ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ МОМЕНТ В ИНДУКЦИОННЫХ ДВИГАТЕЛЯХ

Предложена методика расчета электромагнитных моментов асинхронного двигателя (АД), подтверждающая положение о зависимости электромагнитных моментов от токов и их производных по перемещению в координатах Эйлера.

Внастоящее время в проектировании индукционных двигателей применяется множество методов для определения такого важного показателя как электромагнитный момент, но все они требуют множество математических операций и анализа отдельных показателей, а так же являются трудоемкой и громоздкой частью проекта.

Вданной работе предложена методика расчета электромагнитных моментов индукционного двигателя на основе энергобаланса фазы ротора в частных производных, позволяющая существенно упростить решение задачи определения моментов и способствующая дальнейшему развитию методов исследования. Так же показано, что электромагнитные моменты и частота вращения имеют пульсационный характер.

Различные режимы работы или процессы в машине определяются различными сопротивлениями с привлечением теории вращающегося поля. При этом для симметричной машины токи статора или ротора не относятся к какой-либо определенной фазе статора или ротора. Следствием указанного подхода является независимость взаимного реактивного сопротивления от положения ротора. Подчеркнем, что общепринятый подход устанавливает некоторую независимость только полного взаимного реактивного сопротивления индукционного двигателя от угла поворота ротора, обусловленного взаимодействием всех фаз статора и ротора. Из приведенных положений следует, что в установившемся режиме работы полное же сопротивление машины постоянно, и пульсации электромагнитного момента, следовательно, и частоты вращения могут иметь место только за счет синусоидального изменения напряжения с частотой источника питании. Экспериментальные исследования частоты вращения, установившегося режима

работы индукционных двигателей устанавливают наличие пульсаций при любых скоростях движения. Причем амплитуда и частота пульсаций различны и зависят от скорости движения. Минимальные пульсации частоты вращения имеют место в режиме, близком к идеальному холостому ходу. Известные зависимости для определения электромагнитного момента в установившемся режиме работы не могут объяснить факт наличия указанных пульсаций.

Рассмотрим установившийся режим постоянства частоты вращения АД с фазным ротором. Принимаем, что магнитная цепь машины линейна, и число пар полюсов ротора равно числу пар полюсов статора. Здесь и в дальнейшем под частотой вращения ротора принимаем ее среднее значение.

Для упрощения выкладок считаем, что каждая из фаз статора подключена к регулируемому источнику тока, обеспечивающему закон изменения тока в фазе

ic = Im sin(ωt −ϕф)

Согласно экспериментально полученным результатам, определим значение электромагнитного момента АД в номинальном режиме работы. Согласно методике [1] первичным является уравнение цепи фазы ротора в частных производных

Вводим понятие индуктивности и взаимоиндуктивности

ψip = Lpip ;ψвн = pM AiA + pM BiB + pMCiC (2)

Здесь индуктивность ротора постоянна. Внешнее потокосцепление определяется на двойном полюсном делении суммой произведений взаимоиндуктивностей фазы ротора с фазами А,В,С статора и соответствующих токов в фазах статора.

Определяем мгновенное значение взаимоиндуктивности фазы А ротора и фазы А статора от угла поворота ротора (α) оно имеет вид

M A = Mm cosα . (3)

Согласно (3) с учетом пространственного сдвига токов в фазах статора можно определить внешнее потокосцепление

ψвн = p(Mm cosαIm sin ωt + Mm cos (α −120)× ×Im sin (ωt −120)+ Mm cos (α − 240)×

×Im sin (ωt −240)),

в итоге мгновенное значение потокосцепления

С учетом (4) уравнение цепи фазы ротора приводится к виду

Из (5) установившееся значение тока фазы ротора определяется следующим выражением

Так как определяется электромагнитный момент, соответствующий номинальной частоте вращения, то индуктивным сопротивлением можно пренебречь. Из этого следует

Уравнение энергетического баланса в частных производных в соответствии с [1] имеет вид

Последняя составляющая в правой части энергетического баланса определяет механическую мощность одной фазы ротора, тогда мгновенное значение момента АД будет выражаться зависимостью

На основании (4), (6) и (7) получаем мгновенное значение электромагнитного момента для установившейся средней частоты вращения, равной номинальному значению, имеет вид

× Lp cos(ωt −α)sin(ωt −α) +cos2 (ωt −α)) rp

Вводя понятие номинального скольже-

ния

sном = ω −ωном , и учитывая, что

ω

α = ωномt , получаем:

Согласно (8) электромагнитный момент при среднем значении частоты вращения ротора, равному номинальному значению, имеет пульсационный характер. Тогда, среднее значение момента за один оборот вращения ротора должно быть равно значению номинального электромагнитного момента, т.е.

где I- действующее значение тока фазы статора.

При выводе выражения для электромагнитного момента в установившемся режиме не следует использовать общеизвестные схемы замещения АД с параметрами намагничивающей ветви, не зависящими от угла поворота ротора. Но следует заметить, параметры этих схем определены на основании теории вращающегося магнитного поля,

т.е. при взаимодействии трех фаз статора на фазу ротора. Поэтому главное реактивное сопротивление в известных схемах замещения не зависит угла поворота ротора.

Выводы:

1.Подтверждено положение о зависимости электромагнитных моментов от токов и их производныхпоперемещениюв системеЭйлера.

2.Подтверждено положение о корректности способа определения электромагнитных моментов индукционных двигателей на основании энергобаланса движущейся цепи в частных производных.

3.Электромагнитные моменты имеют пульсационный характер. Пульсации моментов обусловлены принципом действия индукционного двигателя. Электромагнитные моменты установившихся режимов могут быть представлены суммой средней (статической) и пульсационной составляющих.

ЛИТЕРАТУРА:

1.Малинин Л.И., Малинин В.И., Макельский

В.Д.,

Тюков В.А. Статические и динамические усилия индукционных двигателей / / Электротехника. 1999. №2. С.43-49.

2.Штаудингер Д.И. Подходы к определению электромагнитного момента в индукционных двигателях // Материалы всероссийской научной конференции молодых ученых в 7-ми частях. Новосибирск: Изд-воНГТУ, 2006. Часть3. С. 132.

питочном составе. Установление четкой взаимосвязи между воздействующими нагрузками и скоростью дефектообразования позволит более точно оценить надежность системы изоляции.

Материалы и методика эксперимента

В работе, в качестве исследуемых материалов использовались обмоточные провода с эмалевой изоляцией марок ПЭТВ, ПЭТ–155 и ПЭТМ-180, а также пропиточные составы марок МЛ-92 и КО-916К.

Оценка скорости дефектообразования проводилась на образцах, имитирующих низковольтную межвитковую изоляцию электрической машины.[2]

Образцы представляли собой макеты, изготовленные из 50-ти попарно связанных отрезков бездефектного обмоточного провода, пропитанные пропиточным составом с различной величиной условной вязкости. Пропитка макетов проводилась двукратно методом погружения. Режим сушки проводился в соответствии с нормативно-технической документацией на пропиточные составы. После сушки и в процессе теплового старения через интервалы времени в 100 часов макеты вынимались, охлаждались до комнатной температуры и испытывались испытательным напряжением. При испытаниях учитывалось количество пар, пробитых испытательным напряжением. Результаты испытаний приведены в виде зависимостей скоростей дефектнообразования Н от времени старения на рисунках 1–2 (испытания проводились на следующих сочетаниях: 1- провод ПЭТВ + МЛ-92; 2- провод ПЭТ-155 + КО-916К, 3- провод ПЭТМ-180 + КО-916К.

Для оценки внутренних механических напряжений возникающих в пленках пропиточных составов применен консольный метод основанный на измерении отклонения от первоначального положения свободного конца консольно закрепленной упругой металлической пластины с полимерным покрытием под влиянием внутренних напряжений в покрытии, чувствительность метода составляет около 0,3 кг/м2 [3].

Пластины изготавливались из нержавеющей стали марки 1Х18Н9Т.

Для устранения статистической погрешности каждое измерение проводилось на пяти образцах. После сушки и в процессе теплового старения через интервалы времени в 100 часов образцы, охлаждались до комнатной температуры. Возникающие в покрытии напряжения рассчитывались по величине отклонения свободного конца пластинки:

(1)

где h - отклонение пластины подложки от первоначального положения, м; Е - модуль

упругости пластины (Естали=1,96·105 МПа); l - длина полимерного покрытия, м; hк - толщина

пластины-подложки, м; hк - толщина полимерного покрытия, м.

Результаты измерений приведены на рис. 3 - 4.

Результаты эксперимента

Рис.1. Зависимость скорости дефектообразования от времени теплового старения (при условной вязкости 19с по ВЗ – 4) 1- провод ПЭТВ + МЛ-92; 2- провод ПЭТ-155 + КО916К, 3- провод ПЭТМ-180 + КО-916К.

Рис. 2. Зависимость скорости дефектообразования от времени теплового старения (при условной вязкости 40с по ВЗ4) 1- провод ПЭТВ + МЛ-92; 2- провод ПЭТ-155 + КО-916К, 3- провод ПЭТМ-180 + КО-916К.

Рис.3. Изменение внутренних механических напряжений в пленке пропиточного состава МЛ-92 от времени теплового старения и условной вязкости пропиточного состава (1- 19; 2-40с по ВЗ-4)

Окончательные электрические и механические свойства обмотки электрических машин формируются после пропитки и сушки. Недополимеризованная изоляция обладает низкими электрическими и диэлектрическими свойствами. Неполный выход растворителей и летучих фракций может привести к размягчению и ускоренному разрушению эмалевой изоляции обмоточного провода. Чрезмерная термообработка приводит к снижению эластичности пропитанной изоляции, возникновению повышенных внутренних механических напряжений и, как следствие, появлению трещин, что в конечном итоге приводит к ускоренному старению. Поэтому вопрос оценки степени отверждения пропиточного состава является актуальным [1].

Известен ряд методов определения высыхания полимерных материалов: метод отпечатка, методы основанные на спектральных исследованиях, метод химической экстракции, метод определения сопротивления истиранию, электрофизические методы и т.д. [2].

На сегодняшний день нет единой методики определения завершенности процесса отверждения пропиточного состава при термообработке. Применяемые на практике методы носят полуэмпирический характер [3].

Для исследования превращений в полимерных системах, связанных, в частности, с изменением структуры полимера, можно использовать изменение величин электрофизических характеристик (tgδ, C, ρv). Сушку в этом случае производят до статического равновесия определяемого параметра [4,5].

Возможность использования этих характеристик основывается на том, что в процессе термообработки пропиточный состав меняет своё агрегатное состояние, переходя из жидкого в твердое. Изменение электрофизических величин в процессе отверждения, связано, в основном, с уменьшением подвижности носителей заряда и, возможно, их концентрацией.

Данная методика легко реализуема на предприятии. Продолжительна во времени.

Измерение в процессе термообработки изменений электрофизических величин (tgδ,

C) осуществлялось с помощью цифрового моста Е 7-8.

В качестве экспресс методики предлагается ультразвуковой метод. Ультразвуковые методы контроля состояния среды и изменения свойств вещества очень удобны, так как они достаточно точны, быстры и не нарушают структуру исследуемого вещества. Применение этих методов не требует взятия специальных проб. Исследование можно проводить в реакторе, тигеле, на работающей детали при любых температурах и давлениях, не останавливая производственный процесс [6].

Ультразвуковой метод основан на непрерывном определение величин скорости прохождения и поглощения (затухания) ультразвука в исследуемой среде.

Определение завершенности процесса отверждения по изменению скорости ультразвука осуществлялось на установке УЗИСТТ86. действие прибора основано на импульс- но-фазовом компенсационном методе сравнения времени распространения ультразвукового импульса в исследуемой среде и в эталонной жидкости. В качестве эталонной среды применяется водный раствор этилового спирта. Установка работает в диапазоне 1- 10 МГц. Кварцевый излучатель возбуждается радиочастотными импульсами длительностью от 1 до 10 мксек и с частотой следования импульсов около 1500 в сек.

Объектом исследования является пропиточный состав ФЛ-98. ФЛ-98 – фенолоформальдегидный лак. Состоит из модифицированной основы глифталя и растворителя (ксилол). Лак разработан для обмоток, претерпевающих значительные центробежные и электродинамические усилия, которые возникают в толстом слое. Обладает высокой цементирующей способностью и маслостойкостью. Класс нагревостойкости В [7].

Термообработка производилась в конвекционной печи при трех различных температурных режимах (125 С0, 140 С0, 160 С0). Результаты экспериментов представлены на рисунках 1 и 2.

Анализируя полученные результаты можно сделать следующие выводы:

t, ч

Рис. 1 график зависимости изменения tgδ пропиочного состава при термообработке

1. Изменение величины тангенса угла диэлектрических потерь (спадание) пропиточного состава ФЛ-98 при термообработке (рис.1) объясняется те, что в процессе сушки происходит улетучивание растворителя и отверждение пропиточного состава, приводящие к уменьшению подвижности свободных носителей зарядов (или возможному их уменьшению). Следовательно, уменьшаются диэлектрические потери на электропроводность и т.к. молекулярная масса сшитого полимера растет, уменьшаются потери на поляризацию

– характеристика (tgδ = f(t)) изменяется до установившегося значения (tgδ≈0.3).

Рис.2. График зависимости изменения скорости ультразвука через пропиточный состав.

2. Изменение скорости ультразвука (возрастание) через пропиточный состав (рис.2) объясняется следующим: если в сплошной среде частица среды окажется выведенной из положения равновесия, то упругие силы, действующие на нее со стороны других частиц, будут возвращать ее в положение равновесия, и частица будет совершать колебательное движение. Соседние частицы, ближайшие к данной, сами оказываются выведенными из равновесия, и, совершая колебания, будут выводить из положения равновесия более далекие частицы. Следовательно, чем лучше взаимосвязь частиц в веществе, тем больше скорость распространения звука.

В процессе термообработки происходит отверждение пропиточного состава, приво-

дящее к возрастанию сил межмолекулярного взаимодействия, образованию химических связей и, как следствие, к возрастанию упругости системы (рост модуля Юнга).

3. Результаты исследования завершенности процесса отверждения пропиточного состава с использованием ультразвука подтверждают достоверность электрофизического метода, т.к. электрофизические характеристики и кривые изменения скорости ультразвука выходят в насыщение при одинаковых временах.

Метод определения завершенности отверждения пропиточных составов по электрофизическим характеристикам, как уже отмечалось, очень прост в реализации и не требует дорогостоящего оборудования. Но возникают трудности использование этого метода на реальных конструкциях. Можно определить оптимальное время термообработки конкретного пропиточного состава на специальных образцах, далее перенести полученные результаты, с достаточной точностью, на реальную обмотку, используя поправочные коэффициенты.

Ультразвуковой метод, в этом плане, имеет преимущество, так как может быть использован для определения завершенности отверждения пропиточного состава в реальном времени, для реальной конструкции, не прерывая технологический процесс изготовления электротехнического изделия.

Разработка прибора, основанного на ультразвуковом методе, для определения завершенности процесса термообработки, и как следствие, определения оптимального температурно-временного режима сушки, требует дополнительных исследований.

ЛИТЕРАТУРА:

1.Барэмбо К.Н., Бернштейн Л.М. Сушка, пропитка и компаундирование обмоток электрических машин. – М.: Энергия, 1967.

2.Тагер А.А. Физикохимия полимеров. –

М.: Химия, 1978.

3.Хрущев В.Б., Прозоров В.Н. Современные проблемы производства и проектирования электродвигателей малой мощности // Элетромеханика, №4, с. 12-14, 1998.

4.Кондратьева Н.Г., Кузнецов Н.А. Определение степени отверждения лака в обмотке статора низковольтного АД с помощью значений тангенса угла диэлектрических потерь // Электротехническая промышленность. Сер. Технология электротехнического производст-

ва. №5, с.7-8, 1983.

5.Болошенко В.А. Использование метода измерения электрического сопротивления для контроля полноты отверждения полимерных

Основными недостатками асинхронных электродвигателей являются сложность согласования крутящего момента двигателя с моментом нагрузки, как во время пуска, так и во время работы, а также высокий пусковой ток. Во время пуска крутящий момент за доли секунды часто достигает 150-200% номинального, что часто приводит к выходу из строя приводные механизмы. Пусковой ток может быть в 6-8 раз больше номинального, создавая проблемы со стабильностью питания.

Так же, как и преобразователь частоты, пускатель является электронным и основан на использовании тиристоров. По своим

функциональным возможностям и цене он заполняет нишу между пускателями с переключением со звезды на треугольник и преобразователями частоты. Плавные пускатели позволяют регулировать напряжение на двигателе таким образом, чтобы при пуске оно постепенно повышалось, что естественным образом ограничивает пусковой ток. Это означает, что частота вращения плавно возрастает, а механические и электрические перегрузки в нем сводятся к минимуму. Достоинством такого пускателя является возможность исполнения плавной остановки двигателя

(рис. 1).

так и технико-экономические показатели. В докладе представлена модель устройства плавного пуска на основе программируемого микроконтроллера МК51. Микроконтроллер выполнен на основе высокоуровневой n-МОП технологии и выпускается в корпусе БИС, имеющем 40 внешних выводов. Для работы MK51 требуется один источник электропитания +5 В. Через четыре программируемых порта ввода/вывода, MK51 взаимодействует со средой в стандарте ТТЛ-схем с тремя состояниями выхода. Корпус МК51 имеет два вывода для подключения кварцевого резонатора, четыре вывода для сигналов, управляющих режимом работы МК, и восемь линий порта 3, которые могут быть запрограммированы пользователем на выполнение специализированных (альтернативных) функций обмена информацией со средой.

На рисунке 2 представлена блок-схема алгоритма работы микроконтроллера МК51 для однофазного устройства плавного пуска. Принцип управления асинхронным двигателем заключается в изменении подводимого к статору напряжения, при помощи изменения угла управления симистора. Последнее достигается за счет формирования временных задержек включения симистора микроконтроллером.

На рисунке 3 представлена диаграмма изменения напряжения. Микроконтроллер, отслеживая момент перехода тока через нуль, подает импульс для открытия симистора. Время задержки момента включения симистора определяется заданным временем пуска двигателя.

Начало

Настройка портов 1.1, 1.2 Настройка входного РО Настройка счетчика

Запуск формирователя временного интервала ТСО Включение симистра VS (P1.1)

Рис. 2 Блок-схема алгоритма работы микроконтроллера МК51 для однофазного устройства плавного пуска асинхронным электродвигателем

U

Лог. «1»

Лог. «0»

t

U

Рис. 3 Диаграмма изменения напряжения

Таким образом, представленная модель устройства управления асинхронным электродвигателем на базе микроконтроллера МК51 обеспечивает его плавный пуск и остановку, ограничивает пусковые токи, что благоприятно влияет как на питающую сеть, так и на сам электродвигатель. Ограничение пусковых моментов в значительной степени увеличивает срок службы приводных механизмов.

го тока, в обмотке которой индуцируется ЭДС, пропорциональная производной тока. На выходе датчика включается интегрирующая цепочка, позволяющая преобразовывать выходной сигнал датчика в сигнал, пропорциональный измеряемому току. При соблюдении определенных соотношений между величинами схемы рисунка 2, можно получить на емкости интегрирующей цепи напряжение, по

значению и фазе пропорциональное току в первичной цепи; погрешность измерения может быть доведена до ±(1–2)%. Основной характеристикой датчика является коэффициент преобразования km, равный ЭДС, возникающей в обмотке датчика при протекании единицы тока: U = km.I. Коэффициент преобразования определяется количеством витков.

На рисунке 3 представлены экспериментальные зависимости выходного сигнала датчика от тока. Специально разработанная экспериментальная установка позволяет измерять токи до 200 ампер.

Как видно из представленной зависимости, датчик тока имеет линейную выходную характеристику, что является основным требованиям, предъявляемым к датчикам.

Представленная конструкция датчика тока имеет ряд преимуществ. К ним относятся технологичность конструкции, высокие техни- ко-экономические показатели, широкая полоса частот, линейность выходной характеристики датчика. Отсутствие ферромагнитного сердечника исключает насыщение, что позволяет измерение тока без искажений с различным частотным спектром. К основному

недостатку предлагаемого датчика является чувствительность к внешним магнитным полям, что может существенно увеличить погрешность измерения. В связи с этим необходимо применять экранирование, что может вносить некоторые сложности в конструкцию датчика.

ЛИТЕРАТУРА:

1.Dickinson R. and Milano S. Isolated Open Loop Current Sensing Using Hall Effect Technology in an Optimized Magnetic Circuit. Allegro MicroSystems, 2002;

2.Петинов О.В., Щербаков Е.Ф. Испытания электрических аппаратов: Учебник для вузов по спец. «Электрические аппараты» М., «Высшая школа» 1985.

лемым для тестирования биологических объектов. Он формируется, например, путем включения (или выключения) воздействия постоянного уровня интенсивности на входе объекта. Формирование импульсного воздействия часто затруднено из-за необходимости увеличения амплитуды тест-воздействия при сокращении его длительности, которое может быть ограничено нелинейными свойствами объекта, проявляющимися при высоких интенсивностях воздействия.

Для определения частотной характеристики биоэлектрического импеданса участка исследуемой ткани, производится его тестирование однократным прямоугольным импульсом электрического тока заданной амплитуды. Реакция ткани преобразуется из временной области в частотную область и в результате определяется частотная характеристика биоэлектрического импеданса в необходимом диапазоне частот. При этом, процесс измерения, т.е. воздействия на биологическую ткань электрического тока длится доли секунды, что позволяет проводить исследование в достаточно большом диапазоне амплитуд тока. При определении частотной характеристики биоэлектрического импеданса возникают погрешности, обусловленные отличием реального тест-воздействия в виде ступенчатого тока от функции Дирака.

Рассмотрим погрешности вызванные наличием времени установления и конечной длительностью ступеньки. Для исследования погрешностей используем модель биологической ткани в виде эквивалентной электрической схемы замещения двухзвенной RCцепочкой. Частотная характеристика модели принимается за эталонную величину импеданса. Модель тестируется единичным импульсом тока. Регистрируется ответная реакция модели - напряжение на цепочке и преобразуется из временной области в частотную область с вычислением частотной характеристики. Погрешность импульсной импедансометрии будет определяться отличием полученных данных от эталонной величины импеданса.

Рис.1 Частотные зависимости биоэлектрического импеданса для модели ткани. 1- действи-

тельная составляющая, 2- мнимая.

Погрешности определения частотной характеристики обусловленные установлением тест-воздействия с постоянной времени Tфр показаны на рис.2. С ростом величины Tфр относительная погрешность возрастает в области верхних частот характеристики, ограничивая частотный диапазон измерений. Так при допустимой погрешности измерений 5% отношение Tфр к постоянной времени биологической ткани Tбт должно составлять не более 0,002 при частотном диапазоне измерений от 0 до 1 МГц.

Погрешности определения частотной характеристики обусловленные конечным значением длительности тест-воздействия Tдл показаны на рис.2. С ростом величины Tдл относительная погрешность возрастает в области низких частот характеристики, ограничивая частотный диапазон измерений.

Рис.2 Зависимость относительной погрешности определения биоэлектрического импеданса от величины Tфр. 1 - Тфр=0,1 мкс; 2 - Тфр=0,5 мкс; 3 – Тфр=1 мкс.

Так при допустимой погрешности измерений 5% отношение Tдл к постоянной времени биологической ткани Tбт должно составлять не более 5 при частотном диапазоне измерений от 0 до 1 МГц

Рис.3 Зависимость максимальной относительной погрешности определения биоэлектрического импеданса от величины Tдл.

499

Злокачественные опухоли молочной железы (19,4%) являются ведущей онкологической патологией у женщин, своевременное выявление которых является актуальной медицинской и социальной проблемой для большинства стран мира. [1]. Одним из путей решения проблемы, является выявление факторов риска и формирование групп повышенного риска развития рака молочной железы для оценки индивидуального прогноза.

В настоящее время в лаборатории эпидемиологии ГУ НИИ Онкологии Томского Научного Центра СО РАМН накоплен большой массив данных анкет опроса населения по выявлению факторов риска рака молочной железы (РМЖ). Такие исследования, проводимые по методике случай-контроль, позволяют с учетом региональной специфики на различных территориях региона Сибири и Дальнего Востока выявлять специфические факторы риска, влияющие на возникновение рака молочной железы. Анкеты, полученные из различных территорий Сибири и Дальнего Востока, различаются между собой количеством вопросов, градациями признаков, а также вопросами, отражающими региональную специфику. Данные, представленные в анкетах, являются преимущественно номи-

нальными и порядковыми, что также накладывает определенные ограничения на методы их анализа.

Из обзора информационных систем, применяемых в онкологии по выявлению факторов риска следует, что они предназначены в основном для анализа результатов конкретного вида анкет и, в случае изменения вида анкеты (вопросов, градаций ответов и т.п.), необходима модернизация самой информационной системы или алгоритма обработки данных [3, 4].

Поэтому была разработана компьютерная программа для исследования факторов риска в онкологии, удовлетворяющая следующим требованиям:

- хранение результатов разных типов ан-

кет;

- разработка новых форм анкет; -возможность обобщения данных разных

анкет; При разработке программы предполага-

лось, что с ней будут работать пользователи (научные сотрудники, врачи), как владеющие, так и не владеющие навыками программирования, которые сами смогут создавать электронные анкеты, и на их основе формировать и создавать банк данных и выявлять факторы риска с помощью статистического метода

расчета отношения шансов. В программе реализован метод мета-анализа, применяемый случаях, когда есть необходимость обобщить результаты отдельных исследова-

ний [6].

Средой разработки информационной системы является Delphi. База данных для ввода, хранения и редактирования информации создана в СУБД dBase.

Меню Анкетирование

Редактирование

Справка

Статистика

Отчет

Рис. 1. Схема компьютерной программы

На рисунке 1 приведена укрупненная схема программного средства по выявлению факторов риска. Система состоит из трех основных блоков. В блоке «Редактирование» пользователь может выбрать подменю « Создание и редактирование вопросов », где предусмотрены возможности создания списка вопросов с различными типами ответов, таких как:

-отображение вариантов ответов на вопрос в виде таблицы;

-создание вопроса с альтернативным вариантом ответа;

-создание вопроса с множественным выбором вариантов ответа;

-создание вопроса с текстовым типом ответа;

-создание вопроса с типом ответа в виде числа;

-создание вопроса с типом ответа в виде даты;

В подменю «Создание и редактирование анкет» пользователь дает название своей анкете, и формирует структуру анкеты из общего списка вопросов. В подменю «Редактирование введенных анкет» пользователь может просмотреть анкеты и экспортировать анкету в Excel.

Вблоке «Анкетирование» пользователь имеет возможность выбрать нужный вид анкеты с набором вопросов и при необходимости заполнить электронную форму анкеты с бумажного носителя.

Блок «Статистика» позволяет проводить оценку факторов риска путем анализа таблиц сопряженности вида 2*2 и расчета отношения шансов (OR) для выбранных во-

просов и ответов на них. В программе для каждого исследования вычисляется логарифм отношения шансов (ln(OR)), 95% доверительный интервал отношения шансов (95% CImin, CImax), дисперсия (v), вес каждого исследования(w), [5]. Уровень значимости результатов оценивается с помощью критерия χ2 Пирсона. В программе реализована процедура обобщения данных различных исследований методом мета-анализа [5], который позволяет вычислять суммарный логарифм отношения шансов (ln(OR)sum), суммарное отношение шансов (ORsum) суммарный доверительный 95% интервал отношения шан-

сов (CImin sum, CImax sum ), суммарный вес исследования (Wsum), суммарную дисперсию (Vsum),тетрахорический коэффициент корреляции (rtet). Все результаты исследования можно экспортировать в офисные приложе-

ния Windows.

С использованием разработанной программы были проанализированы материалы медико-социологического опроса населения в республике Тыва, г. Норильске, г. Владивостоке. Нами оценивалась значимость фактора "возраст первых родов", как фактора риска возникновения рака молочной железы (РМЖ). Контрольную группу и группу сравнения составили женщины с РМЖ и без него соответственно. В таблице 1 приведены результаты расчетов на вопрос о возрасте пер- вородящих:18-25 лет и 26-30 лет.

P*<0.05уровень значимости

Из таблицы 2 видно, что статистически значимыми оказались результаты исследования в Норильске (p<0.012) и расчет, близкий к статистически значимому в г. Владивостоке (p<0.053). Причем в исследованиях получи-

501

лись противоречивые результаты: Данные Владивостока говорят о том, что возраст первородящих в 18-25 лет увеличивает риск РМЖ, а данные из Норильска свидетельствуют о том, что возраст первородящих в 18-25 лет является защитным фактором от риска РМЖ. С целью получения обобщенной оценки влияния исследуемого фактора риска по всем анализируемым исследованиям был проведен мета-анализ по методу Woolf [5]. В итоге получили следующий результат: ORsum=0,544; CImin sum=-2,062; CImax sum=0,845; rtet =-0,233. Суммарный 95% дове-

рительный интервал стал значительно уже. Суммарное отношение шансов и тетрахорический коэффициент корреляции говорит, что роды в 18-25 лет снижают возможность развития РМЖ, однако степень связи между фактором и РМЖ имеет «среднее значение» [5]. Данный результат подтверждается литературными данными [2].

Таким образом, компьютерные программы по исследованию факторов риска рака молочной железы, с использованием различных типов анкет и применением метода-мета анализа (метод Woolf) для обобщения данных и увеличения объема выборки исследования, являются эффективным инструментом исследования. Полученные результаты наглядно иллюстрируют преимущества применения мета-анализа, который был реализован в программе, для совместного обобщения данных из различных исследований, принятия решения. На основании полученных данных, могут быть сформированы группы повышен-

ного риска развития рака молочной железы, оценен индивидуальный прогноз риска развития онкологического заболевания и на их основе разработаны организационные мероприятия, направленные на раннюю диагностику, профилактику и лечение РМЖ.

ЛИТЕРАТУРА:

1.Злокачественные новообразования в России в 2004году (заболеваемость и смертность) / Под. ред. В.И. Чиссова, В.В. Старинского, Г. В. Петровой. – М.: МНИОИ им. П.А.

Герцена 2005. – 256 с.

2.Летягин, В.П. Факторы риска развития рака молочной железы / В.П. Летягин, И.В. Высоцкая, Е.А. Ким // Маммология .–2006. –

№4– С.10-12.

3.Маликова Л. В. Многофакторный анализ при формировании групп повышенного риска рака тела матки: дис. … канд. мед. наук /Л.В. Маликова. Барнаул,– 2005.– 174 с.

4.Некрасова, Л.И. Информативность ан- кеты-опросника для эпидемиологических исследований / Л. И. Некрасова //

Вопросы онкологии – 1996. – Т.42 – N1. –

С. 105-107.

5.Плавинский, С.Л. Руководство по ме-

таанализу: учебное пособие / С.Л. Плавинский –

СПб.: СПбМАПО, 2001. – 75 с.

6.Реброва, О.Ю. Статистический анализ медицинских данных. Применение пакета прикладных программ STATISTICA / О.Ю. Реброва.– М.: Медиа Сфера,2002.– 312с.

В настоящее время многие исследователи уделяют большое внимание изучению реологических свойств крови на уровне микроциркуляции, которые определяются ее агрегационными характеристиками.

Одним из методов непрямого измерения агрегационных свойств крови является оценка скорости седиментации эритроцитов. Скорость падения сферы в жидкости по формуле

502

Стокса прямо пропорциональна разности плотностей сферы и жидкости и квадрату радиуса шара и обратно пропорциональна вязкости жидкости. Измеряя показатель СОЭ, и оценивая вязкость плазмы, соответствующее уравнение можно решить относительно эффективного диаметра агрегата. Однако скорость оседания сильно зависит от величины гематокрита и температурного фактора. Кро-

ме этого, осаждение в вертикальной пробирке осуществляется при неконтролируемом напряжении сдвига, когда остаются неизвестными факторы образования и распада монетных столбиков агрегатов и значительную роль играет спонтанная агрегация, вызванная влиянием гравитационного поля.

Фотометрические методы являются наиболее распространенными методами исследования агрегационных свойств эритроцитов. Фотометрический метод регистрации основан на измерении интенсивности светового потока, прошедшего (или отраженного) через исследуемую пробу крови (обычно после снятия сдвиговых напряжений в образце). Возможности измерения прозрачности крови практически ограничены слоями толщиной 2..3 мм. С помощью этого метода возможна количественная оценка агрегатного состояния крови – размеров и плотности микроагрегатов эритроцитов. Так как исследуемая проба крови представляет собой суспензию взвешенных эритроцитов, то на интенсивность прошедшего светового потока будут оказывать большое влияние рассеивающие свойства агрегатов эритроцитов. Кроме этого, при измерении в суспензии взвешенных эритроцитов интенсивность прошедшего светового потока зависит не только от размеров и формы эритроцитов, но и от их объемной концентрации и функционального состояния гемоглобина.

Нами был предложен и апробирован микрометод оценки процесса седиментации эритроцитов основанный на принципе фотометрирования исследуемой жидкой пробы, имеющей форму капли, расположенной на прозрачной гидрофобной подложке [1]. Как показал анализ синтезированной нами модели светопропускания капельной пробой в процессе оседания эритроцитов, кроме оценки динамики оседания клеток, по кривой светопропускания можно судить и об агрегационных процессах, идущих в исследуемой пробе.

Оседание клеток начинается только после того, как образуются определенного размера конгломераты клеток. Увеличение светопропускания при агрегации связано с уменьшением транспортного коэффициента рассеяния с ростом длины стопок эритроцитов. Причем, значительное изменение транспортного коэффициента рассеяния проявляется уже на уровне образования агрегатов из 2–3 клеток.

Если исходить из синтезированной модели светопропускания, после того, как образованы агрегаты из эритроцитов числом большим 30-40 клеток, дальнейший рост агрегата практически не влияет на светопропускание пробы (рис. 1) и динамика изменения пропускания связана только с изменением толщины

просвечиваемого слоя клеток. Таким образом, именно характер начального участка кривой светопропускания капельной пробой несет информацию о протекающих процессах агрегации эритроцитов.

Рис.1. Расчетное изменение светопропускания пробы в процессе оседания клеток по линейному закону: 1 – рост агрегатов происходит согласно графику 3; 2 – оседание без агрегации клеток; 3 – динамика роста эритроцитар-

ного агрегата

На рис. 2. представлены модельные кривые светопропускания для проб, имеющих разную скорость образования агрегатов (при одинаковой СОЭ) с учетом динамики процесса оседания. Момент начала “активного” оседания клеток можно связать с перегибом (вниз) на начальном участке кривой светопропускания (рис. 2).

Рис.2. Модельная оценка динамики изменения светопропускания в начальный период оседания клеток при одинаковой СОЭ образца (указан максимальный размер агрегатов, образованных за период измерения)

С этого момента в образцах появляется граница раздела фаз плазма/клетки, и дальнейшее светопропускание пробы будет опре-

503

деляться, в первую очередь, толщиной просвечиваемого оседающего слоя и концентрацией клеток в нем. Соответственно, до этого момента оптические свойства пробы связаны с динамикой протекания процессов агрегации эритроцитов в образце. По амплитуде, динамике нарастания и продолжительности начального участка кривой светопропускания можно судить о процессе агрегации клеток. Большей скорости агрегации клеток соответствует и более крутой начальный участок на кривых светопропускания.

Как видно из экспериментальных графиков (рис. 3), у кривых светопропускания для проб крови с более низким значением СОЭ (а значит и меньшей скоростью роста агрегатов) участок, соответствующий агрегации клеток,

удлинен. Таким образом, время достижения момента перегиба на кривой светопропускания, а также амплитудные характеристики данного участка кривой могут быть исходными параметрами для оценки агрегационных процессов. Считается, что параметр изменения абсолютного значения величины светопропускания (А) при исследовании агрегации эритроцитов характеризует максимальный размер образуемых агрегатов, а время достижения 0,5А – скорость образования агрегатов. Данные параметры также могут быть определены на “агрегационном” участке кривой светопропускания капельного образца.

Таким образом, проведенные исследования свидетельствуют о возможности оценки процесса агрегации эритроцитов на основе фотометрирования капельной пробы крови, наряду с оценкой динамики оседания, что существенно повышает диагностическую значимость предложенного нами метода. Поиск оптимального алгоритма обработки экспериментальных данных требует накопления достаточно большого и более полного, чем при проведенных нами первичных исследованиях, клинического материала, а также учета многих факторов и диктует необходимость дальнейшего научного поиска

ЛИТЕРАТУРА:

1. Аристов А.А., Пеккер Я.С., Евтушенко Г.С. Применение метода фотометрирования капельной пробы крови для оценки процесса оседания эритроцитов //Известия ТПУ, 2006.

– №3. – С.144-150.