Силовой модуль трехканальной магнитотерапевтической установки

В России и некоторых странах СНГ магнитотерапия достаточно давно и успешно используется в лечебной практике медицинских учреждений санаторно-курортного типа, а также в региональных медицинских центрах. В последние годы наблюдается усиление интереса врачей-физиотерапевтов к общей магнитотерапии ОМТ, которая в структуре физических методов лечения занимает все более значимое место. ОМТ — воздействие магнитным полем порядка 1–3,5 мТл на все тело человека или большую его часть за счет размещения пациента внутри индуктора большого диаметра. Такое воздействие позволяет одновременно влиять на основные системы организма, на различные виды обмена и окислительно-восстановительные процессы. Лечебный эффект ОМТ связывают с развитием ответных реакций организма на действие магнитного поля, как в виде физико-химических изменений в первичных механизмах гомеостаза, так и путем неспецифических адаптационных реакций систем общего реагирования (иммунная, нервная, гуморальная), изменяющих реактивность организма и его резистентность и активирующих компенсаторно-приспособительные механизмы.

На российском рынке широко представлены следующие магнитотерапевтические установки и аппараты: УМТИ-3Ф; УМТИ-3ФА; УМТИ-3Ф в исполнениях «Колибри» и «Колибри-Эксперт»; магнитотурботрон УВМП-2,5/100 «Авангард» и другая аппаратура. Внешний вид магнитотурботрона УВМП-2,5/100 представлен на рис. 1.

Рис. 1. Установка УВМП-2,5/100 «Авангард» в действии

Установку УМТИ-3Ф и ее модификации серийно выпускают несколько организаций-изготовителей. Внешний вид установки УМТИ-3Ф производства завода «Авангард» (г. Саров) представлен на рис. 2, где соленоиды индуктора скомпонованы в цилиндр, внешний вид блока управления данной установки представлен на рис. 3.

Рис. 2. Внешний вид установки УМТИ-3Ф

Рис. 3. Блок управления установки УМТИ-3Ф

Все перечисленные установки являются одно­канальными. Установка будет более функциональной, если сделать ее трехканальной.

Рассмотрим построение силового модуля трех­канальной магнитотерапевтической установки (далее — силового модуля) на базе магнитотерапевтической установки на примере УМТИ-3Ф (далее — установки). Данная установка предназначена для лечения и профилактики различных заболеваний, устройство воздействует на пациента охватывающими его и перемещающимися в пространстве магнитными полями. Аппарат состоит из блока управления и индуктора, представляющего собой три одинаковых кольца-соленоида диаметром 800 мм. Причем кольца могут компоноваться либо в призму для создания вращающегося электромагнитного поля, либо в цилиндр, формируя линейно перемещающееся в пространстве поле. К электронной части установки (блоку управления), в состав которой входит силовой модуль, предъявляются следующие требования. Необходимо обеспечить возможность создания импульсов затухающего трехфазного переменного магнитного поля с вариацией его следующих параметров: индукции, длительности воздействия, конфигурации. Важно также обеспечить соблюдение требований по электробезопасности, предъявляемых к установкам подобного типа как к изделиям медицинской техники. Силовой модуль является важной составной частью блока управления. Индуктор подключается непосредственно к силовому модулю. Уместно привести основные технические характеристики магнитотерапевтической установки УМТИ-3Ф (табл.).

После незначительной доработки установки предлагаемый силовой модуль позволяет подключить три индуктора, а значит, втрое повысить ее пропускную способность. Функциональная схема установки с силовым модулем приведена на рис. 4.

Рис. 4. Функциональная схема установки с силовым модулем

Трехканальная магнитотерапевтическая установка содержит блок управления А1, индукторы АL1, AL2, AL3. Индукторы совершенно идентичны и представляют собой комбинацию из трех соленоидов (L1, L2, L3) и крепежных приспособлений, которые предоставляют возможность компоновать соленоиды в цилиндр или призму и получать соответственно бегущее или вращающееся магнитное поле. Блок управления включает модуль контроля и управления АВ1 (далее — МКУ) и силовой модуль А2. Конструкция силового модуля А2 предусматривает его установку в блок управления А1. Силовой модуль А2 функционально состоит из трех совершенно идентичных каналов № 1–3. для улучшения массогабаритных и энергетических показателей установки и расширения диапазона амплитудно-частотных характеристик магнитного поля в каждом канале трехканальной установки предусмотрен трехфазный генератор, выполненный в виде трех одинаковых зарядно-разрядных контуров. Поскольку каналы в силовом модуле идентичны, рассмотрим далее работу канала № 1 с индуктором № 1. Каждый контур включает накопительный конденсатор, разрядный ключ (оптотиристор) и соленоид индуктора. Заряд конденсатора контура осуществляется в такте заряда от модуля заряда через развязывающий диод. Разряд конденсаторов происходит в такте разряда установки импульсами от МКУ длительностью, достаточной для обеспечения разряда конденсаторов. Благодаря применению накопительных конденсаторов в таком генераторе величина напряжения заряда может изменяться в широких пределах, соответственно, и амплитудное значение напряженности магнитного поля в индукторе может изменяться столь же широко.

Схема заряда конденсаторов C1–C3 в силовом модуле АВ2 включает модуль заряда AU1, диоды развязки VD1–VD3 и оптотиристоры VS1–VS3. Регулировка осуществляется изменением длительности заряда данных конденсаторов. То есть при изменении длительности интервала включения модуля заряда AU1 меняется величина напряжения заряда накопительных конденсаторов. От величины заряда зависит величина индукции магнитного поля в индукторе AL1 при разряде накопительных конденсаторов через соленоиды L1, L2, L3 индуктора АL1. Емкость конденсаторов C1–C3, диаметр колец, сопротивление и индуктивность соленоидов L1, L2, L3 рассчитаны, и соленоиды выполнены таким образом, что при изменении величины напряжения заряда на накопительных конденсаторах 70–500 В индукция в центре соленоида меняется от 0,5 до 4 мТл. После заряда накопительных конденсаторов МКУ выдает три задержанных относительно друг друга импульса, управляющих соответственно оптотиристорами VS1–VS3. Через эти оптотиристоры осуществляется разряд вышеуказанных накопительных конденсаторов на соленоиды L1–L3 индуктора АL1. Разряд в каждом контуре носит характер свободно затухающих синусоидальных токов в LC-контуре, фазы которых смещены на 120° эл. Принципиальная схема силового модуля приведена на рис. 5.

Рис. 5. Принципиальная схема силового модуля магнитотерапевтической установки

Рассмотрим работу элементов принципиальной схемы и функционирование силового модуля в составе блока управления в рабочем цикле для канала № 1. Световые полосы HL1–HL3 служат для визуального контроля процессов заряда и разряда накопительных конденсаторов. Для уменьшения уровня помех каждый рабочий цикл начинается в момент перехода сетевого напряжения через ноль. Датчик сетевого напряжения (датчик перехода сетевого напряжения через ноль) выполнен на трансформаторе Т1 и оптоэлектронном ключе U1. Питающее сетевое напряжение 220 В поступает на силовой модуль через сетевую вилку Х1. Сигналы управления поступают на соединитель Х2, который подключается к соответствующему соединителю МКУ. Сразу после подачи питания следует с клавиатуры интерфейса блока управления задать необходимые параметры работы — величину индукции и время процедуры. Данные параметры постоянно индицируются на дисплее блока управления. Установка переходит в рабочий цикл сразу после нажатия на кнопку «Старт/стоп». Микроконтроллер МКУ начинает опрашивать датчик сетевого напряжения, и в момент прохождения сетевого напряжения через ноль включается модуль заряда, выполненный на оптотиристорах VS1–VS3, конденсаторе С6 и резисторе R4, — начинается рабочий цикл. Накопительные конденсаторы C7–C9 заряжаются, процесс может продолжаться 50–400 мс, в зависимости от того, какая величина магнитной индукции установлена на дисплее блока управления. Через указанное время микроконтроллер МКУ выключает модуль заряда, тем самым останавливая заряд накопительных конденсаторов C7–C9. Спустя 900 мс микроконтроллер МКУ включает оптотиристор VS4 первого разрядного контура. Начинается колебательный процесс разряда конденсатора С7 через соленоид L1 индуктора А2. Разряд носит характер свободно затухающих синусоидальных токов.

Спустя 3,3 мс микроконтроллер МКУ включает оптотиристор VS5, а еще через 3,3 мс включаются оптотиристоры VS6 (второго и третьего разрядных контуров). Конденсаторы С8 и С9 разряжаются через соленоиды L2 и L3 индуктора А2.

Через 100 мс с момента включения оптотиристора VS6 оптотиристоры VS4–VS6 закрываются. За это время колебательные процессы в контурах заканчиваются. Рабочий цикл завершен. Следующий рабочий цикл начнется сразу в момент прохождения сетевого напряжения через ноль, который «отследит» датчик сетевого напряжения. Такие циклы заряда и разряда накопительных конденсаторов продолжаются до тех пор, пока не заканчивается время сеанса (или процедуры). Каналы № 2 и 3 силового модуля работают совершенно аналогично.

Конструктивно блок управления выполнен в виде функционально законченного модуля. Внутри блока к передней панели модуля крепится МКУ. На модуле расположены все элементы интерфейса управления. На задней панели размещается силовой модуль, в том числе сетевой выключатель и высоковольтные соединители, к которому подключается соединитель индукторов АL1–AL3. Установлен трансформатор Т1 типа ТПП254-220-50.

В силовом модуле и блоке управления магнитотерапевтической установки нет никаких настроек и регулировок; если монтаж выполнен правильно, то установка начинает работать сразу после подачи напряжения питания. Подсоединять индукторы к блоку управления (силовому модулю) можно только при выключенном сетевом выключателе. В установке имеется опасное для жизни напряжение до 1000 В, поэтому во время проверки, при снятой верхней крышке, необходимо соблюдать меры безопасности.