этого интервала составляет 127 мкс;
• После момента времени tк2 вначале наблюдается некоторый колебательный затухающий процесс, связанный с перезарядом конденсаторов демпферных цепочек, стоящихпараллельно тиристорам (рис. 1). Периодколебаний составляет T = 2π√Ls2C и равенв данном случае 62 мкс. После окончанияколебательного процесса мост начинаетнормально работать в требуемом режиме.

Процесс переключения в конце участка
t0–t1 представлен на рис. 5. Коммутация происходит в момент tк1 = 25,8 мс. В процессе переключения можно выделить следующие

временные интервалы:

• На интервале tк1–tк2 происходит коммутация тока. Ток в тиристоре VS12 спадает, а вVS32 нарастает. К индуктивности рассеивания прикладывается напряжение фазы B.Длительность этого интервала составляет645 мкс.
• На интервале tк2–tк3 тиристор VS32 перехватывает полностью ток фазы А. Ток в тиристоре VS12 отсутствует. Напряжение к VS12прикладывается в этот момент отрицательное, что способствует восстановлению егоуправляющих свойств. Длительность этогоинтервала — 275 мкс.
• В момент времени tк3 напряжение фазыB меняет знак и к тиристору VS12 прикладывается положительное напряжение.Поскольку длительность интервала tк2–tк3 была недостаточна для восстановленияуправления тиристором VS12, он начинаетвключаться, а тиристор VS32 выключаться.Т. е. на интервале tк3–tк4 происходит процесс обратной (реверсивной) коммутации.
• В момент времени tк4 ток в тиристореVS32 спадет до нуля, а в тиристоре VS12станет равным Ia. К тиристору VS31 начнет прикладываться прямое напряжение,и, так как на него поступил отпирающийимпульс, он включится. В результате образуется контур короткого замыкания:Ub-Ls-Rs-VS12-VS31-Ub. Амплитуда ударного тока будет ограничена в основномсопротивлением индуктивности рассеивания: Umax/(ω/2×Ls) = 115,8 кА.

Проведенный анализ коммутационных процессов в различные моменты отрезка

времени t0–t1 показывает, что в конце интервала для надежной коммутации необходимо

сделать временной отступ, равный сумме времени коммутации и паспортного времени

восстановления управляющих свойств тиристора. В начале интервала t0–t1 следует сделать отступ только на время восстановления

управляющих свойств тиристора. На рис. 6

интервал надежного переключения тиристоров на участке t0–t1 отмечен цветом.

Введенные временные ограничения определяются следующим образом:

где tq — паспортное время выключения тиристора, tк — время коммутации тока в тиристоре.

Расчет времени коммутации

Длительность времени коммутации tкопределяется начальными значениями токаи напряжения в момент коммутации и параметрами схемы. Будем считать, что на этапепереключения значение коммутируемого токаостается постоянным. Также для упрощениярасчета примем значение активного сопротивления обмотки равным нулю, поскольку

оно значительно меньше сопротивления индуктивности рассеивания.

Источник: https://power-e.ru/components/analiz-rezhimov-kommutaczii-tiristornogo-mosta-peremennogo-toka-v-srede-pspice/

Коммутационные устройства и оборудование

Электрика »Выключатели

РЕЛЕ
ВЫКЛЮЧАТЕЛИ
БРЕНДЫ

Устройства и оборудование включения — отключения, управления электрических цепей называются коммутационными. Применяются они повсеместно, в бытовой или промышленной электросети — это выключатели, рубильники, УЗО, дифавтоматы, предохранители.

Системы распределения и преобразования энергии — реле, контакторы. Управление электрическими машинами — пускатели.

Аппараты должны отвечать требованиям руководящих документов по электробезопасности, стандартов — ГОСТ IEC/TR 61912-12013 (до 1000 В), ГОСТ Р 55716-2013 (высоковольтные — свыше 1000 В), ГОСТ 50345-99.

Помимо основного предназначения, устройства призваны нейтрализовывать негативные факторы коммутации:

• предотвращать сваривание (залипание) контактов;
• гасить электрическую дугу возникающую при размыкании;
• выдерживать колебания вольт-амперной характеристики переходного процесса;
• защищать от сверх токов короткого замыкания.

По устройству и принципу работы бывают:

• механические — коммутация осуществляется замыканием — размыканием контактов;
• бесконтактные — управление цепью производится полупроводниковыми элементами.

Коммутационные аппараты могут быть различных типов:

• с ручным управлением — выключатели, рубильники, пускатели;
• дистанционным управлением — реле, контакторы. Переключение режима работы происходит в результате воздействия электрического сигнала.

Электрические реле

Это вид коммутационных устройств, функция которых включения — выключения электрической цепи, под действием управляющего сигнала, либо наступления определенных условий. Применяются повсеместно — от бытовой домашней сети до авиастроения, энергоснабжения, во всех сферах электротехники.

В большинстве случаев, имеют комбинацию выходов с нормально замкнутыми, разомкнутыми, переключающими контактами, но могут выполняться и с одним типом коммутации.

Промышленность производит реле реагирующие на различные физические величины — ток, напряжение, мощность, частота, сдвиг фаз, температура, излучение, звуковые колебания, время, положение в пространстве.

По типу их подразделяют на:

• первичные — выходы управления включаются непосредственно в «рабочую» сеть;
• вторичные — сигнал на коммутацию приходит с какого либо измерительного элемента, либо трансформатора;
• промежуточные — являющиеся частью системы, усиливающие управляющий сигнал.

По внутреннему устройству и принципу действия реле можно классифицировать как — электромагнитные, магнитоэлектрические, индукционные, полупроводниковые, сегнетоэлектрические, пьезо, фото, тепловые.

Электромагнитные устройства представляют собой катушку индуктивности с подвижным якорем. Под воздействием магнитного поля, последний коммутирует контакты реле. Со снятием управляющего сигнала, сердечник возвращается пружинами в исходное положение. Наиболее дешевый и распространенный вид.

Магнитоэлектрические реле — система из подвижной рамки с обмоткой подключенной к выходам «сигнальной» цепи, поворачивающейся в поле постоянного магнита и воздействующей на контакты. Обладают высокой чувствительностью, но быстродействие не превышает десятой доли секунды.

Индукционные — конструктивно состоят из двух неподвижных переменных магнитов и якоря. Сигнал управления, проходящий через обмотки, наводит напряжение в подвижном элементе. Возникающая электродвижущая сила поворачивает якорь осуществляя коммутацию. Для генерации ЭДС необходимо различие фаз тока подаваемого на выходы контроля, что позволяет использовать устройство в качестве реле фаз.

Тепловые — элементы основанные на свойстве твердых тел менять объем в зависимости от температуры. Биметаллическая пластина (как правило латунь со сталью) при нагревании изгибается осуществляя коммутацию цепи. Применяется в автоматах защиты от перегрузки и сверх токов короткого замыкания.

Полупроводниковые — бесконтактные устройства, твердотельные реле выполненные на тиристорах, IGBT транзисторах. Могут изготавливаться для коммутации значительных мощностей, под токи в сотни ампер, независимо от величины сигнала управления. Высокое быстродействие (микросекунды) и надежность, за счет отсутствия движущихся частей. Недостаток — высокая стоимость.

Сегнетоэлектрические реле — коммутационные устройства основанные на свойстве некоторых материалов изменять направление поляризации под воздействием электрического поля. Причем зависимость имеет нелинейный характер.

Подобный принциписпользуют пьезо, фото элементы, скачкообразно увеличивающие — уменьшающие сопротивление исходя от величины механической деформации или мощности светового излучения. Применяются в микроэлектронике, приборах сигнализации, измерения, хранения информации.

Выбор того или иного вида реле зависит от требуемых параметров:

• назначение, рабочая схема, количество коммутируемых контактов, модель;
• вид, величина тока, напряжения коммутируемой цепи, управляющего сигнала;
• скорость, количество срабатываний, точность;
• температурный режим работы, класс пожаровзрывобезопасности.

Выключатели и контакторы

Для управления силовыми высоковольтными электрическими цепями производятся более мощные коммутационные аппараты — выключатели, контакторы.

Выключатели для напряжения свыше 1000 вольт, токов сотни и тысячи ампер используется на генерирующих станциях, распределительных сооружениях, электрическом транспорте.

Оснащаются дугогасительными камерами, которые могут быть воздушными, масляными, электромагнитными, вакуумными. Привод контактов может быть различным — гидравлическим, пневматическим, кинетическим.

Ручное коммутационное оборудование до 1000 вольт — это бытовой двухпозиционный выключатель одно или трехфазной сети. Операции осуществляются вручную, защита от токов короткого замыкания не предусматривается.

Внешний вид также важен как качественные характеристики элемента. По конструктивному исполнению бывают:

• клавишные — с одной, двух и более управляемыми цепями;
• кнопочные;
• рычажные (тумблер);
• поворотные — переключение режимов производится вращающейся рукояткой (используются в ретро проводке);
• шнуровые — по сути те же кнопочные, приводимые в действие шнуром или цепочкой;
• сенсорные, акустические.

Контактор — коммутационный аппарат дистанционного включения цепи. По принципу действия схож с реле, так как имеет электромагнитный привод. При потере управляющего напряжения, пружины возвращают контакты в исходное положение. Может оснащаться дугогасительными камерами, не защищает цепь от токов КЗ.

Наравне с магнитными пускателями (что по сути одно и тоже), применяется для запуска — остановки мощных электрических двигателей.

Автоматы, УЗО, дифференциальные автоматы — это коммутационный аппараты аварийного отключения цепи.Автоматы предназначены для защиты от КЗ, перегрузки. Устройства защитного отключения размыкают сеть при утечке (например при поражении человека, повреждении изоляции внешним воздействием).

Дифавтомат объединяет УЗО с защитой от перегрузки и утечки тока в одном корпусе.

Производители и бренды

Согласно аналитическим выводам журнала «Новости энергетики», львиную долю российского рынка коммутационного оборудования представляют зарубежные компании — АВВ, Legrand. Их товар можно встретить на полках любого специализированного магазина.

АВВ — швейцарская корпорация представленная более чем в сотне стран мира, одна из ведущих производителей электротехнической продукции. По отзывам пользователей коммутационные автоматы этого бренда отличаются качеством и долговечностью.

Второе место по объему продаж занимает французская компания Legrand, с более чем 150 летней историей, половину которой агломерат производит электрические коммутационные устройства.

Отечественная промышленность представлена десятками торговых марок.

Лидирующие позиции занимают:

• КЭАЗ — Курский электроаппаратный завод. Известен силовыми АВ, предохранителями, ПМЛ;
• IEK — российский бренд, группа компаний. Выпускает светотехническое оборудование, средства автоматики, коммутационные устройства.

Эти фирмы популярны среди специалистов, конкурируют с АВВ, Legrand. Отечественные коммутационные аппараты стоят на 30 — 40% дешевле западных аналогов, но могут уступать им по ряду параметров.

  *  *  *

2014-2020 г.г. Все права защищены.
Материалы сайта имеют ознакомительный характер и не могут использоваться в качестве руководящих и нормативных документов.

Источник: https://video-praktik.ru/avtomatika.html

Процесс коммутации

20 августа 2014.
Категория: Машины постоянного тока.

Период коммутации

Период коммутации Tк представляет собой время, в течение которого секция замкнута накоротко щеткой и коммутируется.

В случае простой петлевой обмотки секция, изображенная на рисунке 1, а в виде петли, присоединяется к соседним коллекторным пластинам. При этом значение Tк равно времени перемещения коллектора, вращающегося с окружной скоростью vк, на ширину щетки bщ:

Рисунок 1. Определение периода коммутации

Обозначим: Dк – диаметр коллектора,

– коллекторное деление и

– коэффициент перекрытия (обычно βк = 2,0 – 4,0, а при сложных петлевых обмотках βк достигает 7,0). Тогда

vк = π × Dк × n = bк × K × n

(4)

(n – число оборотов якоря; K – число пластин коллектора) и для простой петлевой обмотки, согласно выражению (1),

(5)

При сложной, m-ходовой петлевой обмотке (рисунок 1, б) между началом и концом секции располагается m – 1 коллекторных пластин. При этом секция замкнута накоротко в течение времени перемещения коллектора на длину дуги bщ – (m – 1) × bк, и, следовательно,

Подставив сюда bщ = βк × bк, число ходов обмотки m = a / p (где а – число пар параллельных ветвей обмотки; p – число пар полюсов) и значение vк из формулы (4), получим

(6)

Выражение (6) действительно также для простой петлевой обмотки (a / p = 1) и, кроме того, как можно показать, для простой и сложной волновых обмоток.

Пусть, например, мы имеем машину с простой петлевой обмоткой и n = 1500 об/мин = 25 об/с, K = 100, βк = 2,5. Тогда по формуле (5) или (6)

Таким образом, процесс коммутации протекает быстро и по отношению к внешней цепи машины является периодическим процессом с частотой порядка 1000 – 3000 Гц.

Уравнения коммутации

Исследуем закономерности коммутации секции для простой петлевой обмотки и примем сначала для простоты, что ширина щетки равна коллекторному делению (рисунок 2).

Рисунок 2. Последовательные моменты коммутации секции

Составим второе уравнение Кирхгофа для коммутируемой секции (рисунок 2):

i × rс + i1 × (rп + rщ1) – i2 × (rп + rщ2) = ∑e ,

(7)

где i – ток в коммутируемой секции, принимаемый положительным для начального момента коммутации (рисунок 2, а); i1, i2 – токи, протекающие через соединительные проводники («петушки») и коллекторные пластины 1 и 2 к щетке; rс – сопротивление секции; rп – сопротивление «петушка»; rщ1, rщ2 – сопротивление щеточного контакта между пластинами 1 и 2 и щеткой; ∑e – сумма электродвижущих сил, индуктируемых в коммутируемой секции в результате процесса самоиндукции в короткозамкнутой секции и других явлений.

Кроме того, для узловых точек а и б на рисунке 2 можно составить два первых уравнения Кирхгофа:

iа + i + i1 = 0;     iа – i – i2 = 0 .

(8)

Процесс коммутации определяется изменением во времени токов i, i1, i2. Эти токи могут быть определены из уравнений (7) и (8), если известны все другие величины. Однако в общем случае решение этих уравнений весьма затруднительно. Действительно, iа, rс и rп можно считать постоянными и заданными величинами.

Однако rщ1 и rщ2 являются весьма сложными математическими трудно определимыми функциями токов i1, i2 и времени t. То же можно сказать и о сумме электродвижущих сил ∑e.

Поэтому ниже, следуя так называемой классической теории коммутации, находим приближенное решение, которое позволяет выявить основные закономерности процесса коммутации и определить способы ее улучшения.

Подставим i1 и i2 из уравнений (8) и (7). Тогда получим

i × (rс + 2 × rп + rщ1 + rщ2) – iа × (rщ2 – rщ1) = ∑e ,

откуда

(9)

Первый член этого выражения представляет собой так называемый основной ток коммутации секции, а второй член – добавочный ток коммутации. Очевидно, что знаменатели в выражении (9) определяют сопротивление короткозамкнутого контура коммутируемой секции. Добавочный ток коммутации поэтому можно рассматривать как ток короткого замыкания секции, определяемый электродвижущей силой ∑e.

Коммутация сопротивлением, прямолинейная коммутация

Рассмотрим сначала случай, когда ∑e = 0. При этом в секции существует только основной ток коммутации. Изменение тока секции i определяется только изменением rщ1 и rщ2, вследствие чего этот случай называется коммутацией сопротивлением.

Сопротивления rс и rп значительно меньше rщ1 и rщ2. Поэтому можно положить rс ≈ rп ≈ 0, и тогда при ∑e = 0

(10)

В классической теории коммутации принимается, что rщ1 и rщ2 обратно пропорциональны контактным площадям S1 и S2 пластин 1 и 2 со щетками (рисунок 2). При этом предполагается также, что токи i1 и i2 распределяются равномерно по этим площадям.

https://www.youtube.com/watch?v=fiOVrDkUWBI

Пусть начало коммутации соответствует времени t = 0 (рисунок 2, а), а конец t = Tк (рисунок 2, в). Тогда при bщ = bк

(11)

где S – полная контактная площадь коллекторной пластины со щеткой в положении, показанном на рисунке 2, а и в.

Пусть, далее, переходное сопротивление между щеткой и пластиной в предельных положениях в соответствии с рисунком 2, а и в равно rщ. Тогда при указанных выше предположениях

(12)

Подставим теперь значения rщ1 и rщ2 из (12) в (10). Тогда найдем, что

(13)

Зависимость i от t, согласно выражению (13), является линейной (рисунок 3, а). Такую коммутацию поэтому называют прямолинейной.

Рисунок 3. Прямолинейная (а) и криволинейная (б) коммутация сопротивлением

Установим распределение плотности тока под щеткой для этого случая коммутации. Плотности тока под сбегающим и набегающим краями щетки соответственно равны:

На рисунке 3, а для некоторого момента времени t в соответствии с уравнениями (8) показаны также значения токов i1 и i2. При этом из рисунка 3, а следует, что

Значит,

(14)

Очевидно, что при прямолинейной коммутации (рисунок 3, а) α1 = α2 = const. Поэтому в течение всего периода коммутации также jщ1 = jщ2 = const.

Таким образом, при прямолинейной коммутации плотность тока под всей щеткой на протяжении всего времени коммутации неизменна, как если бы щетки находились на сплошном вращающемся контактном кольце, а не на коллекторе. Такой случай коммутации поэтому является теоретически идеальным.

Можно показать, что и при bщ > bк коммутация простой петлевой обмотки является прямолинейной, если только ∑e = 0 и rс = rп = 0.

Если rс ≠ 0 и rп ≠ 0, то по равенствам (9) и (12) можно установить, что при ∑e = 0 ток i изменяется так, как показано на рисунке 3, б. Следовательно, в общем случае коммутация сопротивлением не является прямолинейной. Однако в обычных условиях отклонение кривой на рисунке 3, б от прямой линии мало, и им можно пренебречь.

Замедленная и ускоренная коммутация

В общем случае, при ∑e ≠ 0, на основной ток коммутации накладывается добавочный ток, определяемый последним членом равенства (9):

где

rк = rс + 2 × rп + rщ1 + rщ2

или в соответствии с равенствами (12)

(16)

Рисунок 4. Добавочный ток коммутации

Зависимость сопротивления короткозамкнутого контура секции rк от времени согласно выражению (16) изображена на рисунке 4. Если предположить, что ∑e по абсолютной величине постоянна, то характер зависимости iк.д от t при ∑e > 0 и ∑e < 0 имеет вид, также изображенный на рисунке 4.

При ∑e > 0 ток iк.д складывается с основным током коммутации, который можно принять линейным. При этом получается случай так называемой замедленной коммутации (рисунок 5, а), когда изменение тока i в начале коммутации происходит медленно и ускоряется к концу.

Значение тока на сбегающем краю щетки i1 в этом случае сохраняется большим вплоть до конца коммутации, вследствие чего и плотность тока jщ1 под этим краем щетки к концу коммутации становится большой. Размыкание контура короткозамкнутой секции сбегающим краем щетки при этом аналогично выключению или разрыву цепи тока с r и L при помощи рубильника.

По изложенным причинам при замедленной коммутации возникают благоприятные условия для искрения под сбегающим краем щетки.

Рисунок 5. Замедленная (а) и ускоренная (б) коммутация

Этому способствует также то обстоятельство, что контакт на краях щетки менее устойчив (из-за наличия зазора между щеткодержателем и щеткой, последняя качается, и края щетки стираются больше и так далее).

При ∑e < 0 ток iк.д имеет обратный знак и характер изменения токов соответствует рисунку 5, б. В этом случае токи i, i1 и i2 изменяются быстро в начале коммутации, и такая коммутация называется ускоренной. Ток i2 и плотность тока jщ2 на набегающем краю щетки уже в начале коммутации, когда этот край щетки подобно рубильнику замыкает цепь короткозамкнутой секции, становятся большими. При этом существует некоторая тенденция к искрению под набегающем краем щетки.

Однако сильного искрения обычно не наблюдается. В конце же процесса ускоренной коммутации, как видно из рисунка 5, б, ток i1, а также плотность тока jщ1 на сбегающем краю щетки могут быть малы или даже практически равны нулю. Поэтому размыкание цепи короткозамкнутой секции сбегающим краем щетки при такой ускоренной коммутации происходит в весьма благоприятных условиях подобно размыканию рубильником цепи с малым током.

Подобная коммутация, когда ток на сбегающем краю щетки в конце коммутации мал, называется некоторыми авторами также коммутацией со ступенью малого тока. Получению такой коммутации способствуют щетки с круто поднимающейся вольт-амперной характеристикой (кривая 1 на рисунке 1, в статье «Природа щеточного контакта в машине постоянного тока»), когда переходное сопротивление щетки при малых плотностях тока велико.

Таким образом, замедленная коммутация является неблагоприятной и нежелательной. Наоборот, слегка ускоренная коммутация благоприятна, и на практике стремятся достичь именно такой коммутации.

Источник: https://www.electromechanics.ru/direct-current/586-commutation-process.html

Способы коммутации

Подробности 21 Март 2015 83216

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3.88 [41 Голоса (ов)]

Рассмотрим в данной статье основные методы коммутации в сетях.

В традиционных телефонных сетях, связь абонентов между собой выполняется с помощью коммутации каналов связи. В начале коммутация телефонных каналов связи выполнялась вручную, далее коммутацию выполняли автоматические телефонные станции (АТС).

Аналогичный принцип используется и в вычислительных сетях. В качестве абонентов выступают территориально удаленные вычислительные машины в компьютерной сети.

Физически не представляется возможным предоставить каждому компьютеру свою собственную некоммутируемую линию связи, которой они пользовались бы в течении всего времени.

Поэтому практически во всех компьютерных сетях всегда используется какой-либо способ коммутации абонентов (рабочих станций), выполняющий возможность доступа к существующим каналам связи для нескольких абонентов, для обеспечения одновременно нескольких сеансов связи.

Коммутация — это процесс соединения различных абонентов коммуникационной сети через транзитные узлы. Коммуникационные сети должны обеспечивать связь своих абонентов между собой. Абонентами могут выступать ЭВМ, сегменты локальных сетей, факс-аппараты или телефонные собеседники.

Рабочие станции подключаются к коммутаторам с помощью индивидуальных линий связи, каждая из которых используется в любой момент времени только одним, закрепленным за этой линией, абонентом. Коммутаторы соединяются между собой с использованием разделяемых линии связи (используются совместно несколькими абонентами).

Рассмотрим три основные наиболее распространенные способы коммутации абонентов в сетях:

• коммутация каналов (circuit switching);
• коммутация пакетов (packet switching);
• коммутация сообщений (message switching).

Коммутация каналов подразумевает образование непрерывного составного физического канала из последовательно соединенных отдельных канальных участков для прямой передачи данных между узлами.

Отдельные каналы соединяются между собой специальной аппаратурой — коммутаторами, которые могут устанавливать связи между любыми конечными узлами сети.

В сети с коммутацией каналов перед передачей данных всегда необходимо выполнить процедуру установления соединения, в процессе которой и создается составной канал.

Время передачи сообщения при этом определяется пропускной способностью канала, длинной связи и размером сообщения.

Коммутаторы, а также соединяющие их каналы должны обеспечивать одновременную передачу данных нескольких абонентских каналов. Для этого они должны быть высокоскоростными и поддерживать какую-либо технику мультиплексирования абонентских каналов.

Достоинства коммутации каналов:

• постоянная и известная скорость передачи данных;
• правильная последовательность прихода данных;
• низкий и постоянный уровень задержки передачи данных через сеть.

Недостатки коммутации каналов:

• возможен отказ сети в обслуживании запроса на установление соединения;
• нерациональное использование пропускной способности физических каналов, в частности невозможность применения пользовательской аппаратуры, работающей с разной скоростью. Отдельные части составного канала работают с одинаковой скоростью, так как сети с коммутацией каналов не буферизуют данные пользователей;
• обязательная задержка перед передачей данных из-за фазы установления соединения.

Коммутация сообщений

Коммутация сообщений – разбиение информации на сообщения, каждый из которых состоит из заголовка и информации.

Это способ взаимодействия, при котором создается логический канал, путем последовательной передачи сообщений через узлы связи по адресу указанному в заголовке сообщения.

При этом каждый узел принимает сообщение, записывает в память, обрабатывает заголовок, выбирает маршрут и выдает сообщение из памяти в следующий узел.

Время доставки сообщения определяется временем обработки в каждом узле, числом узлов и пропускной способности сети. Когда заканчивается передача информации из узла А в узел связи В, то узел А становится свободным и может участвовать в организации другой связи между абонентами, поэтому канал связи используется более эффективно, но система управления маршрутизации будет сложной.
Сегодня коммутация сообщений в чистом виде практически не существует.

Коммутация пакетов

Коммутация пакетов — это особый способ коммутации узлов сети, который специально создавался для наилучшей передачи компьютерного трафика (пульсирующего трафика). Опыты по разработке самых первых компьютерных сетей, в основе которых лежала техника коммутации каналов, показали, что этот вид коммутации не предоставляет возможности получить высокую пропускную способность вычислительной сети. Причина крылась в пульсирующем характере трафика, который генерируют типичные сетевые приложения.

При коммутации пакетов все передаваемые пользователем сети сообщения разбиваются в исходном узле на сравнительно небольшие части, называемые пакетами. Необходимо уточнить, что сообщением называется логически завершенная порция данных — запрос на передачу файла, ответ на этот запрос, содержащий весь файл, и т. п.

Сообщения могут иметь произвольную длину, от нескольких байт до многих мегабайт. Напротив, пакеты обычно тоже могут иметь переменную длину, но в узких пределах, например от 46 до 1500 байт (EtherNet).

Каждый пакет снабжается заголовком, в котором указывается адресная информация, необходимая для доставки пакета узлу назначения, а также номер пакета, который будет использоваться узлом назначения для сборки сообщения.

Коммутаторы пакетной сети отличаются от коммутаторов каналов тем, что они имеют внутреннюю буферную память для временного хранения пакетов, если выходной порт коммутатора в момент принятия пакета занят передачей другого пакета.

Достоинства коммутации пакетов:

• более устойчива к сбоям;
• высокая общая пропускная способность сети при передаче пульсирующего трафика;
• возможность динамически перераспределять пропускную способность физических каналов связи.

Недостатки коммутации пакетов:

• неопределенность скорости передачи данных между абонентами сети;
• переменная величина задержки пакетов данных;
• возможны потери данных из-за переполнения буферов;
• возможны нарушения последовательности прихода пакетов.

В компьютерных сетях применяется коммутация пакетов.

Cпособы передачи пакетов в сетях:

• Дейтаграммный способ – передача осуществляется как совокупность независимых пакетов. Каждый пакет двигается по сети по своему маршруту и пользователю пакеты поступают в произвольном порядке.
• Достоинства: простота процесса передачи.
• Недостатки: низкая надежность засчет возможности потери пакетов и необходимость программного обеспечения для сборки пакетов и восстановления сообщений.
• Логический канал — это передача последовательности связанных в цепочки пакетов, сопровождающихся установкой предварительного соединения и подтверждением приема каждого пакета.

  Если i-ый пакет не принят, то все последующие пакеты не будут приняты.

• Виртуальный канал – это логический канал с передачей по фиксированному маршруту последовательности связанных в цепочки пакетов.
• Достоинства: сохраняется естественная последовательность данных; устойчивые пути следования трафика; возможно резервирование ресурсов.
• Недостатки: сложность аппаратной части.

В данной статье мы рассмотрели основные методы коммутации в вычислительных сетях, с описание каждого метода коммутации с указанием достоинст и недостатков.

Вас также могут заинтересовать:

Источник: http://just-networks.ru/osnovy-setej-peredachi-dannykh/sposoby-kommutatsii

Переходные процессы в электрических цепях

Переходными называют процессы, при которых происходит переход от одного установившегося состояния к другому.

Изучение переходных процессов позволяет предупредить опасность, которая может возникнуть, к примеру, в силовых цепях, где при разрыве цепи может возникнуть электрическая дуга, которая может привести не только к выходу цепи из строя, но и к травме обслуживающего персонала. Конечно же, переходные процессы существуют не только в таких цепях, но еще и например в устройствах связи, автоматики и радиотехники.

Зачастую причиной переходных процессов является коммутация цепей, откуда и получили название два закона коммутации. При коммутации происходит разрыв или соединение цепи, что вызывает изменение ЭДС или напряжения.

Первый закон коммутации

Первый закон коммутации применим к цепям, содержащим индуктивность, и гласит следующее: ток в индуктивности не может измениться скачком и в первый момент времени после коммутации остаётся таким же, как и до коммутации.

Этот закон можно пояснить на примере цепи с последовательно соединёнными резистором и катушкой. 

В начальный момент времени ключ SA разомкнут и ток в цепи отсутствует i=0. Отсутствие тока и напряжения в цепи описывает его установившееся состояние в начальный момент времени. При замыкании SA возникает переходный процесс. Причем в начальный момент времени ток в цепи отсутствует согласно закону коммутации, а следовательно ir=0 и все напряжение источника оказывается приложенным к катушке, то есть цепь как бы разомкнута индуктивностью.

Напряжение на катушке и резисторе описывается формулой 

За время переходного процесса происходит увеличение тока в цепи до максимального значения. После того, как переходный процесс прекратился, в цепи наблюдается установившийся режим и изменение тока di/dt=0, а следовательно и индуктивное напряжение uL=0.

Предположим, что переходный процесс отсутствует и ток в катушке изменился мгновенно, тогда di/dt=∞, а следовательно и напряжение uL равно бесконечности, чего быть не может. Кроме того, переходный процесс прекращается при изменении энергии магнитного поля катушки до максимального значения, а мгновенно это произойти не может, так как для этого бы потребовался источник бесконечно большой мощности, который в природе не существует.

Второй закон коммутации

Второй закон коммутации применим к цепям, содержащим емкость, и гласит следующее: напряжение на емкости не может измениться скачком в первый момент времени после коммутации остаётся таким же, как и до коммутации.

Для пояснения второго закона рассмотрим зарядку конденсатора через резистор. 

В начальный момент времени до замыкания SA ток и напряжение в цепи равны нулю. После замыкания SA в цепи возникает переходный процесс в течении которого конденсатор заряжается до напряжения источника U.

Сразу же после замыкания согласно закону коммутации напряжение на конденсаторе равно нулю, а все напряжение источника приложено к резистору U=ir.

После завершения заряда конденсатора, напряжение на нем становится равным напряжению источника U=uc, его изменение прекращается duc/dt=0, следовательно, ток в цепи перестает протекать, конденсатор как бы разрывает цепь.

Напряжение на катушке и конденсаторе можно выразить с помощью второго закона Кирхгофа

Ток в цепи пропорционален изменению напряжения на конденсаторе 

Следовательно, напряжение в цепи равно 

Предположим, что напряжение на конденсаторе изменилось мгновенно, следовательно, duc/dt=∞ чего быть не может. Для мгновенного изменения напряжения на конденсаторе до значения равного напряжению источника потребовался бы источник бесконечной мощности, которого как уже было сказано не существует. 

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3.67 (3 Голоса)

Источник: https://electroandi.ru/toe/per-proc/perekhodnye-protsessy-v-elektricheskikh-tsepyakh.html

Возникновение переходных процессов и законы коммутации

В электрических цепях могут происходить включения и отключения пассивных или активных ветвей, короткие замыкания отдельных участков, различного рода переключения, внезапные изменения параметров и т. д.

В результате таких изменений, называемых часто коммутационными или просто коммутациями, которые будем считать происходящими мгновенно, в цепи возникают переходные процессы, заканчивающиеся спустя некоторое (теоретически бесконечно большое) время после коммутации.

Если нет специального указания, будем считать, что начало отсчета времени переходного процесса t=0 начинается с момента коммутации. Этот момент времени непосредственно перед мгновенной коммутацией обозначим 0 — , а сразу после мгновенной коммутации 0 + .

Два закона коммутации

1. В индуктивном элементе ток (и магнитный поток) непосредственно после коммутации в момент, который и назван моментом коммутации t=0+ , или, короче, t=0, сохраняет значение, которое он имел непосредственно перед коммутацией, т. е. при t=0-, и дальше начинает изменяться именно с этого значения:

   Так, при включении ветви с катушкой, в которой не было тока, ток в этой ветви в момент коммутации равен нулю. Если для такой ветви допустить, что в момент коммутации ток изменится скачком, то напряжение на индуктивном элементе будет бесконечно большим, и в цепи не будет выполняться второй закон Кирхгофа.

2. На емкостном элементе напряжение (и заряд) сохраняет в момент коммутации то значение, которое оно имело непосредственно перед коммутацией, и в дальнейшем изменяется, начиная именно с этого значения:

   Так, при включении ветви с конденсатором, который не был заряжен, напряжение на конденсаторе в момент коммутации равно нулю. Если допустить, что в момент коммутации напряжение на емкостном элементе изменяется скачком, то ток будет бесконечно большим, и в цепи не будет выполняться опять-таки второй закон Кирхгофа.

С энергетической точки зрения невозможность мгновенного изменения тока и напряжения объясняется невозможностью скачкообразного изменения запасенной в индуктивном и емкостном элементах энергии (энергии магнитного поля и энергии электрического поля ). Действительно, скачкообразное изменение энергии требует бесконечно больших мощностей, что лишено физического смысла, так как реальные источники питания не обладают бесконечно большой мощностью и не могут ее обеспечить.

В этом разделе рассматриваются переходные процессы в линейных электрических цепях с сосредоточенными параметрами. Поэтому исключается из рассмотрения нелинейный элемент — электрическая дуга, которая может возникнуть при коммутациях. Чтобы исключить влияние дуги, будем считать, что длительность коммутации по сравнению с продолжительностью переходного процесса очень мала, т. е. теоретически мгновенная.

Записанные выше законы коммутации для тока и напряжения в ветвях, содержащих реактивные элементы, при некоторых коммутациях не выполняются. Такие коммутации называют «некорректными» (приводят к требованию скачкообразных изменений токов и напряжений ). Расчет переходных процессов в таких цепях рассматривается в разделе.

Дополнительно по теме

Источник: https://www.ess-ltd.ru/elektro/zakkom.php

Сети и системы связи online

А. В. Голышко, Н. А. Лескова

Сталкеры обращены ко времени наступающему. Обычные люди смотрят на время, уходящее от нас.

Карлос Кастанеда. Колесо времени

Как часто новым многообещающим технологиям подчас не хватает какого-нибудь последнего штриха, чтобы окончательно превратиться в то, что потом назовут “новой парадигмой”. Именно таким штрихом, изменяющим сетевую философию, может стать для архитектуры IP over DWDM недавно разработанная оптическая коммутация блоков (Optical Burst Switching — OBS).

Консенсус оказался возможным?

Уже неоднократно говорилось о том, что доминирующим видом трафика на телекоммуникационных сетях становится трафик данных, в который может превратиться не только чисто компьютерная информация, но и голос, и видео.

При этом объемы трафика данных растут столь быстро, что впервые в истории развития средств связи настоятельно потребовалось создание совершенно новых сетей с колоссальной пропускной способностью, использующих технологию коммутации пакетов. Именно развитие Интернет-приложений и появление новых оптических технологий вносят фундаментальные изменения в сетевую философию.

При этом реагировать на происходящие изменения нужно очень быстро, ибо если темпы роста объема трафика сохранятся, то, как считают специалисты, в 2005 г. только в США и только для доступа в Интернет потребуется общая полоса пропускания порядка 300 Тбит/с.

Одновременно с этим самые развитые (за последние 120 лет) и столь долго реконструируемые “классические” телефонные сети, использующие технологию коммутации каналов и охватывающие огромную армию абонентов во всем мире, незаметно перешли в разряд устаревших.

В результате весь телекоммуникационный мир решил, что пора менять парадигму сетевого строительства. Однако с новой парадигмой еще не все в порядке, потому что не все еще готово окончательно: сети, стыки, протоколы и т. п.

Настал телекоммуникационный переходный период.

Как известно, ключевыми тенденциями современного этапа развития оптических телекоммуникационных сетей на базе технологии плотного спектрального мультиплексирования (DWDM) является существенное увеличение пропускной способности оптической линии за счет организации целого набора каналов связи, для каждого из которых используется своя длина световой волны. Однако во время переходного периода существующая парадигма коммутации/маршрутизации длин волн для переноса пакетного трафика Интернет будет, вероятно, подвержена влиянию недостатков, присущих сетям с коммутацией каналов. Меж тем внедрение технологий оптической коммутации пакетов сдерживается значительными расходами и технологическими барьерами, связанными в первую очередь с пока еще недостаточным быстродействием существующих процессоров для обработки индивидуальных IP-пакетов в высокоскоростной оптической сети. Поэтому те, кто смотрит далеко вперед, уже поняли, что именно оптический IP-маршрутизатор будет, скорее всего, одним из самых “узких” мест в новой оптической сети.

Но нет ничего невозможного. Разработанная недавно технология оптической коммутации блоков (IP-пакетов) восстанавливает утерянное было равновесие между коммутацией пакетов и коммутацией каналов и открывает новые горизонты в развитии оптических сетей связи.

Налицо новая основа интеграции сетей на базе архитектуры IP over DWDM. Ниже приведена краткая концепция OBS, о которой на страницах журнала IEEE Communications Magazine (сентябрь 2000 г.

) рассказал г-н Chunming Qiao, член общества IEEE Computer and Communications и руководитель Технической группы оптических сетей (TGON).

Логические причины

Итак, трудно возразить, что среди недавних достижений в области оптических технологий самой заметной является технология DWDM. Именно благодаря ее внедрению полоса пропускания каналов оптического кабеля выросла сразу на несколько порядков.

Меж тем повсеместное использование IP-протокола привело к усиленному рекламированию архитектуры IP over DWDM в качестве основы оптических сетей Интернет следующего поколения. Согласно ожиданиям фирм-производителей, такая архитектура не только улучшит технические и сервисные характеристики сетевого оборудования, но и создаст гибкую и надежную инфраструктуру с очень значительной пропускной способностью.

Без сомнения, эффективное использование полосы пропускания с необходимой степенью масштабируемости жизненно важно для практического внедрения оптических сетей.

На сегодняшний день архитектура IP over DWDM находится в стадии постепенной миграции от существующих механизмов IP over ATM over SDH/SONET. Например, в некоторых реализациях “оптического Интернет” IP-маршрутизаторы подключены друг к другу через интерфейсы синхронной оптической сети SDH/SONET и каналы DWDM (соответственно данные преобразуются из оптической формы в электрическую и снова в оптическую, что можно записать как О/Е/О).

Предполагается, что для наилучшей сохранности данных на оптическом уровне в оптических сетях будет выделяться достаточное количество резервных оптических каналов, которые поддержат виртуальную (или логическую) связь узлов клиентов, т. е. IP-маршрутизаторов или АТМ-коммутаторов.

Однако методы маршрутизации длин волн по существу являются лишь вариантами парадигмы канальной коммутации и как таковые будут неизбежно страдать от присущих ей известных недостатков. Например, на границе сети будут необходимы сложные механизмы суммирования/обработки трафика для того, чтобы поддержать IP-приложения, требующие особо большую полосу пропускания (или целый оптический канал).

Кроме того, учитывая, что число узлов клиента, включенных в оптическую сеть, довольно быстро растет, количество задействованных длин волн может превысить существующие технологические пределы. Это относится и к обеспечению общей коннективности в сети (связь “каждого с каждым”), и к соответствующим размерам коммутатора длин волн (или кроссконнектора).

Без полной же коннективности сеть будет чересчур сложной из-за необходимости организации эффективного управления (например, для реконфигурации виртуальной топологии).

Чтобы осуществить статическое мультиплексирование и упростить процесс обеспечения сетевыми ресурсами (например, нужным количеством длин волн), логично снизить время обеспечения каждого потенциального клиента необходимой ему полосой пропускания. А это значит, что нужно перейти от каналов, существующих довольно продолжительное время, к блокам (IP-пакетов) или даже к отдельным IP-пакетам.

Текущие проблемы и пути их решения

К сожалению, практическая реализация оптической пакетной коммутации все еще обходится слишком дорого. Это связано и со значительными расходами на разработку, и с определенными технологическими барьерами.

Наиболее характерная проблема — недостаточный ресурс оптического запоминающего устройства с произвольной выборкой (своеобразного буфера).

На сегодня наибольшим потенциалом в практической реализации этого устройства, обеспечивающего оптическую буферизацию, являются волоконно-оптические линии задержки (FDL). Однако и они в состоянии обеспечить лишь ограниченную задержку оптического сигнала.

Еще одна серьезная проблема — обеспечение требований по синхронизации между многочисленными IP-пакетами, поступающими на различные порты оптического коммутационного устройства, а также между заголовками пакетов и их полезной нагрузкой.

На рисунке, а показан типичный узел оптической (фотонной) пакетной коммутации, где используются линии FDL, реализующие попакетную задержку входящих потоков (в первую очередь их полезной нагрузки), пока заголовки пакетов проходят процесс обработки (либо оптический, либо электрический, либо типа О/Е/О). Нужно заметить, что для разрешения конфликтных ситуаций между многочисленными IP-пакетами (в рамках одного и того же канала) необходимы дополнительные линии FDL внутри коммутационного устройства, т. е. во входной или выходной его части (на рисунке не показаны). Все это довольно сложно.

С целью предотвращения возникновения конфликтных ситуаций и упрощения оборудования и была предложена оптическая коммутация блоков (OBS). В ней сочетаются лучшие стороны оптической канальной коммутации и оптической пакетной коммутации, и, что немаловажно, одновременно исключены присущие им недостатки.

Основные возможности OBS

Технология OBS позволяет эффективно использовать полосу пропускания благодаря статистическому мультиплексированию блоков (пакетов).

При этом посылка по отдельному каналу управления управляющих пакетов, несущих информацию о маршрутизации, а также возможность передачи соответствующих блоков с задержкой (offset time) могут вообще устранить потребность в использовании FDL, как показано на рисунке, б.

Одновременно более свободные связи между сигналами управления и данными означают менее жесткие (чем при пакетной коммутации) требования к синхронизации.

В процессе миграции от архитектур типа IP over ATM over SDH/SONET механизм IP over DWDM в основном воспринимается пока как отдельный оптический уровень (“оптическое облако”) с собственными алгоритмами адресации, маршрутизации, обеспечения ресурсами и т. п. Технология OBS приводит к появлению долгожданного интегрированного решения IP over DWDM, которое позволяет постепенно избавляться от избыточности сетевых ресурсов и увеличивает эффективность сети.

Источник: http://www.ccc.ru/magazine/depot/01_08/0302.htm

Коммутация электрических цепей

Среди всех понятий электротехники одно из ведущих мест занимает коммутация электрических цепей. Это понятие используется во многих областях и стоит более подробно рассмотреть, что же это такое?

Понятие коммутации

Коммутацией электрических цепей называются разнообразные переключения, производимые во всевозможных электрических соединениях, а также в кабелях, проводах, трансформаторах, машинах, различных приборах и аппаратах, которые, так или иначе генерируют, распределяют и потребляют электроэнергию.

Как правило, коммутацию сопровождают переходные процессы, возникающие в результате того, что токи и напряжение очень быстро перераспределяются в ветвях электрических цепей.

Режимы электрических цепей

Переход цепи из одного режима в другой, является переходным динамическим процессом. В то время, как при стационарном установившемся режиме, токи и напряжения в цепях постоянного тока остаются неизменными по времени, при переменном токе временные функции периодически изменяются.

Установленные режимы при любых параметрах полностью зависят исключительно от источника энергии. Поэтому, каждый источник энергии, постоянный или переменный, создают соответствующий ток. Причем, частота переменного тока полностью совпадает с частотой источника электрической энергии.

Возникновение переходных процессов происходит, когда каким-либо образом изменяются режимы в электрических цепях. Это может быть отключение или подключение цепей, изменения нагрузок, возникновение различных аварийных ситуаций. Все эти переключения и называются коммутацией. С физической точки зрения все процессы перехода энергетических состояний соответствуют режиму до коммутации и после коммутации.

Продолжительность переходных процессов

Длительность процессов очень короткая – вплоть до миллиардных долей секунды. В очень редких случаях, эти процессы, при необходимости, могут составлять до нескольких десятков секунд. Переходные процессы постоянно изучаются, поскольку именно с их помощью производится коммутация электрических цепей.

Электроснабжение промышленных предприятий

Работа очень многих устройств, особенно в промышленной электронике, базируется на переходных процессах. Например, продукция электрической нагревательной печи полностью зависит от того, как протекает переходный процесс. Чрезмерно быстрый или очень медленный нагрев могут нарушить технологию и привести к выпуску бракованной продукции.

В общих случаях, процессы электроцепей возникают при наличии в них индуктивных и емкостных элементов, способных осуществлять накопление или отдачу энергии магнитных или электрических полей. В момент начала процесса, между всеми элементами цепи и внешними источниками энергии, начинается процесс перераспределения электроэнергии. Частично, энергия безвозвратно преобразуется в другие виды энергии.

Источник: https://electric-220.ru/news/kommutacija_ehlektricheskikh_cepej/2013-04-26-375