BR112016005654B1 - Sistema de by-pass para uma fonte de alimentação de múltiplas células e método para operar o sistema - Google Patents
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Abstract
sistema de desvio para uma fonte de alimentação de múltiplas células e método para operar o sistema. a presente invenção refere-se a um sistema de desvio para uma fonte de alimentação (500) de múltiplas células. um aspecto inclui uma pluralidade de células de energia (502a-n, 503a-n, 504a-n, ...), cada uma da pluralidade de células de energia compreendendo um respectivo dispositivo de desvio (505a-n, 506a-n, 507a-n, ...) que compreende um ou mais contatores. outro aspecto inclui um controle central (501). ainda outro aspecto inclui um anel de fibra óptica (510) que compreende uma pluralidade de conexões de fibra óptica que conectam o respectivo dispositivo de desvio em cada uma da pluralidade de células de energia e o controle central em série, em que o anel de fibra óptica (510) começa e termina no controle central (501), e o controle central (501) está configurado para comunicar com o um ou mais contatores na pluralidade de dispositivos de desvio através do anel de fibra óptica (510).
Description
[0001] A presente invenção refere-se geralmente a fontes de ali mentação de múltiplas células, e mais especificamente a um anel de fibra óptica para um sistema de by-pass de uma fonte de alimentação de múltiplas células.
[0002] Em certas aplicações, as fontes de alimentação de múltiplas células utilizam células de energia modulares para processar energia entre uma fonte e uma carga. Tais células de energia modulares podem ser aplicadas a uma dada fonte de alimentação com vários graus de redundância para aperfeiçoar a disponibilidade da fonte de alimentação. Por exemplo, a Figura 1 ilustra várias modalidades de uma fonte de alimentação da técnica anterior (por exemplo, um acionamento de motor CA) que tem nove tais células de energia. As células de energia na Figura 1 estão representadas por um bloco que tem terminais de entrada A, B, e C; e terminais de saída T1 e T2. Na Figura 1, um transformador ou outro dispositivo de múltiplos enrolamentos 110 recebe energia trifá- sica, de média energia em seu enrolamento primário 112, e fornece energia para uma carga 130 tal como um motor CA trifásico através de uma rede de inversores monofásicos (também referidos como células de energia). Cada fase da saída de fonte de alimentação é alimentada por um grupo de células de energia conectadas em série, aqui denominado a "grupo de fase".
[0003] O transformador 110 inclui enrolamentos primários 112 que excitam um número de enrolamentos secundários 114-122. Apesar do enrolamento primário 112 ser ilustrado como tendo uma configuração em estrela, uma configuração em malha é também possível. Ainda, apesar de enrolamentos secundários 114-122 serem ilustrados como tendo uma configuração delta ou delta estendido, outras configurações de en-rolamentos podem ser utilizadas como descrito na Patente U.S. Número 5.625.545 para Hammond, a descrição da qual está aqui incorporada por referência na sua totalidade. No exemplo da Figura 1 existe um enrolamento secundário separado para cada célula de energia. No entanto, o número de células de energia e/ou enrolamentos secundários ilustrados na Figura 1 é meramente exemplar, e outros números são possíveis. Detalhes adicionais sobre tal fonte de alimentação estão descritos na Patente U.S. Número 5.625.545.
[0004] Qualquer número de fileiras de células de energia está co nectado entre o transformador 110 e a carga 130. Uma "fileira" no contexto da Figura 1 é considerada ser um conjunto trifásico, ou um grupo de três células de energia estabelecido através de cada uma das três fases do sistema de fornecimento de energia. Referindo à Figura 1, a fileira 150 inclui as células de energia 151-153, a fileira 160 inclui as células de energia 161-163, e a fileira 170 inclui as células de energia 171-173. Um sistema de controle mestre 195 envia sinais de comando para controles locais em cada célula de energia sobre fibra óptica ou outro meio de comunicação com fio ou sem fio 190. Deve ser notado que o número de células de energia por fase apresentado na Figura 1 é exemplar, e mais do que ou menos do que três fileiras podem ser pos-síveis em várias modalidades.
[0005] A Figura 2 ilustra várias modalidades de uma célula de ener gia da técnica anterior 210 a qual é representativa de várias modalidades das células de energia da Figura 1. A célula de energia 210 inclui um retificador de ponte de diodos trifásico 212, um ou mais capacitores de corrente contínua (CC) 214, e um inversor de ponte H 216. O retifi- cador 212 converte a voltagem de corrente alternada (CA) recebida na entrada de célula de energia 218 (isto é, nos terminais de entrada A, B e C) para uma voltagem CC substancialmente constante que é suportada por cada capacitor 214 que está conectado através da saída do retificador 212. O estágio de saída da célula de energia 210 inclui um inversor de ponte H 216 o qual inclui dois polos, um polo esquerdo e um polo direito, cada um com dois dispositivos de comutação. O inversor 216 transforma a voltagem CC através dos capacitores CC 214 para uma saída CA na saída de célula de energia 220 (isto é, através dos terminais de saída T1 e T2) utilizando modulação de largura de pulso (PWM) dos dispositivos de semicondutor no inversor de ponte H 216.
[0006] Como mostrado na Figura 2, a célula de energia 210 pode também incluir fusíveis 222 conectados entre a entrada de célula de energia 218 e o retificador 212. Os fusíveis 222 podem operar para ajudar a proteger a célula de energia 210 no caso de uma falha de curto circuito. De acordo com outras modalidades, a célula de energia 210 é idêntica ou similar àquelas descritas na Patente U.S. Número 5.986.909 (a "Patente 909") e sua derivada Patente U.S. Número 6.222.284 (a "Patente 284") para Hammond e Aiello, as descrições das quais estão aqui incorporadas por referência na sua totalidade.
[0007] A Figura 3 ilustra várias modalidades de um dispositivo de by-pass da técnica anterior 230 conectado a terminais de saída T1 e T2 da célula de energia 210 da Figura 2. Em geral, quando uma dada célula de energia de uma fonte de alimentação de múltiplas células falha em um modo de circuito aberto, a corrente através de todas as células de energia naquele grupo de fase irá para zero, e uma operação adicional não é possível. Uma falha de célula de energia pode ser detectada comparando uma voltagem de saída de célula de energia com a saída comandada, checando ou verificando os componentes de célula de energia, através da utilização de rotinas de diagnóstico, etc. No caso em que uma dada célula de energia deva falhar, é possível desviar da célula de energia falhada e continuar a operar a fonte de alimentação de múltiplas células em capacidade reduzida.
[0008] O dispositivo de by-pass 230 é um contator de polo único curso único (SPST), e inclui um contato 232 e uma bobina 234. Como aqui utilizado, o termo "contato" geralmente refere-se a um conjunto de contatos que têm porções estacionárias e uma porção móvel. Consequentemente, o contato 232 inclui porções estacionárias e uma porção móvel a qual é controlada pela bobina 234. O dispositivo de by-pass 230 pode ser instalado como uma parte integral de um subconjunto de conversor em uma unidade de acionamento. Em outras aplicações o dispositivo de by-pass 230 pode ser separadamente montado. Quando a porção móvel do contato 232 está em uma posição de by-pass, um percurso de shunt é criado entre as respectivas linhas de saída conectadas aos terminais de saída T1 e T2 da célula de energia 210. Apresentado diferentemente, quando a porção móvel do contato 232 está em uma posição de by-pass, a saída da célula de energia falhada é colocada em curto. Assim, quando célula de energia 210 experimenta uma falha, a corrente de outras células de energia no grupo de fase pode ser carregada através do dispositivo de by-pass 230 conectado na célula de energia falhada 210 ao invés de através da própria célula de energia falhada 210.
[0009] A Figura 4 ilustra várias modalidades de um diferente dispo sitivo de by-pass 240 de acordo com a técnica anterior conectado aos terminais de saída T1 e T2 da célula de energia 210. O dispositivo de by-pass 240 é um contator de polo único duplo curso (SPDT), e inclui um contato 242 e uma bobina 244. O contato 242 inclui porções estacionárias e uma porção móvel a qual é controlada pela bobina 244. Quando a porção móvel do contato 242 está em uma posição de bypass, uma das linhas de saída da célula de energia 210 está desconec- tada (por exemplo, a linha de saída conectada no terminal de saída T2 na Figura 4) e um percurso de shunt é criado entre a linha de saída conectada no terminal de saída T1 da célula de energia 210 e uma porção a jusante da linha de saída conectada no terminal de saída T2 da célula de energia 210. O percurso de shunt carrega a corrente de outras células de energia no grupo de fase a qual de outro modo passaria através da célula de energia 210. Assim, quando a célula de energia 210 experimenta uma falha, a saída da célula de energia falhada não é colocada em curto como é o caso com a configuração de by-pass da Figura 3.
[0010] Os dispositivos de by-pass mostrados nas Figuras 3 e 4 não operam para desconectar a energia para qualquer um dos terminais de entrada A, B ou C no caso de uma célula de energia falhar. Assim, em certas situações, se a falha de uma dada célula de energia não for severa o bastante para fazer com que os fusíveis 222 (ver Figura 2) des- conectem a energia para quaisquer dois dos terminais de entrada A, B ou C, a falha pode continuar a causar danos à dada célula de energia.
[0011] A Patente U.S. 8.093.764, intitulada "Método e Sistema para Desviar uma Célula de Energia de uma Fonte de Alimentação", a qual está por meio disto incorporada por referência na sua totalidade, descreve uma fonte de alimentação de múltiplas células que inclui dispositivos de by-pass que permitem o isolamento de uma célula de energia falhada da fonte de alimentação de múltiplas células das células de energia restantes, funcionais. No entanto, no retorno de energia após uma falta de energia da fonte de alimentação de múltiplas células, os dispositivos de by-pass da fonte de alimentação de múltiplas células podem ser inicializados em uma condição de repouso, na qual todos os dispositivos de by-pass estão no mesmo estado. Em tal fonte de alimentação de múltiplas células, o controle central não precisa comunicar com os contatores no retorno de energia, e o estado da fonte de alimentação de múltiplas células não é preservado no caso de uma falta de energia. SUMÁRIO
[0012] Modalidades de um sistema de by-pass para uma fonte de alimentação de múltiplas células estão providas. Um aspecto inclui uma pluralidade de células de energia, cada uma da pluralidade de células de energia compreendendo um respectivo dispositivo de by-pass que compreende um ou mais contatores. Outro aspecto inclui um controle central. Ainda outro aspecto inclui um anel de fibra óptica que compreende uma pluralidade de conexões de fibra óptica que conectam o respectivo dispositivo de by-pass em cada uma da pluralidade de células de energia e o controle central em série, em que o anel de fibra óptica começa e termina no controle central, e o controle central está configurado para comunicar com o um ou mais contatores na pluralidade de dispositivos de by-pass através do anel de fibra óptica.
[0013] Modalidades de um método para operar um sistema de by pass para uma fonte de alimentação de múltiplas células, a fonte de alimentação de múltiplas células compreendendo uma pluralidade de células de energia, cada uma da pluralidade de células de energia compreendendo um respectivo dispositivo de by-pass que compreende um ou mais contatores, e um controle central, estão providos. Um aspecto inclui comunicar pelo controle central com o um ou mais contatores no respectivo dispositivo de by-pass em cada uma da pluralidade de células de energia através de um anel de fibra óptica, o anel de fibra óptica compreendendo uma pluralidade de conexões de fibra óptica que conectam a pluralidade de dispositivos de by-pass e o controle central em série, em que o anel de fibra óptica começa e termina no controle central.
[0014] Características adicionais são realizadas através das técni cas da presente modalidade exemplar. Outras modalidades estão descritas em detalhes aqui e são consideradas uma parte do que é reivindicado. Para uma melhor compreensão das características da modalidade exemplar, referir à descrição e aos desenhos.
[0015] Referindo agora aos desenhos em que elementos iguais são numerados iguais nas diversas figuras:
[0016] Figura 1 ilustra várias modalidades de uma fonte de alimen tação de múltiplas células de acordo com a técnica anterior.
[0017] Figura 2 ilustra várias modalidades de uma célula de energia da fonte de alimentação de múltiplas células da Figura 1 de acordo com a técnica anterior.
[0018] Figura 3 ilustra várias modalidades de um dispositivo de by pass conectado a uma saída da célula de energia da Figura 2 de acordo com a técnica anterior.
[0019] Figura 4 ilustra várias modalidades de um dispositivo de by pass conectado a uma saída da célula de energia da Figura 2 de acordo com a técnica anterior.
[0020] Figura 5 é um diagrama de blocos que ilustra uma modali dade de um sistema de fonte de alimentação de múltiplas células com um sistema de by-pass que inclui um anel de fibra óptica.
[0021] Figura 6 é um diagrama de blocos que ilustra uma modali dade de um dispositivo de by-pass de uma célula de energia da fonte de alimentação de múltiplas células com um anel de fibra óptica da Figura 5.
[0022] Figura 7 é um diagrama de blocos que ilustra uma modali dade de um contator do dispositivo de by-pass da Figura 6 de uma fonte de alimentação de múltiplas células com um anel de fibra óptica.
[0023] Figura 8 é um fluxograma que ilustra uma modalidade de um método para desviar de uma célula de energia falhada por um controle central em uma fonte de alimentação de múltiplas células com um anel de fibra óptica.
[0024] Figura 9 é um fluxograma que ilustra uma modalidade de um método para inicialização de uma fonte de alimentação de múltiplas células com um anel de fibra óptica.
[0025] Modalidades de um anel de fibra óptica para um sistema de by-pass de uma fonte de alimentação de múltiplas células estão providas, com modalidades exemplares sendo abaixo discutidas em detalhes. Os dispositivos de by-pass, os quais cada um inclui um ou mais contatores, nas células de energia da fonte de alimentação de múltiplas células estão conectados no controle central através de um anel de fibra óptica que conecta as células de energia. O controle central da fonte de alimentação de múltiplas células troca informações com os dispositivos de by-pass nas células de energia referentes aos seus respectivos estados de contator durante a operação normal e no retorno de energia. O anel de fibra óptica tem uma imunidade relativamente alta ao ruído eletromagnético gerado pelas células de energia da fonte de alimentação e é independente das altas diferenças em voltagem entre as várias células de energia. O anel de fibra óptica permite a preservação do es-tado da fonte de alimentação de múltiplas células após uma falta de energia total.
[0026] Um dispositivo de by-pass na célula de energia da fonte de alimentação de múltiplas células compreende múltiplos contatores em algumas modalidades, e cada um dos contatores dentro de uma célula de energia individualmente prove um retorno para, e é comandado pelo controle central através do anel de fibra óptica. Os contatores compreendem contatores biestáveis que mantêm o seu estado em caso de falta de energia em algumas modalidades. Os contatores biestáveis requerem energia para mudar estado (por exemplo, para abrir ou fechar). Uma vez que o contator está em um estado desejado, este estado é mantido pelo contator por um tempo indefinido sem aplicação de energia adicional. O controle central, através do anel de fibra óptica, comanda os contatores nas células de energia para abrir ou fechar conforme necessário durante a operação da fonte de alimentação de múltiplas células. O controle central também armazena as informações de estado para os contatores, e as informações de estado armazenadas são preservadas no controle central no caso de uma completa falta de energia da fonte de alimentação de múltiplas células. No retorno de energia, o controle central pode interrogar os contatores biestáveis referente ao seu estado corrente através do anel de fibra óptica, e verificar os dados de estado de interrogação contra os dados de estado armazenados. Isto assegura que a fonte de alimentação de múltiplas células opere em um estado correto no retorno de energia após uma falta de energia. No caso de uma célula de energia falhada, o estado dos contatores na plurali-dade de células de energia corresponde e um by-pass total ou parcial da célula de energia falhada.
[0027] O anel de fibra óptica compreende um anel de fibra óptica duplex em algumas modalidades, permitindo uma comunicação total entre o controle central e os contatores localizados nas células de energia da fonte de alimentação de múltiplas células no caso de uma falta de energia da conexão entre o controle central e os controles das células de energia. O anel de fibra óptica duplex permite comunicações totais entre o controle central e os contatores incluídos nas células de energia da fonte de alimentação de múltiplas células também no caso de uma falta de energia de uma conexão no próprio anel de fibra óptica. Um anel de fibra óptica duplex que conecta o controle central na pluralidade de contatores de célula de energia permite a transmissão de informações de comando de alto volume, alta velocidade para os contatores na fonte de alimentação de múltiplas células. Ainda, um anel de fibra óptica tem uma imunidade relativamente alta ao ruído eletromagnético deste ambiente. O anel de fibra óptica também provê isolamento de voltagem, já que cada célula de energia na fonte de alimentação de múltiplas células opera em uma diferente voltagem, e a conexão em série das células de energia pelo anel de fibra óptica pode acumular potenciais relativamente altos entre as células de energia e o controle central. O anel começa e termina com o controle central, de modo que uma interrupção física no anel de fibra óptica não compromete a comunicação entre o sistema de controle e os contatores na pluralidade de células de energia. O protocolo utilizado para comunicar entre o controle central e os contatores está baseado em um esquema mestre - escravo no qual o mestre é o controle central e os escravos são os contatores. O anel de fibra óptica que coordena os contatores é independente da conexão de comunicação que coordena o controle de energia das células de energia.
[0028] A Figura 5 ilustra uma modalidade de uma fonte de alimen tação de múltiplas células 500 que compreende um controle central 501 e uma pluralidade de células de energia 502A-N, 503A-N, e 504A-N. Cada uma das células de energia 502A-N, 503A-N, e 504A-N compreende um respectivo dispositivo de by-pass 505A-N, 506A-N, e 507A-N que estão conectados por um anel de fibra óptica 510 para compor um sistema de by-pass para a fonte de alimentação de múltiplas células 500. Cada um dos dispositivos de by-pass 505A-N, 506A-N, e 507A-N pode compreender um ou mais contatores. O anel de fibra óptica 510 pode compreender um anel de fibra óptica duplex em algumas modalidades, permitindo uma comunicação bidirecional através do anel de fibra óptica 510. O anel de fibra óptica 510 começa e termina no controle central 501. Cada dispositivo de by-pass da pluralidade de dispositivos de by-pass 505A-N, 506A-N, e 507A-N está conectado em série através do anel de fibra óptica 510. O controle central 501 pode compreender um processador 508 e uma memória 509 em algumas modalidades, e pode comunicar com os contatores na pluralidade de dispositivos de bypass 505A-N, 506A-N, e 507A-N através do anel de fibra óptica 510. O controle central 501 pode armazenar os estados dos contatores na pluralidade de dispositivos de by-pass 505A-N, 506A-N, e 507A-N na memória 509 em algumas modalidades; a memória 509 pode compreender uma memória persistente que armazena os dados de estado de contator durante uma falta de energia da fonte de alimentação de múltiplas células 500. A Figura 5 está mostrada para propósito ilustrativo somente; uma fonte de alimentação de múltiplas células tal como a fonte de alimentação de múltiplas células 500 pode incluir um número apropriado de células de energia em várias modalidades.
[0029] O controle central 501 e o anel de fibra óptica 510 mostrados na Figura 5 são utilizados para controlar os contatores na pluralidade de dispositivos de by-pass 505A-N, 506A-N, e 507A-N para isolamento de uma célula de energia falhada das células de energia 502A-N, 503A-N, e 504A-N, e são independentes da entrada e saída de energia da fonte de alimentação de múltiplas células 500. A fonte de alimentação de múltiplas células 500 é alimentada por um transformador de energia de múltiplas fases que tem múltiplos enrolamentos secundários, como mostrado na Figura 1, alimentando a pluralidade de células de energia 502A- N, 503A-N, e 504A-N. Em algumas modalidades, cada uma das células de energia 502A-N, 503A-N, e 504A-N tem uma entrada trifásica conectada a um enrolamento secundário dedicado no transformador, e uma saída monofásica a qual está conectada em série com saída de outras células de energia de modo a gerar o nível de voltagem requerido em uma saída de energia da fonte de alimentação de múltiplas células. Em algumas modalidades, uma célula de energia das células de energia 502A-N, 503A-N, e 504A-N inclui um chassi, uma pluralidade de capa- citores, uma pluralidade de barras ônibus, uma pluralidade de transistores bipolares de porta isolada (IGBTs), uma pluralidade de diodos, e um controlador. Os controladores nas células de energia 502A-N, 503A-N, e 504A-N recebem comandos de controle de energia do controle central 501 através de uma conexão de comunicação de energia independente, tal como um meio de comunicações 190 que foi mostrado na Figura 1. O controle central 501 pode enviar comandos para os dispositivos de by-pass 505A-N, 506A-N, e 507A-N através do anel de fibra óptica 510 para isolar uma célula de energia falhada. No caso de uma célula de energia falhada, a qual pode compreender uma falha de qualquer dos elementos de uma célula de energia, incluindo a conexão de comunicação de energia independente para o controle central 501, a célula de energia falhada é isolada das células de energia restantes de modo a permitir que a fonte de alimentação de múltiplas células continue as operações. O isolamento de uma célula de energia falhada é conseguido através de um ou mais contatores no dispositivo de by-pass da célula de energia falhada, e pode compreender um by-pass total ou parcial da célula de energia falhada. Modalidades de um dispositivo de by-pass de uma célula de energia, e um contator dentro de um dispositivo de bypass, estão abaixo descritas em mais detalhes com relação às Figuras 6 e 7.
[0030] A Figura 6 ilustra uma modalidade de um dispositivo de by pass 600, o qual pode compreender qualquer um da pluralidade de dis-positivos de by-pass 505A-N, 506A-N, e 507A-N que estão mostrados na Figura 5. O dispositivo de by-pass 600 inclui contatores 601A, 601B, e 601C. Em algumas modalidades, o contator 601A conecta uma saída de energia da célula de energia na qual o dispositivo de by-pass 600 está localizado a uma saída de energia da fonte de alimentação de múltiplas células 500, e os contatores 601B-C podem conectar a entrada de energia da célula de energia na qual o dispositivo de by-pass 600 está localizado ao enrolamento do transformador. O isolamento de uma célula de energia falhada pode ser conseguido desconectando a saída de energia da célula de energia falhada da cadeia em série de células de energia pelos contatores 601A-C, enquanto continuando a prover uma continuidade elétrica através de uma conexão de by-pass através do dispositivo de by-pass 600 na célula de energia falhada entre as duas células de energia que estão adjacentes à célula de energia falhada no anel. Por exemplo, se a célula de energia 503B da Figura 5 falhar, um ou mais contatores na célula de energia 503B podem ser abertos para desconectar a célula de energia 503B da entrada e saída de energia da fonte de alimentação de múltiplas células 500; no entanto, as células de energia 502B e 504B podem continuar a estar eletricamente conectadas uma na outra, e na entrada e saída de energia da fonte de alimentação de múltiplas células 500, através de uma conexão de by-pass no dispositivo de by-pass 600 na célula de energia falhada 503B. O dispositivo de by-pass 600 inclui uma primeira conexão 602A e uma segunda conexão 602B para o anel de fibra óptica 510. Em modalidades nas quais o anel de fibra óptica 510 compreende um anel de fibra óptica duplex, cada uma das conexões 602A e 602B pode compreender uma entrada e uma saída para o anel de fibra óptica 510 para uma comunicação bidirecional com o controle central 501. A Figura 6 está mostrada para propósitos ilustrativos somente; um dispositivo de by-pass tal como o dispositivo de by-pass 600 pode incluir qualquer número apropriado de contatores em várias modalidades.
[0031] A Figura 7 ilustra uma modalidade de um contator 700, o qual pode compreender qualquer um dos contatores 601A-C do dispositivo de by-pass 600 da Figura 6. O contator 700 inclui uma placa de controle de contator 701, a qual inclui transmissores/receptores de fibra óptica 703A-B para comunicação com as conexões de fibra óptica duplex 702A-B do anel de fibra óptica 510. Se existir uma falta de energia em uma das conexões de fibra óptica 702A-B, o contator 700 mantém uma comunicação total com o controle central 501 através da conexão de fibra óptica duplex restante da conexão de fibra óptica 702A-B. A placa de controle de contator 701 ainda compreende um controlador 704 que comunica com o controle central 501 através do transmissor/receptores de fibra óptica 703A-B e conexões de fibra óptica duplex 702A-B. O controlador 704 está em comunicação com um módulo de endereço 705; um módulo de detecção de posição de braço 709, e um módulo de aci- onador de bobina 708. O módulo de endereço 705 identifica o contator individual 700 para o controle central 501. O módulo de detecção de posição de braço 709 indica, com base na posição das bobinas 710, se o contator está aberto ou fechado. O contator 700 tem uma entrada de energia CC 706 que recebe energia dos enrolamentos da fonte de alimentação de múltiplas células 500. A energia CC da entrada de energia CC 706 é condicionada pelo módulo de condicionamento de energia 707, e emitida para as bobinas 710 através de módulo de acionador de bobina 708. As bobinas 710 podem ser biestáveis, e podem compreender um solenoide de engate magnético em algumas modalidades. O módulo de acionador de bobina 708 pode mudar a posição de uma armadura no solenoide de engate magnético que compreende as bobinas 710 de modo a mudar o estado do contator 700 para aberto ou fechado. O módulo de detecção de posição de braço 709 pode detectar a posição da armadura no solenoide de engate magnético que compreende as bobinas 710 de modo a determinar o estado do contator 700. Várias modalidades de detecção da posição de uma armadura dentro de um solenoide de engate magnético estão adicionalmente discutidas na Patente U.S. Número 8.319.589 intitulada "Sensor de Posição Para Solenoide de Engate Mecânico", e na Patente U.S. Número 8441147, intitulada "Dispositivo e Sistema Para Desviar uma Célula de Energia de uma Fonte de Alimentação", os conteúdos das quais estão ambos aqui in-corporados em sua totalidade.
[0032] A Figura 8 é um fluxograma que ilustra uma modalidade de um método para desviar de uma célula de energia falhada por um controle central em uma fonte de alimentação de múltiplas células com um anel de fibra óptica. A Figura 8 é discutida com relação às Figuras 5-7, e o método 800 está implementado no controle central 501 da Figura 5. Primeiro, no bloco 801, uma falha é detectada em uma célula de energia na fonte de alimentação de múltiplas células 500 pelo controle central 501. Por exemplo, a célula de energia 503B das células de energia 502A-N, 503A-N, e 504A-N pode ser determinada ter falhado no bloco 801. A falha de célula de energia pode compreender uma falha de qualquer elemento da célula de energia falhada. A seguir, no bloco 802, o controle central 501 verifica os estados dos dispositivos de by-pass 505A-N, 506A-N, e 507A-N na pluralidade de células de energia 502A- N, 503A-N, e 504A-N determina se a célula de energia falhada pode ser desviada. Se for determinado no bloco 802 que a célula de energia falhada não pode ser desviada (por exemplo, se um número limite de outras células de energia na fonte de alimentação de múltiplas células já foi desviado), o fluxo prossegue para o bloco 803, o acionamento de energia para a fonte de alimentação de múltiplas células 500 é desarmado, a fonte de alimentação de múltiplas células 500 é desabilitada, e o método 800 termina. Se for determinado no bloco 802 que a célula de energia falhada pode ser desviada, o fluxo prossegue do bloco 802 para o bloco 804, no qual o controle central 501 envia, através do anel de fibra óptica 510, uma solicitação de by-pass total para os contatores 601A-C no dispositivo de by-pass 600 da célula de energia falhada, e os contatores 601A-C/700 na célula de energia falhada processam a solicitação de by-pass total. A solicitação de by-pass total pode ser processada pelo controlador 704 em cada um dos contatores 601A-C/700 para fazer com que o módulo de acionador de bobina 708 energize as bobinas 710 para completamente desconectar a célula de energia, enquanto continuando a prover uma continuidade elétrica entre as células de energia adjacentes (por exemplo, as células de energia 502B e 504B, no caso de uma célula de energia falhada 503B) na fonte de alimentação de múltiplas células 500 através de um percurso de by-pass através do dispositivo de by-pass, por exemplo, o dispositivo de by-pass 506B/600. A seguir, no bloco 805, é determinado ser a solicitação de by-pass total que foi enviada pelo controle central 501 no bloco 804 teve sucesso. Isto pode ser determinado com base em informações do módulo de detecção de posição de braços 709 nos contatores 601 A-C/700 na célula de energia falhada, as quais podem ser transferidas para o controle central 501 através do controlador 704 e o anel de fibra óptica 510. Se for determinado no bloco 805 que a solicitação de by-pass total que foi enviada no bloco 805 teve sucesso, o fluxo prossegue para o bloco 812, e as operações normais da fonte de alimentação de múltiplas células 500 reinicia, com a célula de energia falhada sendo desviada. O estado corrente, que corresponde ao by-pass total da célula de energia falhada, de cada um dos contatores individuais 601A-C em cada uma da pluralidade de células de energia 502A-N, 503A-N, e 504A-N é armazenado na memória 509 do controle central 501.
[0033] Se for determinado no bloco 805 que a solicitação de by-pass que foi enviada no bloco 804 não teve sucesso, o fluxo prossegue do bloco 805 para o bloco 806, no qual a severidade da falha de célula de energia é analisada pelo controle central 501 através da conexão de comunicação de energia independente. Então, no bloco 807, é determinado com base na análise de severidade de falha do bloco 806 se a célula de energia falhada pode ser parcialmente desviada. Se for determina no bloco 807 que a célula de energia falhada não pode ser parcialmente desviada, o fluxo prossegue para o bloco 808, o acionamento de energia da fonte de alimentação de múltiplas células 500 é desarmado, e o método 800 termina. Se for determinado pelo controle central 501 no bloco 807 que a célula de energia falhada pode ser parcialmente desviada, o fluxo prossegue do bloco 807 para o bloco 809, no qual o controle central 501 envia uma solicitação de by-pass para alguns, mas não todos, os contatores 601A-C no dispositivo de by-pass na célula de energia falhada, e os contatores 601A-C/700 processam a solicitação de by-pass. A solicitação de by-pass pode ser processada pelo controlador 704 para fazer com que o módulo de acionador de bobina 708 mova uma armadura nas bobinas 710 para parcialmente desconectar a célula de energia, enquanto continuando a prover uma continuidade elétrica entre as células de energia adjacentes (por exemplo, as células de energia 502B e 504B) na fonte de alimentação de múltiplas células 500 através de um percurso de by-pass através do dispositivo de by-pass da célula de energia falhada (por exemplo, o dispositivo de by-pass 506B da célula de energia 503B). A seguir, no bloco 810, é determinado se a solicitação de by-pass parcial que foi enviada no bloco 809 teve sucesso. Isto pode ser determinado com base em informações dos módulos de detecção de posição de braço 709 nos um ou mais contatores 601 A-C/700 no dispositivo de by-pass da célula de energia falhada, as quais podem ser transferidas para o controle central 501 através de controlador 704 e do anel de fibra óptica 510. Se for determina no bloco 810 que a solicitação de by-pass parcial que foi enviada no bloco 809 não teve sucesso, o fluxo prossegue do bloco 810 para o bloco 811, e o acionamento de energia para a fonte de alimentação de múltiplas células 500 é desarmado, e o método 800 termina. Se for determinado no bloco 810 que a solicitação de by-pass parcial que foi enviada no bloco 809 teve sucesso, o fluxo prossegue para o bloco 812, e as operações normais da fonte de alimentação de múltiplas células 500 reiniciam. O estado corrente, que corresponde ao by-pass parcial da célula de energia falhada, de cada um dos contatores individuais 601A-C em cada uma da pluralidade de células de energia 502A-N, 503A-N, e 504A-N é armazenado na memória 509 do controle central 501. No caso de um by-pass total ou parcial, as operações normais que reiniciam no bloco 812 podem compreender um modo falhado da fonte de alimentação de múltiplas células, o qual está descrito em mais detalhes na Patente U.S. Número 5.986.909, intitulada "Fonte de Alimentação de Múltiplas Fases com Células de Energia Conectadas em Série Plurais e By-pass de Célula de Energia Falhada", a qual está aqui incorporada por referência na sua totalidade.
[0034] A Figura 9 é um fluxograma que ilustra uma modalidade de um método para inicialização de uma fonte de alimentação de múltiplas células com um anel de fibra óptica. A Figure 9 está discutida com relação às Figuras 5-7, e o método 900 é implementado no controle central 501 da Figura 5. Primeiro, no bloco 901, a fonte de alimentação de múltiplas células 500 com um anel de fibra óptica 510 é energizada após uma falta de energia. Então, no bloco 902, o controle central 501 determina os estados de contator armazenados da pluralidade de células de energia na fonte de alimentação de múltiplas células 500 da memória 509 do controle central 501. A seguir, no bloco 903, o controle central 501 interroga os contatores 601A-C nos dispositivos de by-pass 505A- N, 506A-N, e 507A-N das células de energia 502A-N, 503A-N, e 504A- N para informações de estado através do anel de fibra óptica 510. As informações de estado são transferidas em resposta à interrogação para o controle central 501 através do anel de fibra óptica 510 do controlador 704 e do módulo de detecção de posição de braço 709 em cada placa de controle de contator 701 em cada um dos contatores 601A-C/700 nos dispositivos de by-pass 505A-N, 506A-N, e 507A-N. O fluxo então prossegue para o bloco 904, no qual os estados de contator armazenados determinados no bloco 902 são comparados com os estados de contator que foram determinados por interrogação dos contatores através do anel de fibra óptica 510 no bloco 903. Se for determinado no bloco 904 que os estados de contator armazenados do bloco 902 não coincidem com os estados de contator que foram determinados através do anel de fibra óptica no bloco 903, o fluxo prossegue para o bloco 905, no qual o controle central 501 executa um procedimento de teste de célula de energia na pluralidade de células de energia 502A-N, 503A-N, e 504A-N para determinar os estados de contator corretos para a fonte de alimentação de múltiplas células 500, e é assegurado que os conta- tores 601A-C estão nos respectivos estados corretos em cada um dos dispositivos de by-pass 505A-N, 506A-N, e 507A-N das células de energia 502A-N, 503A-N, e 504A-N. Se uma célula de energia falha for detectada durante o bloco 905, o controle central 501 pode executar o método 800 da Figura 8 para desviar da falha célula de energia detectada. Então, no bloco 906, as operações normais da fonte de alimentação de múltiplas células 500 reiniciam. Se for determinado no bloco 904 que os estados de contator armazenados coincidem com os estados de conta- tor que forma determinados por interrogação através do anel de fibra óptica, o fluxo prossegue diretamente do bloco 904 para o bloco 906, e as operações normais da fonte de alimentação de múltiplas células 500 reiniciam.
[0035] Os efeitos técnicos e benefícios de modalidades exemplares incluem uma comunicação robusta entre um controle central e contato- res de by-pass das células de energia de uma fonte de alimentação de múltiplas células.
[0036] A terminologia aqui utilizada é para o propósito de descrever modalidades específicas somente e não pretende ser limitante da invenção. Como aqui utilizadas, as formas singulares "um", "uma", e "o" pretendem incluir as formas plurais também, a menos que o contexto claramente indique de outro modo. Será adicionalmente compreendido que os termos "compreende" e/ou "compreendendo," quando utilizados nesta especificação, especificam a presença de características, inteiros, etapas, operações, elementos, e/ou componentes declarados, mas não eliminam a presença ou adição de uma ou mais outras características, inteiros, etapas, operações, elementos, componentes, e/ou seus grupos.
[0037] As estruturas correspondentes, materiais, atos, e equivalen tes de todos os meios ou etapas mais elementos de função nas reivindicações abaixo pretendem incluir qualquer estrutura, material, ou ato para executar a função em combinação com outros elementos reivindicados como especificamente reivindicado. A descrição da presente invenção foi apresentada para propósitos de ilustração e descrição, mas não pretende ser exaustiva ou limitada à invenção na forma descrita. Muitas modificações e variações serão aparentes para aqueles versados na técnica sem afastar do escopo e espírito da invenção. A modalidade foi escolhida e descrita de modo a melhor explicar os princípios da invenção e a aplicação prática, para permitir que outros versados na técnica compreendam a invenção para várias modalidades com várias modificações como são adequadas para o uso específico contemplado.
Claims (15)
1. Sistema de by-pass para uma fonte de alimentação (500) de múltiplas células, compreendendo, uma pluralidade de células de energia (502A-N, 503A-N, 504A-N) cada uma da pluralidade de células de energia (502A-N, 503A- N, 504A-N) compreendendo um respectivo dispositivo de by-pass (505A; 505B;...;505-N; 506 A; 506B;...;506-N; 507A; 507B;...;507-N) que compreende um ou mais contatores (601A; 601B; 601C; 700); um controle central (501); caracterizado por compreender ainda, um anel de fibra óptica (510) que compreende uma pluralidade de conexões de fibra óptica que conectam o respectivo dispositivo de by-pass (505A; 505B;...;505-N; 506 A; 506B;...;506-N; 507A; 507B;...;507-N) em cada uma da pluralidade de células de energia (502A-N, 503A-N, 504A-N) e o controle central (501) em série, sendo que o anel de fibra óptica (510) começa e termina no controle central (501), e o controle central (501) está configurado para comunicar com o um ou mais contatores (601A; 601B; 601C; 700) na pluralidade de dispositivos de by-pass (505A; 505B;...;505-N; 506 A; 506B;...;506-N; 507A; 507B;...;507-N) através do anel de fibra óptica (510).
2. Sistema de by-pass de acordo com a reivindicação 1, ca-racterizado por o anel de fibra óptica (510) compreender um anel de fibra óptica duplex, e sendo que no caso de uma falta de energia em uma conexão de fibra óptica do anel de fibra óptica (510), o controle central (501) comunica com o um ou mais contatores (601A; 601B; 601C; 700) em cada um da pluralidade de dispositivos de by-pass 505A- N; 506A-N; 507A-N; 600) através do restante da pluralidade de conexões de fibra óptica do anel de fibra óptica (510).
3. Sistema de by-pass de acordo com a reivindicação 1, ca-racterizado por o contator (700) compreender, um primeiro transmissor/receptor de fibra óptica (703A) para comunicação com uma primeira conexão (702A) de fibra óptica do anel de fibra óptica (510); um segundo transmissor/receptor de fibra óptica (703B) para comunicação com uma segunda conexão (702B) de fibra óptica do anel de fibra óptica (510); um controlador (704) que comunica com o controle central (501) através do primeiro (703A) e segundo (703B) transmissores/re- ceptores de fibra óptica.
4. Sistema de by-pass de acordo com a reivindicação 3, ca-racterizado por o contator (601A; 601B; 601C; 700) ainda compreender um módulo de detecção de posição de braço (709) que está configurado para determinar um estado do contator (601A; 601B; 601C; 700); e sendo que o controlador (704) está configurado para comunicar o estado do contator (601A; 601B; 601C; 700) que é determinado pelo módulo de detecção de posição de braço (709) para o controle central (501) através de pelo menos um do primeiro (703A) e segundo (703B) transmissores/receptores de fibra óptica.
5. Sistema de by-pass de acordo com a reivindicação 4, ca-racterizado por o contator (601A; 601B; 601C; 700) compreender um contator biestável, e o estado do contator (601A; 601B; 601C; 700) corresponder a um de um by-pass total e um by-pass parcial da célula de energia na qual o contator (601A; 601B; 601C; 700) está localizado, ou sendo que o contator (601A; 601B; 601C; 700) compreende um solenoide de engate magnético, e sendo que o módulo de detecção de posição de braço (709) determina o estado do contator (601A; 601B; 601C; 700) com base em uma posição de uma armadura no solenoide de engate magnético.
6. Sistema de by-pass de acordo com a reivindicação 1, ca-racterizado por o controle central (501) estar configurado para, com base em um retorno da energia da fonte de alimentação de múltiplas células (500), interrogar o um ou mais contatores (601A; 601B; 601C; 700) no respectivo dispositivo de by-pass (505A; 505B;...;505-N; 506 A; 506B;...;506-N; 507A; 507B;...;507-N) de cada uma da pluralidade de células de energia (502A-N, 503A-N, 504A-N) por informações de estado através do anel de fibra óptica (510); e receber as informações de estado em resposta à interrogação a partir do um ou mais contatores (601A; 601B; 601C; 700) através do anel de fibra óptica (510).
7. Sistema de by-pass de acordo com a reivindicação 6, ca-racterizado por o controle central (501) compreender uma memória (509), e estar ainda configurado para, armazenar as informações de estado para cada um do um ou mais contatores (601A; 601B; 601C; 700) no respectivo dispositivo de by-pass (505A; 505B;...;505-N; 506 A; 506B;...;506-N; 507A; 507B;...;507-N) de cada uma da pluralidade de células de energia (502A-N, 503A-N, 504A-N) na memória (509); e com base no recebimento das informações de estado em resposta à interrogação do um ou mais contatores (601A; 601B; 601C; 700) no respectivo dispositivo de by-pass (505A; 505B;...;505-N; 506 A; 506B;...;506-N; 507A; 507B;...;507-N) de cada uma da pluralidade de células de energia (502A-N, 503A-N, 504A-N) através do anel de fibra óptica (510), comparar as informações de estado recebidas com as informações de estado armazenadas, ou sendo que o controle central (501) estar ainda configurado para determinar, com base na comparação, um estado correto dos um ou mais contatores (601A; 601B; 601C; 700) no respectivo dispositivo de by-pass (505A; 505B;...;505-N; 506 A; 506B;...;506-N; 507A; 507B;...;507-N) de cada uma da pluralidade de células de energia (502A-N, 503A-N, 504A-N).
8. Sistema de by-pass de acordo com a reivindicação 1, ca-racterizado por o controle central (501) estar configurado para, detectar (801) uma falha em uma célula de energia (502A; 502B;...502-N; 503A; 503B;...;503-N, 504A; 504B;...;504N) da pluralidade de células de energia (502A-N, 503A-N, 504A-N); e com base na detecção da falha da célula de energia (502A; 502B;...502-N; 503A; 503B;...;503-N, 504A; 504B;...;504N), enviar (804) um comando de by-pass para um ou mais contatores (601A; 601B; 601C; 700) no dispositivo de by-pass (505A; 505B;...;505-N; 506 A; 506B;...;506-N; 507A; 507B;...;507-N) da célula de energia (502A; 502B;...502-N; 503A; 503B;...;503-N, 504A; 504B;...;504N) falhada através do anel de fibra óptica (510); e armazenar as informações de estado que correspondem ao comando de by-pass para o um ou mais contatores (601A; 601B; 601C; 700) na célula de energia (502A; 502B;...502-N; 503A; 503B;...;503-N, 504A; 504B;...;504N) falhada, sendo que o comando de by-pass corresponder a um de um by-pass total da célula de energia (502A; 502B;...502-N; 503A; 503B;...;503-N, 504A; 504B;...;504N) falhada e um by-pass parcial da célula de energia (502A; 502B;...502-N; 503A; 503B;...;503-N, 504A; 504B;...;504N) falhada.
9. Método para operar um sistema de by-pass para uma fonte de alimentação (500) de múltiplas células, a fonte de alimentação de múltiplas células compreendendo uma pluralidade de células de energia (502A-N, 503A-N, 504A-N), cada uma da pluralidade de células de energia (502A-N, 503A-N, 504A-N) compreendendo um respectivo dispositivo de by-pass (505A; 505B;...;505-N; 506 A; 506B;...;506-N; 507A; 507B;...;507-N) que compreende um ou mais contatores (601A; 601B; 601C; 700), e um controle central (501), o método caracterizado por compreender, comunicar pelo controle central (501) com o um ou mais con- tatores (601A; 601B; 601C; 700) no respectivo dispositivo de by-pass (505A; 505B;...;505-N; 506 A; 506B;...;506-N; 507A; 507B;...;507-N) em cada uma da pluralidade de células de energia através de um anel de fibra óptica (510), o anel de fibra óptica (510) compreendendo uma pluralidade de conexões de fibra óptica que conectam a pluralidade de dispositivos de by-pass (505A-N; 506A-N; 507A-N; 600) e o controle central (501) em série, em que o anel de fibra óptica (510) começa e termina no controle central (501).
10. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por o anel de fibra óptica (510) compreender um anel de fibra óptica duplex, e em que no caso de uma falta de energia em uma conexão de fibra óptica do anel de fibra óptica (510), o controle central (501) comunicar com o um ou mais contatores (601A; 601B; 601C; 700) em cada um da pluralidade de dispositivos de by-pass 505A; 505B;...;505-N; 506 A; 506B;...;506-N; 507A; 507B;...;507-N) através da pluralidade restante das conexões de fibra óptica do anel de fibra óptica (510).
11. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por um contator compreender, um primeiro transmissor/receptor de fibra óptica (703A-B) para comunicação com uma primeira conexão de fibra óptica (702A-B) do anel de fibra óptica (510); um segundo transmissor/receptor de fibra óptica (702A-B) para comunicação com uma segunda conexão de fibra óptica (702A-B) do anel de fibra óptica (510); um controlador (704) que comunica com o controle central (501) através do primeiro (703A) e segundo (703B) transmissores/re- ceptores de fibra óptica.
12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por ainda compreender, determinar, por um módulo de detecção de posição de braço (709) do contator (601A; 601B; 601C; 700), um estado do contator (601A; 601B; 601C; 700), e comunicar, pelo controlador (704), o estado do contator (601A; 601B; 601C; 700) determinado pelo módulo de detecção de posição de braço (709) para o controle central (501) através de pelo menos um do primeiro (703A) e segundo (703B) transmissores/receptores de fibra óptica, sendo que o estado do contator (601A; 601B; 601C; 700) corresponder a um de um by-pass total e um by-pass parcial da célula de energia (502A; 502B;...502-N; 503A; 503B;...;503-N, 504A; 504B;...;504N) na qual o contator (601A; 601B; 601C; 700) está localizado.
13. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por ainda compreender, com base em um retorno da energia da fonte de alimentação (500) de múltiplas células, interrogar, pelo controle central (501), o um ou mais contato- res (601A; 601B; 601C; 700) no respectivo dispositivo de by-pass (505A; 505B;...;505-N; 506 A; 506B;...;506-N; 507A; 507B;...;507-N) de cada uma da pluralidade de células de energia (502A; 502B;...502-N; 503A; 503B;...;503-N, 504A; 504B;...;504N) por informações de estado através do anel de fibra óptica (510); e receber, pelo controle central (501), as informações de estado em resposta à interrogação dos um ou mais contatores (601A; 601B; 601C; 700) no respectivo dispositivo de by-pass (505A; 505B;...;505-N; 506 A; 506B;...;506-N; 507A; 507B;...;507-N) de cada uma da pluralidade de células de energia (502A; 502B;...502-N; 503A; 503B;...;503-N, 504A; 504B;...;504N) através do anel de fibra óptica (510).
14. Método de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por o controle central (501) compreender uma memória (509), e ainda compreender, armazenar, pelo controle central (501), informações de estado para cada um do um ou mais contatores (601A; 601B; 601C; 700) no respectivo dispositivo de by-pass (505A; 505B;...;505-N; 506 A; 506B;...;506-N; 507A; 507B;...;507-N) de cada uma da pluralidade de células de energia (502A; 502B;...502-N; 503A; 503B;...;503-N, 504A; 504B;...;504N) na memória (509); e com base no recebimento das informações de estado em resposta à interrogação dos um ou mais contatores (601A; 601B; 601C; 700) no respectivo dispositivo de by-pass (505A; 505B;...;505-N; 506 A; 506B;...;506-N; 507A; 507B;...;507-N) de cada uma da pluralidade de células de energia (502A; 502B;...502-N; 503A; 503B;...;503-N, 504A; 504B;...;504N) através do anel de fibra óptica (510), comparar, pelo controle central (501), as informações de estado recebidas com as informações de estado armazenadas.
15. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por ainda compreender, detectar (801) uma falha em uma célula de energia da pluralidade de células de energia (502A; 502B;...502-N; 503A; 503B;...;503- N, 504A; 504B;...;504N) de uma pluralidade de células de energia (502A; 502B;...502-N; 503A; 503B;...;503-N, 504A; 504B;...;504N) pelo controle central (501); e com base na detecção da falha da célula de energia (502A; 502B;...502-N; 503A; 503B;...;503-N, 504A; 504B;...;504N), enviar (804) um comando de by-pass do controle central (501) para um ou mais con- tatores (601A; 601B; 601C; 700) no dispositivo de by-pass (505A; 505B;...;505-N; 506 A; 506B;...;506-N; 507A; 507B;...;507-N) da célula de energia (502A; 502B;...502-N; 503A; 503B;...;503-N, 504A; 504B;...;504N) falhada através do anel de fibra óptica (510); e armazenar as informações de estado que correspondem ao comando de by-pass para os um ou mais contatores (601A; 601B; 601C; 700) no dispositivo de by-pass (505A; 505B;...;505-N; 506 A; 506B;...;506-N; 507A; 507B;...;507-N) da célula de energia (502A; 502B;...502-N; 503A; 503B;...;503-N, 504A; 504B;...;504N) falhada na memória (509) pelo controle central (501), sendo que o comando de by-pass corresponder a um de um by-pass total da célula de energia (502A; 502B;...502-N; 503A; 503B;...;503-N, 504A; 504B;...;504N) falhada e um by-pass parcial da célula de energia (502A; 502B;...502-N; 503A; 503B;...;503-N, 504A; 504B;...;504N) falhada.
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