Курсовая работа Явления, возникающие в биотканях при воздействии вращающегося магнитного поля

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

(ФГБОУ ВПО «КубГУ»)

Физико-технический факультет

Кафедра физики и информационных систем

КУРСОВАЯ РАБОТА

ЯВЛЕНИЯ, ВОЗНИКАЮЩИЕ В БИОТКАНЯХ ПРИ  ВОЗДЕЙСТВИИ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ

Работу выполнил 

Курс 3

Направление 201000.62 Биотехнические системы и технологии

Научный руководитель

канд. техн. наук, доцент _  __   

Нормоконтролер инженер 

Краснодар 2015

РЕФЕРАТ

       Макрушин , возникающие в биотканях, при воздействии вращающегося магнитного поля.  Курсовая работа: 28  стр., 6 рис., 4 формул 

13 источников

        ТРЕХФАЗННЫЙ АСИНХРОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, ВРАЩАЮЩЕЕСЯ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ, МАГНИТОТЕРАПИЯ

       Объектом исследования данной курсовой работы является явления возникающие в биотканях при воздействием вращающегося МП на организм человека.

Целями  данной работы являются: ознакомится с устройством трехфазного асинхронного двигателя; провести анализ  проблемы воздействия вращающегося МП на организм; Провести эксперимент; Обобщить результат, и сделать вывод по проделанной работе.

В результате выполнения курсовой работы, с помощью теоретических и экспериментальных данных удалось изучить и понять некоторое терапевтическое действие магнитных полей на организм человека, рассмотреть основные определения и формулировки касающейся темы. Также был заложен теоретический фундамент, который поможет мне в дальнейших исследованиях по данной теме.

СОДЕРЖАНИЕ

Обозначения и сокращения……………………………………………………........4

ВВЕДЕНИЕ ……………………………………………………………………….        …5

1.ЯВЛЕНИЯ, ВОЗНИКАЮЩИЕ В БИОТКАНЯХ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ  МАГНИТНОГО ПОЛЯ……….. …………………………..7

       1.1 Воздействие магнитного поля на молекулы и клетки организма человека………………………………………………………………………………7

       1.2 Воздействие магнитного поля на системы организма….........................9

2.УСТАНОВКА, СОЗДАЮЩАЯ ВРАЩАЮЩЕЕСЯ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ  ……………………………………………………………………………………….15

2.1Конструкция и принцип работы установки, создающей вращающееся

магнитное поле…………….………………………………………….……….......15

2.2 Основные характеристики установки……………………………..…....21

3. ВОЗДЕЙСТИЕ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА МОДЕЛЬ БИООБЪЕКТА……………………………………………………………………..23

3.1 Лабораторная установка………………………………………………...23

3.2 Экспериментальное исследование модели биоткани…………………24

ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………………………….25

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ………………………………27

ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

ТФАД	Трехфазный асинхронный двигатель
ВрМП	вращающееся магнитное поле
МП	Магнитное поле
Гц	Герцы
Мэм	Электромагнитный момент
КПД	Коэффициент полезного действия
АД	Артериальное давление
ЦНС	Центральная нервная система
Тл	Тесла
FА	Сила Ампера
ЭДС	Электродвижущая сила

ВВЕДЕНИЕ

В последние годы в медицине широко используются лечебные свойства магнитных полей, наличие биологического действия магнитных полей в литературе доказано с документальной точностью, накоплено достаточно научных фактов, свидетельствующих об их высокой терапевтической эффективности [1]. Хотя не все эти работы равнозначны по своей ценности, многие из них свидетельствуют о прогрессе в этой отрасли знания. Стоит отметить появление ряда обобщающих работ, в которых детально разбираются вопросы магнитотерапии. 

Магнитотерапия – не новое, но весьма актуальное  направление в медицине. Среди методов физиотерапии магнитотерапия — один из наиболее безопасных, эффективных, легко выполнимых и хорошо совместимых с другими лечебными средствами.

Одним из актуальных направлений биофизики является изучение влияния вращающегося магнитного поля на организм человека; конструирование современных, универсальных установок, позволяющих осуществлять воздействие вращающимся магнитным полем на организм человека, а также  отвечающим современным требованиям рынка: рентабельность, портативность, эффективность и удобство эксплуатации. Уже сейчас существует не малое количество исследований и разработок по данной теме, среди которых стоит отметить разработки профессора Кубанского государственного медицинского университета [2,3,4] , однако остается еще огромное количество  перспективных направлений по данной теме, которые могут внести огромный вклад в развитие магнитотерапии.

Цель данной работы:        

1) ознакомление с устройством трехфазного асинхронного двигателя;

2) провести анализ  проблем воздействия вращающегося МП на различных уровнях организма;

3)Обобщить результат, и сделать вывод по проделанной работе;

Задача - с помощью теоретических и экспериментальных данных изучить и понять явления, возникающие в биотканях при воздействии вращающегося поля на организм, а также рассмотреть основные определения и формулировки касающейся темы.

Объектом исследования является терапевтическое действие вращающегося МП на организм человека.

Предметом исследования является вращающееся магнитное поле, трёхфазный асинхронный двигатель.

Предлагаемая  тема дает возможность разобраться в столь сложных и значимых проблемах, как терапевтическое действие вращающегося МП на организм человека, а также  принципиальные схемы устройства терапевтических установок,  создающих вращающееся магнитное поле.

       

1 ЯВЛЕНИЯ, ВОЗНИКАЮЩИЕ В БИОТКАНЯХ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ

1.1ВОЗДЕЙСТВИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА МОЛЕКУЛЫ И КЛЕТКИ ОРГАНИЗМА ЧЕЛОВЕКА

Выделяют следующие механизмы первичного действия вращающегося магнитного поля на биологические объекты. Под влиянием магнитных полей у макромолекул (ферменты, нуклеиновые кислоты, протеины и т. д.) происходит возникновение зарядов и изменение их магнитной восприимчивости. В связи с этим магнитная энергия макромолекул может превышать энергию теплового движения, а потому магнитные поля даже в терапевтических дозах вызывают ориентационные и концентрационные изменения биологически активных макромолекул, что отражается на кинетике биохимических реакций и скорости биофизических процессов. В механизме первичного действия магнитных полей большое значение придается ориентационной перестройке жидких кристаллов, составляющих основу клеточной мембраны и многих внутриклеточных структур. Происходящие ориентация и деформация жидкокристаллических структур (мембраны, митохондрии и др.) под влиянием переменного магнитного поля сказываются на их проницаемости, играющей важную роль в регуляции биохимических процессов и выполнении ими биологических функций.

Воздействие магнитными полями на элементарные токи в атомах и молекулах вне - и внутриклеточной воды приводит к изменениям ее квазикристаллической структуры. Вследствие определенной пространственной ориентации элементарных токов в атомах и молекулах воды возникают изменения ее свойств: поверхностного напряжения, вязкости, электропроводности, диэлектрической проницаемости и др. Это способствует выполнению своих специфических функций молекулами белков, нуклеиновыми кислотами, полисахаридами и другими макромолекулами, образующими с водой единую систему, транспорт и метаболизм которых зависит от связанного с водой состояния [5].

Одним из важных регуляторных механизмов в живых системах является активность ионов. Она определяется прежде всего их гидратацией и связью с макромолекулами. При действии магнитных полей различающиеся по своим магнитным и электрическим свойствам компоненты системы (ион - вода, белок—ион, белок—ион—вода) будут совершать колебательные движения, параметры которых могут не совпадать. Последствием этого процесса будет освобождение части ионов из связи с макромолекулами и уменьшение их гидратации, а следовательно, возрастание ионной активности. Увеличение под влиянием магнитного поля ионной активности в тканях является предпосылкой к стимуляции клеточного метаболизма.

Особо следует отметить специфическое действие вращающегося магнитного поля. Действие основано на взаимодействии биотканей с переменным электрическим полем, которое возникает при любом изменении магнитного поля. Поскольку в тканях имеются свободные заряды, ионы или электроны, то электрическое поле вызовет их движение, т. е. электрический ток, который оказывает многообразное биологическое действие, например,  нагрев проводящих тканей [2].

Исходя из перечисленных выше механизмов действия магнитных полей, можно сказать, что вращающиеся магнитное поле влияет на ткани организма через диа - и парамагнитные эффекты, а также, через электрические токи, генерируемые ими.

1.2ВОЗДЕЙСТВИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА СИСТЕМЫ ОРГАНИЗМА

Действие магнитного поля на организм характеризуется различиями в индивидуальной чувствительности и неустойчивостью ответной реакции организма и его систем. Воздействия на фоне повышенной функции органа или системы приводят к ее снижению, а применение магнитного поля в условиях угнетения функции сопровождается ее повышением, изменением направления фазности реакций организма на противоположное. Степень выраженности терапевтического действия зависит от физических характеристик магнитного поля. Эффект и изменения в органах при воздействии ВрМП, более выражены чем при воздей­ствии постоянного поля. После однократных воздействий реакции организма сохраняются в течение 1—6 суток, а после курсовых процедур — в течение 30—45 дней, что обусловливает возможность перерыва между повторными курсами лечения на этот период [6].

Органы и системы организма по-разному реагируют на действие магнитного поля. Избирательность ответной реакции организма зависит от электрических и магнитных свойств тканей, различий в их микроциркуляции, интенсивности метаболизма. По степени чувствительности различных систем организма к магнитному полю первое место занимает нервная, затем эндокринная система, органы чувств, сердечно-сосудистая система, кровь, мышечная, пищеварительная, выделительная, дыхательная и костная системы.

Действие магнитного поля на нервную систему характеризуется изменением поведения организма, его условно-рефлекторной деятельности, физиологических и биологических процессов. Это возникает за счет стимуляции процессов торможения, что объясняет благоприятное влияние магнитного поля на сон и эмоциональное напряжение. Наиболее выраженная реакция со стороны ЦНС наблюдается в ретикулярная формация среднего мозга. Это в какой-то степени объясняет сложный механизм реакций организма на воздействие магнитным полем и зависимость от исходного функционального состояния в первую очередь нервной системы, а затем уже других органов.

Со стороны гипоталамуса под действием магнитного поля отмечаются синхронизация работы секреторных клеток, усиление синтеза и выведения нейросекрета из его ядер. Одновременно происходит усиление функциональной активности всех долей гипофиза. Однако при длительных и мощных (более 70 мТл) воздействиях могут возникнуть угнетение нейросекреторной функции и развитие продуктивно-дистрофических процессов в клетках ЦНС. Под влиянием магнитного поля с индукцией малой интенсивности снижается тонус церебральных сосудов, улучшается кровоснабжение мозга, происходит активация азотистого и углеводно-фосфорного обмена, что повышает устойчивость мозга к гипоксии. При воздействии магнитным полем на шейные симпатические узлы и паретичные конечности у больных, перенесших мозговой инсульт, отмечаются улучшение церебрального кровотока и нормализация повышенного АД, что доказывает рефлекторный путь действия магнитного поля. Воздействие ВрМП на воротниковую область также приводит к улучшению гемодинамики и снижению как систолического, так и диастолического давления до нормальных цифр. Таким образом, с помощью ВрМП возможна коррекция нарушенной мозговой гемодинамики при различных патологических состояниях.

Периферическая нервная система реагирует на действие магнитного поля понижением чувствительности периферических рецепторов, что обусловливает обезболивающий эффект; улучшением функции проводимости, которая благотворно влияет на восстановление функций травмированных периферических нервных окончаний за счет улучшения роста аксонов и торможения развития в них соединительной ткани.

Возбуждение гипоталамо-гипофизарной системы вызывает цепную реакцию активации периферических эндокринных желез. При воздействии ВрМП происходит развитие реакции тренировки и повышенной активности всех отделов эндокринной системы. Со стороны щитовидной железы отмечается стимуляция ее функции под действием магнитного поля в отличие от угнетающего эффекта многих других раздражителей, что создает предпосылки к использованию магнитных полей в комплексной терапии при ее гипофункции. Симпатико-адреналовая система лишь слабо активируется на первых процедурах, а к 7- 9-му дню формируется торможение периферических адренорецепторов, что играет важную роль в формировании антистрессорного эффекта. Увеличение индукции (выше 120 мТл) и частоты магнитного поля (выше 100 Гц), а также изменение времени его действия сопровождаются появлением гемодинамических расстройств, а вслед за этим и дистрофических изменений в клетках гипофиза, надпочечников и других органов, что свидетельствует о развитии стрессовых реакций, которые влекут за собой сдвиги в обмене веществ, снижение интенсивности энергетических процессов, гликолиз, нарушение проницаемости клеточных мембран, гипоксию [5].

При воздействии ВрМП отмечается снижение давления в системе глубоких и подкожных вен, в артериях. Одновременно повышается тонус стенок сосудов, происходят изменения упругоэластичных свойств и биоэлектрического сопротивления стенок кровеносных сосудов. Изменения гемодинамики, а именно — гипотензия и брадикардия связаны также со снижением сократительной функции миокарда. Это свойство магнитного поля нашло применение при лечении гипертонической болезни, а также используется для снижения нагрузки на сердце. Магнитное поле влияет на развитие различных тканей. В начале воздействия вращающегося магнитного поля происходит кратковременное (в течение 5—15 мин) замедление капиллярного кровотока, которое затем сменяется интенсификацией микроциркуляции. Во время и по окончании курса магнитотерапии происходят ускорение капиллярного кровотока, улучшение сократительной способности стенок сосудов и увеличение их кровенаполнения. Увеличивается просвет функционирующих компонентов микроциркуляторного русла, возникают условия, способствующие раскрытию  существующих капилляров, анастомозов и шунтов.

Под влиянием магнитных полей происходит повышение сосудистой и эпителиальной проницаемости, прямым следствием чего является ускорение рассасывания отека и введенных лекарственных веществ. Благодаря данному эффекту магнитотерапия нашла широкое применение при травмах, ранах и их последствиях.

При воздействии ВрМП отмечается усиление метаболических процессов в области регенерата кости (при переломе), процесс образования костного вещества проходит интенсивнее и в более сжатие сроки.

Магнитные поля вызывают гипокоагуляционный эффект путем активации противосвертывающей системы, уменьшение внутрисосудистого пристеночного тромбообразования и снижение вязкости крови за счет влияния магнитных полей малой интенсивности на ферментативные процессы, электрические и магнитные свойства элементов крови, принимающих участие в гемокоагуляции.

Магнитные поля оказывают значительное влияние на обмен веществ в организме. При их действии на отдельные системы организма в сыворотке крови увеличивается количество общего белка, глобулинов и повышается их концентрация в тканях за счет глобулиновых фракций. При этом происходит изменение структуры белков. При кратковременных ежедневных общих влияниях на организм магнитных полей снижается содержание пировиноградной и молочной кислот не только в крови, но и в печени и мышцах. При этом увеличивается содержания гликогена в печени.

Под действием магнитных полей в тканях происходит снижение содержания ионов натрия (Na) при одновременном повышении концентрации ионов калия (К), что является свидетельством изменения проницаемости клеточных мембран. Отмечается снижение содержания железа Fe в мозге, сердце, крови, печени, мышцах, селезенке и его повышение в костной ткани. Это перераспределение железа (Fe) связано с изменением состояния органов кроветворения. При этом повышается содержание меди (Си) в мышце сердца, селезенке, семенниках, что активирует адаптаци­онно-компенсаторные процессы организма. Содержание кобальта (Со) понижается во всех органах, и происходит его перераспределение между кровью, отдельными органами и тканями. Под влиянием магнитных полей биологическая активность магния (Mg) возрастает, что приводит к замедлению развития патологических процессов в печени, сердце, мышцах.

Отмечено, что магнитные поля небольшой индукции стимулируют процессы тканевого дыхания, изменяя соотношение свободного и фосфорили - рующего окисления в дыхательной цепи. Усиливаются обмен нуклеиновых кислот и синтез белков, что влияет на пластические процессы. Воздействие на пролиферацию и регенерацию определяется увеличением перекисного окисления липидов.

Характерным проявлением действия магнитного поля на организм считается активация процессов метаболизма углеводов и липидов. О последнем свидетельствует увеличение содержания неэстерифицированных жирных кислот и фосфолипидов в крови и внутренних органах, уменьшение уровня холестерина в крови.

Таким образом, вращающееся магнитное поле непродолжительной экспозиции оказывают, хотя и не столь выраженное, как другие физические факторы, но многообразное действие на организм, что способствует развитию индивидуальных обратимых благоприятных процессов. Наиболее доказанными и имеющими наибольшее значение для клиники являются седативное, гипотензивное, противовоспалительное, противоотёчное, болеутоляющее и трофикорегенераторное действие. При определенных условиях, в частности при воздействии на крупные сосуды, магнитотерапия вызывает дезагрегационный и гипокоагупяционный эффекты, улучшает микроциркуляцию и регионарное кровообращение, благоприятно влияет на иммунореактивные и нейровегетативные процессы. Воздействие магнитным полем, как правило, не вызывает образования эндогенного тепла, повышения температуры и раздражения кожи. Отмечается хорошая переносимость у ослабленных больных, больных пожилого возраста, страдающих сопутствующими заболеваниями сердечно-сосудистой системы, что позволяет применять устройства магнитотерапии во многих случаях, когда воздействие другими физическими факторами не показано.

Несмотря на свое благотворное действие на организм, магнитные поля от 70 мТл и выше становятся стрессорными агентами и неблагоприятно сказываются на деятельности различных функциональных систем. Происходит дискоординация деятельности эндокринных органов, снижается интенсивность энергетических процессов, усиливается гликолиз, нарушается проницаемость клеточных мембран, развиваются гипоксия и дистрофические процессы. В связи с этим необходимы строжайшее соблюдение техники безопасности и контроль за дозировкой фактора [7].

2 УСТАНОВКА, СОЗДАЮЩАЯ ВРАЩАЮЩЕЕСЯ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ 

2.1 КОНСТРУКЦИЯ И ПРИНЦИП РАБОЫ УСТАНОВКИ, СОЗДАЮЩЕЙ ВРАЩАЮЩЕЕСЯ МАГНИТНОЕ ПОЛЕ

Принципиальным устройством, создающим вращающееся магнитное поле, является трехфазный асинхронный электродвигатель. Трехфазный асинхронный электродвигатель - это асинхронный электродвигатель, который имеет трехфазную обмотку статора.  Режимы работы: двигательный, генераторный, тормозной.

Трехфазный асинхронный электродвигатель, как и любой электродвигатель, состоит из двух основных частей - статора и ротора. Статор - неподвижная часть, ротор - вращающаяся часть. Ротор размещается внутри статора. Между ротором и статором имеется небольшое расстояние, называемое воздушным зазором, обычно 0,5-2 мм.

Статор состоит из корпуса и сердечника с обмоткой. Сердечник статора собирается из тонколистовой технической стали толщиной обычно 0,5 мм, покрытой изоляционным лаком. Шихтованная конструкция сердечника способствует значительному снижению вихревых токов, возникающих в процессе перемагничивания сердечника вращающимся магнитным полем. Обмотки статора располагаются в пазах сердечника.

Ротор состоит из сердечника с короткозамкнутой обмоткой и вала. Сердечник ротора тоже имеет шихтованную конструкцию. При этом листы ротора не покрыты лаком, так как ток имеет небольшую частоту и оксидной пленки достаточно для ограничения вихревых токов.

По конструкции роторы различают на короткозамкнутый («беличья клетка») и фазный.  Далее для простоты будем рассматривать только асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором [10]. 

Принцип действия трехфазного асинхронного электродвигателя основан на способности трехфазной обмотки при включении ее в сеть трехфазного тока создавать вращающееся магнитное поле. Вращающееся магнитное поле - это основная концепция электрических двигателей и генераторов.

Частота вращения этого поля, или синхронная частота вращения прямо пропорциональна частоте переменного тока (f1) и обратно пропорциональна числу пар полюсов р трехфазной обмотки:

n1=f1∙60/p,                                                                          (1)

где n1 – частота вращения магнитного поля статора, оборотов/мин,

f1 – частота переменного тока, Гц,

p – число пар полюсов

Чтобы понять феномен вращающегося магнитного поля лучше, рассмотрим упрощенную трехфазную обмотку с тремя витками. Ток, текущий по проводнику, создает магнитное поле вокруг него.  Составляющие переменного тока будут изменяться со временем, в результате чего будет изменяться создаваемое ими магнитное поле. При этом результирующее магнитное поле трехфазной обмотки будет принимать разную ориентацию, сохраняя при этом одинаковую амплитуду (Рисунок 1)

       

Рисунок 1- Магнитное поле, создаваемое трехфазным током в разный момент времени

Теперь разместим замкнутый проводник внутри вращающегося магнитного поля. По закону электромагнитной индукции изменяющееся магнитное поле приведет к возникновению электродвижущей силы (ЭДС) в проводнике. В свою очередь (ЭДС) вызовет ток в проводнике. Таким образом, в магнитном поле будет находиться замкнутый проводник с током, на который согласно закону Ампера будет действовать сила, в результате чего контур начнет вращаться.

По этому принципу также работает асинхронный электродвигатель. Вместо рамки с током внутри асинхронного двигателя находится короткозамкнутый ротор по конструкции напоминающий беличье колесо. Короткозамкнутый ротор состоит из стержней накоротко замкнутых с торцов кольцами.

Трехфазный переменный ток, проходя по обмоткам статора, создает вращающееся магнитное поле. Таким образом, также как было описано ранее, в стержнях ротора будет индуцироваться ток, в результате чего ротор начнет вращаться. На рисунке ниже Вы можете заметить различие между индуцируемыми токами в стержнях. Это происходит из-за того что величина изменения магнитного поля отличается в разных парах стержней, из-за их разного расположения относительно поля. Изменение тока в стержнях будет изменяться со временем (Рисунок 2).

Вы также можете заметить, что стержни ротора наклонены относительно оси вращения. Это делается для того чтобы уменьшить высшие гармоники ЭДС и избавиться от пульсации момента. Если стержни были бы направлены вдоль оси вращения, то в них возникало бы пульсирующее магнитное поле из-за того, что магнитное сопротивление обмотки значительно выше магнитного сопротивления зубцов статора.

Рисунок 2- Направление Fа в роторе

Отличительный признак асинхронного двигателя состоит в том, что частота вращения ротора (n2) меньше синхронной частоты вращения магнитного поля статора (n1), хотя скорость вращения поля ротора относительно статора при любой скорости вращения ротора равна скорости вращения поля статора. Поэтому поля статора и ротора при вращающемся роторе вращаются всегда синхронно и образуют общее вращающееся поле [9].

Объясняется это тем, что (ЭДС) в стержнях обмотки ротора индуцируется только при неравенстве частот вращения n2<n1. Частота вращения поля статора относительно ротора определяется частотой скольжения ns=n1-n2. Отставание ротора от вращающегося поля статора характеризуется относительной величиной (s), называемой скольжением:

s=(n1-n2)/n1  (2)

где s – скольжение асинхронного электродвигателя,

n1 – частота вращения магнитного поля статора, об/мин,

n2 – частота вращения ротора, об/мин,

Рассмотрим случай, когда частота вращения ротора будет совпадать с частотой вращения магнитного поля статора. В таком случае относительное магнитное поле ротора будет постоянным, таким образом, в стержнях ротора не будет создаваться (ЭДС), а следовательно и ток. Это значит что сила, действующая на ротор, будет равна нулю. Таким образом, ротор будет замедляться. После чего на стержни ротора опять будет действовать переменное магнитное поле, таким образом, будет расти индуцируемый ток и сила. В реальности же ротор асинхронного электродвигателя никогда не достигнет скорости вращения магнитного поля статора. Ротор будет вращаться с некоторой скоростью, которая немного меньше синхронной скорости.

Скольжение асинхронного двигателя может изменяться в диапазоне от 0 до 1, т. е. 0—100%. Если s~0, то это соответствует режиму холостого хода, когда ротор двигателя практически не испытывает противодействующего момента; если s=1 — режиму короткого замыкания, при котором ротор двигателя неподвижен (n2 = 0). Скольжение зависит от механической нагрузки на валу двигателя и с ее ростом увеличивается [8].

Следует отметить, выше был приведен пример работы асинхронной электрической машины в режиме двигателя. Также асинхронные машины могут работать в режиме генератора - если магнитное поле статора и ротор вращаются в одну сторону и за счет подведения внешней механической энергии щ2 >  щ1. И в режиме электромагнитного тормоза (торможение противовключением)- если ротор вращается в сторону, противоположную магнитному полю статора, электромагнитный момент Мэм направлен против направления вращения ротора и является тормозным. Происходит потребление электрической энергии из сети и механической энергии от устройства, вращающего ротор машины против поля. Вся потребляемая энергия выделяется в виде тепловой.

На данный момент уже существуют терапевтические установки, использующие вращающееся магнитное поле в лечебных целях, например мгнитотурботрон, где вращающееся магнитное поле создается подобно тому, как оно создается в асинхронном двигателе [10, 11].

Аппарат обладает системным воздействием на весь организм в целом, оказывая противоотёчное, обезболивающее и противовоспалительное действие, что позволяет эффективно лечить остеохондрозы и артриты. Также аппарат применяется для нормализации давления и улучшения кровоснабжения мозга при гипертонической болезни, вегетососудистой дистонии, при инсультах и травмах мозга. Обладая системным действием, «Магнитотурботрон» существенно усиливает лечебный эффект других методов физиотерапии, применяемых в клинике [12,13].

Рисунок 3 терапевтическая установка «Магнитотурботрон»

2.3 ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ УСТАНОВКИ

А) Полная механическая мощность двигателя создается в результате вращения ротора с угловой скоростью щ под действием момента (Мэм) т. е.

Рмех = Мэмщ   (3)

где Рмех –  полная механическая мощность двигателя, Вт;

  Мэм – электромагнитный момент, Дж/Тл;

  щ  - угловая скорость, м/с.

Б) Электромагнитный момент.

Mэм = k Фм I2' cos ш   (4)

где k - конструктивный коэффициент;

  Фм –магнитный поток, Вб;

  I2' cos ш2 – активная составляющая тока ротора.

Как видно из (4), электромагнитный момент прямо пропорционален основному магнитному потоку (Фм) и активной составляющей тока ротора I2' cos ш2. Формула момента (4) получены для режима двигателя, но справедлива и для других режимов с учетом знака и диапазона значений скольжения (s). Зависимость электромагнитного момента от скольжения графически представлена на рис. 2.11 (сплошная линия).

Рисунок 4- Зависимость электромагнитного момента от скольжения

При увеличении скольжения ток ротора (I2) непрерывно растет, но становится все более индуктивным – уменьшается cosш2 так как увеличивается частота токов в роторе и, соответственно, его индуктивное сопротивление. В результате активная составляющая тока ротора и, соответственно, электромагнитный момент вначале растут, а затем начинают убывать.

В) Рабочие характеристики

Рабочие характеристики асинхронного двигателя - это зависимости угловой скорости ротора (щ2), полезного момента (М2), КПД з, коэффициента мощности cos ц1(ц1 - сдвиг по фазе между напряжением U1 и силой тока I1) и тока статора (I1 ) от полезной мощности (Р2). Рабочие характеристики могут быть либо сняты экспериментально, либо рассчитаны с использованием схемы замещения

3. ВОЗДЕЙСТВИЕ ВРАЩАЮЩЕГОСЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ  НА МОДЕЛЬ БИООБЪЕКТА

3.1 ЛАБОРАТОРНАЯ УСТАНОВКА

Лабораторная установка включает в себя электродвигатель в разобранном состоянии и стеклянную баночку с водопроводной водой (рисунок 5). Справа на рисунке расположен статор, слева ротор, посередине стеклянная баночка с водой. Следует отметить, что вода являться наиболее подходящей моделью биотканей.

Рисунок 5-Лабораторная установка

3.2 ЭКСПЕРИМЕНТ

Во время эксперимента баночка с водой помещалась  в статор (рисунок 6). Через некоторое время, баночка вынималась, и производился анализ изменения температуры.

Рисунок 6- Экспериментальная установка в работе

В результате опыта было установлено, что при воздействии вращающимся магнитным полем на пробный образец, происходит нагрев внутренней жидкости. Данный эффект обусловлен возникновением в проводящей жидкости вихревых токов, аналогично тому, как это наблюдается в короткозамкнутом роторе.

Заключение

Таким образом, вопрос об эффектах и механизмах воздействия вращающегося  МП на организм активно изучается. Поток фактического материала и теоретических разработок по проблеме МП человека продолжает нарастать. Однако, анализ приведенных данных позволяет констатировать отсутствие теоретического обобщения фактов действия вращающегося магнитного поля на организм человека, на разных уровнях его организации. В большинстве случаев речь идет об эффектах, наблюдаемых на различных экспериментальных системах при различных параметрах и режимах воздействия ВрМП, которые, как правило, выбирались случайно, что создает трудности для объективной их оценки. В то же время есть основания считать, что с помощью вращающегося МП можно не только активно воздействовать на организм путем повышения внутренних резервов организма, но и иметь непосредственное влияние на болезненные области. ( Методика, в качестве эксперим установки )

Следует отметить, в результате работы было установлено, что трехфазный асинхронный двигатель по принципу работы объясняет конструкторское устройство «Магнитотурботрона»- установки, использующей вращающееся магнитное поле в терапевтических целях, а следовательно электродвигатель может являться основой для создания терапевтических установок.

Также в результате экспериментальных данных можно утверждать, что при воздействии вращающимся магнитным полем на электропроводящий объект, происходит нагрев внутренней жидкости. Данный эффект является доказательством теплового действия ВрМП на биообъект.

В процессе выполнения данной курсовой работы освоены следующие виды общепрофессиональных и профессиональных компетенций:

1) готовностью формировать презентации, научно-технические отчеты по результатам выполненной работы, оформлять результаты исследований в виде статей и докладов на научно-технических конференциях (ПК-3): участие в конференции  Студенческого Научного Общества ;

2) способностью выполнять эксперименты и интерпретировать результаты по проверке корректности и эффективности решений (ПК-1): изучение явлений, возникающих в модели биоткони, используя экспериментальную установку;

3) способностью представлять адекватную современному уровню знаний научную картину мира на основе знания основных положений, законов и методов физики и математики (ОПК-1): процесс выполнения теоретической части данной курсовой работы;

В заключении хотелось бы отметить, что на данный момент проблема воздействия вращающимся магнитным полем в терапевтических  целях требует дополнительных, более  комплексных и глубоких исследований.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1 Сердюк : прошлое, настоящее, будущее: Справочное пособие / .: Киев, 2004.- 536 с.

2 Бахмутский магнитотерапия: опыт клинического применения и перспективы развития / , .-М.: 1997.-688 с.

3 Бахмутский влияния вихревого магнитного поля на кроветворение в эксперименте // Вопросы курортологии, физиотерапии и ЛФК. / М.: -1990.-558 с.

4  Бахмутский метастазирующего рака молочной железы вихревым магнитным полем // Российский онкологический журнал  / .-М.: 2000. -256 с.

5   Хронобиология и хрономедицина. — 2-е изд. / Под ред. , . — Москва, 2000. - 464 с.

6 Биомедицинские технологии и радиоэлектроника/ , ,   –М.: 2005. -300 с.

7 . Аппараты для локальной магнитотерапии./ .  –Рязань.:, 2004.-650 с.

8 Инженерные решения, интеграция систем контроля, автоматизации и лабораторного оборудования. http://engineering-solutions. ru/ [26 января 2015].

9 Разработка и производство сервоприводов, и вентильных двигателей, движитель (трастер) для телеуправляемого необитаемого подводного аппарата (ТНПА, ROV).  http://servomotors. ru/  [25 января.2015].

10 Гайтов индуктора магнитотурботрона. Мат. НПК «Повышение эффективности работы систем электроснабжения и электрооборудования Кубани./ , - М.: Краснодар, 1985.-280 с.

  11 Гайтов конструкции и математическое моделирование магнито-терапевтической установки «Магнитотурботрон». / , - вып 346 — Краснодар, 1988.-400 с.        

12 Соловьёва аппаратура/   –
М.: 1991. – 176с.

13  Ермак : Современные наукоемкие технологии./ , , – М.: 2013.-350 с.