电路交换单元

从通信资源 的分配角度来看，“交换”就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。在使用电路交换单元打电话之前，先拨号建立连接：当拨号的信令通过许多交换机到达被叫用户所连接的交换机时，该交换机就向用户的电话机振铃；在被叫用户摘机且摘机信号传送回到主叫用户所连接的交换机后，呼叫即完成，这时从主叫端到被叫端就建立了一条连接。通话过程。通话结束挂机后，挂机信令告诉这些交换机，使交换机释放刚才这条物理通路。这种必须经过“建立连接--通信--释放连接”三个步骤的连网方式称为面向连接的。电路交换单元必定是面向连接的。

用户到交换机之间的叫用户线，归电话用户专用。交换机之间、许多用户共享的叫中继线，拥有大量的话路，正在通话的用户只占用其中的一个话路，在通话的全部时间里，通话的两个用户始终占用端到端的固定传输带宽。

以电路联接为目的的交换方式是电路交换单元方式。电话网中就是采用电路交换单元方式。我们可以打一次电话来体验这种交换方式。打电话时，首先是摘下话机拨号。拨号完毕，交换机就知道了要和谁通话，并为双方建立连接，等一方挂机后，交换机就把双方的线路断开，为双方各自开始一次新的通话做好准备。因此，我们可以体会到，电路交换单元的动作，就是在通信时建立(即联接)电路，通信完毕时拆除(即断开)电路。至于在通信过程中双方传送信息的内容，与交换系统无关。

一个交换单元从外部看，主要由四个部分组成：输入端口、输出端口、控制端与状态端。交换单元的输入端口又称为入线，输出端口称为出线，一个具有M条入线，N条出线的交换单元称为M*N的交换单元，入线编号为0-M-1，出线编号为0-N-1。控制端主要用来控制交换单元的动作，可以通过控制端的控制将交换单元的特定入线与特定出线连接起来，使信息从入线交换到出线而完成交换的功能。状态端用来描述交换单元的内部状态，不同的交换单元有不同的内部状态集，通过状态端口让外部及时了解工作情况。

从内部看交换单元，其构成是多种多样的，它可以是一个时分总线或是一个空分的开关阵列。无论交换单元内部构成如何，它都应该能够完成最基本的交换功能，即能把交换单元任意入线的信息交换到任意出线上。

每部电话都连接到交换机上，而交换机使用交换的方法，让电话用户之间可以很方便地通信。一百多年来，电话交换机虽然经过了多次更新换代，但交换的方式一直都是电路交换单元。当电话机数量增多，就使用彼此连接起来的交换机来完成全网的交换工作。注意，是这种交换机采用了电路交换单元的方式，后来的分组交换也是采用了一样的电信网，只是不一样类型的交换机（当然协议也不同）。

电路交换单元就是通信的过程中维持的是实际的电子电路（物理线路），这条电子电路建立后用户始终占用从发送端到接收端的固定传输带宽。

交换单元的基本功能就是要在入线和出线之间建立一定的连接，使信息能从入线交换到出线。交换单元的连接特性反映出交换单元从入线到出线的连接能力，是交换单元的基本特性。交换单元的连接特性有集合和函数两种描述方式。

从电路交换单元的工作原理看出，电路交换单元会占用固定带宽，因而限制了在线路上的流量以及连接数量，电路交换单元常于分组交换进行比较。其主要不同之处在于：分组交换的通信线路并不专用于源与目的地间的信息传输。在要求数据按先后顺序且以恒定速率快速传输的情况下，使用电路交换单元是较为理想的选择。因此，当传输实时数据时，诸如音频和视频；或当服务质量（QOS）要求较高时，通常使用电路交换单元网络。分组交换在数据传输方面具有更强的的效能，可以预防传输过程（如e-mail信息和Web页面）中的延迟和抖动现象。

对于交换单元，通过下述几个指标来描述其特性。

（1）容量

（2）接口

（3）功能

（4）质量

交换单元有多种分类方法，从不同角度对交换单元进行分类，一般有四种分类方法、

（1）按照入线与出线上信息传送的方向是单向还是双向可以把一个交换单元分为有向交换单元和无向交换单元。

（2）按照交换单元入线与出线的数量关系，可以吧一个M*N的交换单元分为集中型、连接型和扩散型 。

（3）按照交换单元的所有入线和出线之间是否共享单一的通路，可以把交换单元分为时分交换单元与空分交换单元。

（4）按照交换单元所接收的模拟信号和数字信号，可以把交换单元分为数字交换单元与模拟交换单元。

举例来说，我们假设有A、B两个城市，每个城市都有一部交换机并有一千个用户，两个交换机之间用100条中继线连接着。那么，如果我们说：在A城的两个用户之间建立一条电路，我们指的是把两条用户线路通过A城的交换机联接起来。但当我们说：在A城的一个用户和B城的一个用户之间建立一条电路时，我们指的就是由A城的用户线路经A城交换机联接到A、B城之间的一条中继线路，在经B城交换机联接到B城的用户线路上。由于经济上的原因，中继线路总是大大少于用户线路，并且为所有用户所共享。那么，当我们占用了一条中继线路以后，即使我们不传送信息，别人也不能使用，这就是电路交换单元最主要的缺点。在电话通信中，由于讲话双方总是一个在说，一个在听，因此电路空闲时间占大约50%。

变频电路直接变频电路

直接变频电路是指不经过任何中间环节，直接将一种频率的交流电转变为另一种频率的交流电的电路。一般还可同时控制输出电压。直接变频电路应用于变频调速装置、感应加热装置、不停电电源等场合。与间接变频电路相比，直接变频电路仅进行一次电能变换，变换效率较高。按变频电路的输出频率和输入频率的关系分，可分为直接降频电路、直接升频电路和直接升降频电路。

直接变频电路又称周波变流电路。它由两组反并联的相控整流电路（正极组和负极组）组成。三相桥式相控整流器组成的直接降频电路。正极组和负极组整流器交替地工作，即可输出一个低频的交流电压。直接降频电路按控制方式可分为定比式周波变流器和连续式周波变流器两种。①定比式周波变流器它的输出电压波形。电路的输出频率与输入频率有一定的比例关系，不能连续变化，输出电压的低次谐波较大，但控制方式简单，可用于频率精度要求不高的场合。②连续式周波变流器 它可连续改变正极组和负极组的触发滞后角，通过改变触发滞后角的变化周期改变输出频率，改变触发滞后角改变输出电压。它的输出频率和电压都是连续可调的。连续式周波变流器的输出电压波形。为使输出电压波形更接近于正弦波，各整流器的触发滞后角按余弦规律变化。连续式周波变流器的输出电压中包含有分数次谐波。当输出频率和输入频率之比大于三分之一时，这种分数次谐波会对负载产生恶劣的影响（见高次谐波抑制）。在周波变流器中，同一组中晶闸管换相与相控整流电路的换相相同（见相控整流电路），而在负载电流过零时进行从正极组工作到负极组工作的转换。转换的方式有两种，一种是有环流式，另一种是无环流式。有环流式控制较简单，但需要在两组整流电路之间增设限流电抗器限制环流。无环流式控制是按照检测出的负载电流的正负有选择地使正极组或负极组中的一组整流器工作，不产生环流。这种方式因无须设置限流电抗器，功率因数和效率都有所提高。但存在负载电流在过零点不连续的缺点。 直接降频电路主要应用于交流电动机低速传动。它的优点无须换相电路；可以由负载向交流电源回馈电能；变流效率较高。缺点是晶闸管用量多，控制电路较复杂；输出频率变化范围较小，一般低于输入频率的三分之一。

变频电路间接变频电路

经过两次以上的变换，将一种频率的交流电转变为另一种频率的交流电的电路。按变换的途径可分为交流-直流-交流变频电路和交流-直流-高频-交流变频电路。

先用整流器将输入的交流电转变为直流电，再用逆变器将直流电转变为所需频率的交流电。整流器采用不控整流电路或相控整流电路。在要求变频器输出电压可变,而逆变器又无控制电压的能力的场合。

相控整流电路

在逆变器能够控制输出电压的场合，一般采用不控整流电路以降低成本。按换流方式不同，逆变电路可分为电源换流、负载换流和自换流3种。交流-直流-交流变频电路

电源换流逆变电路

电路中的晶闸管利用电源电压换流，晶闸管关断条件好，它构成的变频器容量可以做得较大。主要应用于线绕式异步电动机串级调速，高压直流输电，大电网的联接。

负载换流逆变电路

电路中的晶闸管利用负载电压换流。主要用于同步电动机调速和感应加热装置中。用于同步电动机调速的变频电路输出频率不高，一般在几赫到几十赫范围，可以采用普通晶闸管作为逆变器的开关元件，成本较低。在启动时，同步电动机反电动势为零，晶闸管不能利用负载电压换流，常采用电源换流或辅助强迫换流。用于感应加热的变频电路的输出频率较高，一般在几百赫到几万赫的范围。它的逆变电路种类很多，有并联逆变电路、串联逆变电路、串并联逆变电路、倍频式逆变电路和时间分割式逆变电路。并联逆变电路负载适应性强，适用于熔炼和透热。串联逆变电路可以在逆变器内部调节输出电压，启动比较方便，适用于淬火和钎焊。串并联逆变电路、倍频式逆变电路和时间分割式逆变电路适用于输出频率较高的应用场合。

自换流逆变电路

主要用于异步电动机变频调速和恒压恒频装置中。逆变器中的晶闸管需要专门的辅助换流电路换流，电路较复杂。为了简化电路，在中、小功率的自换流逆变电路中常采用功率晶体管等自关断元件。在简单的控制下，自换流逆变电路本身不能控制输出电压，当采用脉冲宽度控制时，自换流逆变电路不但能控制输出电压，还能改善输出电压的波形。

整流器将输入交流电转变为直流电，逆变器再将直流电转变成高频交流-直流-交流变频电路 交流电，经变压器隔离后用直接式降频器再将高频交流电转变为所需频率的交流电。一般逆变器输出的频率大于2万赫,变压器的体积小，重量轻且无噪声。这种变频电路适用于多路输出，且要求各路输出电压互相隔离，又要求变换器体积小、重量轻的场合。2100433B