CN103001571B - 电动机负载跟踪同步调节节电装置 - Google Patents
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Abstract
一种对电动机负荷自动跟踪同步控制的电动机负载跟踪同步调节节电装置。通过时时检测电动机的电压、电流、功率因数,分析负载大小和变化,实现在线检测对用电负荷的跟踪,使电动机的输出功率与负荷转矩相匹配;电动机处于空载或轻载时的输出转矩小、空载损耗大、效率低时同步调节输出功率及电压,使电动机的输出功率与负荷重新达到平衡;电动机负荷增加时,跟踪调节装置控制输出功率增加,保证输出转矩再次达到平衡;同步的检测与控制使电动机工作稳定不会产生瞬间过流,在不改变电源频率的情况下减少电动机多余的电能消耗,抑制了不必要的浪费,不仅实现节电目的,同时延长了电动机的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种随电动机负荷变化而同步对输出功率进行调节控制的节电装置,尤其是同步的检测与控制使电动机工作稳定效率提高,不会使电动机产生瞬间过流,抑制不必要电力浪费的电动机负载跟踪同步调节节电装置。
背景技术
目前,公知的“全国科技信息服务网-河南节点”中的“电动机负载调节装置的研究与应用”一文中:“电动机负载调节控制装置,基于对电动机负荷的动态跟踪,适时检测电动机的负荷情况,通过时时地检测与控制电机的功率因数、电压和电流,分析负载大小和变化趋势,计算出供给异步电动机最佳电压、电流,通过快速控制可控硅导通角的大小,控制异步电机的供电电压,使异步电机的输出功率与负荷转矩精确匹配,实现对异步电动机的节电运行……。控制电路全数字化设计。利用单片机技术,采用C语言进行程序设计,由线采样,数-模、智能控制,执行级电子开关电路组成。通过专用的功率开关元件(晶闸管),对电压进行″切口″控制。……性能指标:(1)适用电动机参数:1.5~55kw;(2)软启动功能:1~5倍额电流设定,软启动时间0~200s;(3)反应速度?100ms;(4)检测速率10ms。”此电动机负载调节控制装置不适用于大功率电动机75KW~400KW,采用间接控制使检测速率与反应速度慢、是正弦交流电的五个周期,使负荷突然增大的电动机产生瞬间突变电流,也就是在控制电压低时负荷突然增大、电流就会增大,对于电动机负荷频繁工作在突大、突小的环境,则影响电动机的使用寿命,同时节电效果下降。
发明内容
为了克服现有的电动机负载调节控制装置不适用于大功率电动机、检测速率与反应速度慢、使负荷突然增大的电动机产生瞬间突变电流影响电动机使用寿命的不足,本发明提供一种电动机负载跟踪同步调节节电装置,该电动机负载跟踪同步调节节电装置不仅能适用于所有功率档的三相异步电动机,而且采用直接控制方法使检测与控制同步完成,这样电动机就不会产生瞬间突变电流,节电效率提高。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:在控制电路中,由外接传感器时时检测电动机负载电流、电压的变化,同时通过接插端子P101、并联分压电阻(R38、R39)、八档开关SW与并联电阻(R28~R35)、触发二极管(SS4、SS5)至整流电路(D7~D10),整流滤波后的有效值电流通过限流电阻R8与光电耦合器(PC1~PC6)、发光二极管LED1串联形成回路,通过光电耦合器内输入电流的变化,同步调节其输出的导通角,直接控制双向可控硅(V1~V3),双向可控硅做为功率放大驱动可控硅模块组,调节三相电动机的运行功率,使电动机的输出功率与负荷转矩相匹配。设定可调电阻PT7~PT12,修正光电耦合器的导通角使三相同步运行,可调电阻PT1~PT6、PT13用于输出功率曲线的线性调节,插接端子P105~P107用来检测参数。根据电动机负载大小和变化,由外接传感器时时检测电动机负载电流、电压的变化,实现在线检测并对用电负荷的跟踪。电动机处于空载或轻载时的输出转矩小、空载损耗大、效率低时,外接传感器所检测的信号相对减小,同时通过接插端子P101、并联分压电阻(R38、R39)、八档开关SW与并联电阻(R28~R35)、触发二极管(SS4、SS5)至整流电路(D7~D10)的电流减小,针对光电耦合器PC1~PC6的控制电流同时减小,双向可控硅V1~V3的驱动电流同时减小,此时电动机得到较小的输出功率,实现同步调节输出功率及电压,使电动机的输出功率与负荷重新达到平衡。电动机负荷增加时,外接传感器所检测的信号相对增大,同时通过接插端子P101、并联分压电阻(R38、R39)、八档开关SW与并联电阻(R28~R35)、触发二极管(SS4、SS5)至整流电路(D7~D10)的电流增大,针对光电耦合器PC1~PC6的控制电流同时增大,双向可控硅V1~V3的驱动电流同时增大,此时电动机得到较大的输出功率,实现同步调节输出功率及电压,保证输出转矩再次达到平衡,达到电动机与负载变化的同步调控。
本发明的有益效果是,可在检测电动机负载变化的同时、同步控制电动机的输出功率,电动机工作稳定不会产生瞬间过流,抗干扰性强,并且适配各种功率的电动机,减少电动机多余的电能消耗,不仅实现节电目的,提高效率,同时延长了电动机的使用寿命。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的检测控制电路原理图
图2是电动机控制电路图
图1:R1~R40电阻,PT1~PT13可调电阻,C1~C8、C12电容,C9~C11、C13电解电容,D1~D11二极管,B1~B4全桥整流,LED1~LED4发光二极管,DW稳压二极管,SS1~SS5触发二极管,PC1~PC6光电耦合器,V1~V3双向可控硅,V4、V5三极管,X晶振,IC1单片机集成电路,IC2三端稳压集成电路,IC3光电耦合器组,SW1~8八档开关,K按键开关,KG继电器,FM蜂鸣器,P101~P107接插端子,PA、PB、PC接插端子。
图2:PA、PB、PC接插端子,PK1~PK3可控硅模块组,M三相电动机,A相、B相、C相三相电源输入端,CT传感器。
具体实施方式
在图1中,接插端子P101的1脚与电阻R36一端相连,接插端子P101的2脚与电阻R37一端相连,电阻R36另一端、电阻R37另一端、接插端子P103的1脚与全桥整流B4输入一端相连。接插端子P101的3脚与电阻R38一端相连,接插端子P101的4脚与电阻R39一端相连,电阻R38另一端、电阻R39另一端、电阻R28一端与八档开关SW1一端相连,八档开关SW1另一端、电阻R28另一端、电阻R29一端与八档开关SW2一端相连,八档开关SW2另一端、电阻R29另一端、电阻R30一端与八档开关SW3一端相连,八档开关SW3另一端、电阻R30另一端、电阻R31一端与八档开关SW4一端相连,八档开关SW4另一端、电阻R31另一端、电阻R32一端与八档开关SW5一端相连,八档开关SW5另一端、电阻R32另一端、电阻R33一端与八档开关SW6一端相连,八档开关SW6另一端、电阻R33另一端、电阻R34一端与八档开关SW7一端相连,八档开关SW7另一端、电阻R34另一端、电阻R35一端与八档开关SW8一端相连,八档开关SW8另一端、电阻R35另一端、电阻R27一端、二极管D9正极与二极管D10负极相连,电阻R27另一端、触发二极管SS4一端、触发二极管SS5一端、接插端子P101的5脚、接插端子P103的2脚与电阻R40一端相连,触发二极管SS4另一端、触发二极管SS5另一端、二极管D7正极与二极管D8负极相连,二极管D7负极、二极管D9负极、电解电容C10正极、稳压二极管DW阴极与电阻R8一端相连,电阻R8另一端、可调电阻PT7固定端1脚、可调电阻PT7可调端2脚、与光电耦合器PC1的1脚相连,光电耦合器PC1的2脚、可调电阻PT7固定端3脚、可调电阻PT8固定端1脚、可调电阻PT8可调端2脚与光电耦合器PC2的1脚相连,光电耦合器PC2的2脚、可调电阻PT8固定端3脚、可调电阻PT9固定端1脚、可调电阻PT9可调端2脚与光电耦合器PC3的1脚相连,光电耦合器PC3的2脚、可调电阻PT9固定端3脚、电阻R7一端、可调电阻PT13固定端1脚、可调电阻PT13可调端2脚、可调电阻PT10固定端1脚、可调电阻PT10可调端2脚与光电耦合器PC4的1脚相连,光电耦合器PC4的2脚、可调电阻PT10固定端3脚、可调电阻PT11固定端1脚、可调电阻PT11可调端2脚与光电耦合器PC5的1脚相连,光电耦合器PC5的2脚、可调电阻PT11固定端3脚、可调电阻PT12固定端1脚、可调电阻PT12可调端2脚与光电耦合器PC6的1脚相连,光电耦合器PC6的2脚、可调电阻PT12固定端3脚、可调电阻PT13固定端3脚、电阻R7另一端与发光二极管LED1正极相连,发光二极管LED1负极、二极管D8正极、二极管D10正极、电解电容C10负极与稳压二极管DW阳极相连。八档开关SW1~8用于匹配不同功率的电动机,传感器CT通过接插端子P101将检测信号传至检测控制电路中,经整流滤波后的有效值电流通过光电耦合器(PC1~PC6)来调控其输出端的导通角。
接插端子PA的G1脚、二极管D2负极与双向可控硅V1连接端1脚相连,接插端子PA的K1脚、电阻R18一端、二极管D2正极、电阻R9一端与电容C1一端相连,电阻R18另一端与全桥整流B1输入一端相连,电容C1另一端、光电耦合器PC4的6脚、光电耦合器PC1的6脚、接插端子P105的1脚、可调电阻PT1固定端1脚、可调电阻PT1可调端2脚与触发二极管SS1一端相连,可调电阻PT1固定端3脚与电阻R12一端相连,触发二极管SS1另一端与双向可控硅V1控制端2脚相连,电阻R9另一端与电容C4一端相连,接插端子PA的K2脚、电容C4另一端、二极管D1正极、全桥整流B1输入另一端与电阻R1一端相连,电阻R1另一端、光电耦合器PC4的4脚、接插端子P105的3脚、可调电阻PT4固定端3脚与电阻R12另一端相连,光电耦合器PC1的4脚、接插端子P105的2脚、可调电阻PT4固定端1脚与可调电阻PT4可调端2脚相连,接插端子PA的G2脚、二极管D1负极、电阻R15一端与电阻R4一端相连,电阻R15另一端、电阻R4另一端与双向可控硅V1连接端3脚相连,组成A相可控硅模块组的驱动电路。
接插端子PB的G1脚、二极管D4负极与双向可控硅V2连接端1脚相连,接插端子PB的K1脚、电阻R19一端、二极管D4正极、电阻R10一端与电容C2一端相连,电阻R19另一端与全桥整流B2输入一端相连,电容C2另一端、光电耦合器PC5的6脚、光电耦合器PC2的6脚、接插端子P106的1脚、可调电阻PT2固定端1脚、可调电阻PT2可调端2脚与触发二极管SS2一端相连,可调电阻PT2固定端3脚与电阻R13一端相连,触发二极管SS2另一端与双向可控硅V2控制端2脚相连,电阻R10另一端与电容C5一端相连,接插端子PB的K2脚、电容C5另一端、二极管D3正极、全桥整流B2输入另一端与电阻R2一端相连,电阻R2另一端、光电耦合器PC5的4脚、接插端子P106的3脚、可调电阻PT5固定端3脚与电阻R13另一端相连,光电耦合器PC2的4脚、接插端子P106的2脚、可调电阻PT5固定端1脚与可调电阻PT5可调端2脚相连,接插端子PB的G2脚、二极管D3负极、电阻R16一端与电阻R5一端相连,电阻R16另一端、电阻R5另一端与双向可控硅V2连接端3脚相连,组成B相可控硅模块组的驱动电路。
接插端子PC的G1脚、二极管D6负极与双向可控硅V3连接端1脚相连,接插端子PC的K1脚、电阻R20一端、二极管D6正极、电阻R11一端与电容C3一端相连,电阻R20另一端与全桥整流B3输入一端相连,电容C3另一端、光电耦合器PC6的6脚、光电耦合器PC3的6脚、接插端子P107的1脚、可调电阻PT3固定端1脚、可调电阻PT3可调端2脚与触发二极管SS3一端相连,可调电阻PT3固定端3脚与电阻R14一端相连,触发二极管SS3另一端与双向可控硅V3控制端2脚相连,电阻R11另一端与电容C6一端相连,接插端子PC的K2脚、电容C6另一端、二极管D5正极、全桥整流B3输入另一端与电阻R3一端相连,电阻R3另一端、光电耦合器PC6的4脚、接插端子P107的3脚、可调电阻PT6固定端3脚与电阻R14另一端相连,光电耦合器PC3的4脚、接插端子P107的2脚、可调电阻PT6固定端1脚与可调电阻PT6可调端2脚相连,接插端子PC的G2脚、二极管D5负极、电阻R17一端与电阻R6一端相连,电阻R17另一端、电阻R6另一端与双向可控硅V3连接端3脚相连,组成C相可控硅模块组的驱动电路。
全桥整流B1正极与发光二极管LED2正极相连,发光二极管LED2负极与光电耦合器组IC3的5脚相连,全桥整流B1负极与光电耦合器组IC3的6脚相连;全桥整流B2正极与发光二极管LED3正极相连,发光二极管LED3负极与光电耦合器组IC3的3脚相连,全桥整流B2负极与光电耦合器组IC3的4脚相连;全桥整流B3正极与发光二极管LED4正极相连,发光二极管LED4负极与光电耦合器组IC3的1脚相连,全桥整流B3负极与光电耦合器组IC3的2脚相连。由此组成三相负载变化的采样电路,完成对三相电动机的直接控制。
电阻R40另一端与全桥整流B4输入另一端相连,全桥整流B4正极、电解电容C9正极与三端稳压集成电路IC2输入端1脚相连,三端稳压集成电路IC2输出端3脚、电解电容C11正极、电容C12一端、按键开关K一端、电解电容C13正极、单片机集成电路IC1的20脚、电阻R21一端、电阻R22一端、电阻R23一端、三极管V4发射极、三极管V5发射极与接插端子P104的6脚相连,按键开关K另一端、电解电容C13负极、单片机集成电路IC1的1脚、电阻R26一端与接插端子P104的7脚相连,单片机集成电路IC1的2脚与接插端子P104的1脚相连,单片机集成电路IC1的3脚与接插端子P104的2脚相连,单片机集成电路IC1的6脚与接插端子P104的3脚相连,单片机集成电路IC1的7脚与接插端子P104的4脚相连,单片机集成电路IC1的8脚与接插端子P104的5脚相连,单片机集成电路IC1的4脚、晶振X一端与电容C7一端相连,单片机集成电路IC1的5脚、晶振X另一端与电容C8一端相连,单片机集成电路IC1的9脚与电阻R25一端相连,电阻R25另一端与三极管V5基极相连,三极管V5集电极、二极管D11负极与继电器KG一端相连,单片机集成电路IC1的11脚与电阻R24一端相连,电阻R24另一端与三极管V4基极相连,三极管V4集电极与蜂鸣器FM一端相连,单片机集成电路IC1的12脚、电阻R23另一端与光电耦合器组IC3的8脚相连,单片机集成电路IC1的13脚、电阻R22另一端与光电耦合器组IC3的10脚相连,单片机集成电路IC1的14脚、电阻R21另一端与光电耦合器组IC3的12脚相连,全桥整流B4负极、电解电容C9负极、三端稳压集成电路IC2接地端2脚、电解电容C11负极、电容C12另一端、电阻R26另一端、电容C7另一端、电容C8另一端、接插端子P104的9脚、单片机集成电路IC1的10脚、二极管D11正极、继电器KG另一端、蜂鸣器FM另一端、光电耦合器组IC3的7脚、光电耦合器组IC3的9脚与光电耦合器组IC3的11脚相连。组成电动机供电监测辅助控制回路。
在图2中所示电动机控制电路中,输入电源A相与可控硅模块组PK1一端相连,可控硅模块组PK1另一端与三相电动机M相连,由驱动电路连接过来的接插端子PA的G1、K1、K2、G2分别与可控硅模块组PK1的G1、K1、K2、G2相连;输入电源B相与可控硅模块组PK2一端相连,可控硅模块组PK2另一端与三相电动机M相连,由驱动电路连接过来的接插端子PB的G1、K1、K2、G2分别与可控硅模块组PK2的G1、K1、K2、G2相连;输入电源C相与传感器CT一端相连,传感器CT另一端与可控硅模块组PK3一端相连,可控硅模块组PK3另一端与三相电动机M相连,由驱动电路连接过来的接插端子PC的G1、K1、K2、G2分别与可控硅模块组PK3的G1、K1、K2、G2相连,传感器引出的五根线对应于P101的1、2、3、4、5相连。组成对三相电动机的驱动控制回路。
Claims (3)
1.一种电动机负载跟踪同步调节节电装置,在控制电路中,由外接传感器、接插端子P101、并联分压电阻R38与R39、八档开关SW1~8与并联电阻R28~R35、触发二极管SS4与SS5至整流电路D7~D10,整流滤波后的有效值电流通过限流电阻R8与光电耦合器PC1~PC6、发光二极管LED1串联形成回路,其特征是:接插端子P101的1脚与电阻R36一端相连,接插端子P101的2脚与电阻R37一端相连,电阻R36另一端与电阻R37另一端相连,接插端子P101的3脚与电阻R38一端相连,接插端子P101的4脚与电阻R39一端相连,电阻R38另一端、电阻R39另一端、电阻R28一端与八档开关SW1一端相连,八档开关SW1另一端、电阻R28另一端、电阻R29一端与八档开关SW2一端相连,八档开关SW2另一端、电阻R29另一端、电阻R30一端与八档开关SW3一端相连,八档开关SW3另一端、电阻R30另一端、电阻R31一端与八档开关SW4一端相连,八档开关SW4另一端、电阻R31另一端、电阻R32一端与八档开关SW5一端相连,八档开关SW5另一端、电阻R32另一端、电阻R33一端与八档开关SW6一端相连,八档开关SW6另一端、电阻R33另一端、电阻R34一端与八档开关SW7一端相连,八档开关SW7另一端、电阻R34另一端、电阻R35一端与八档开关SW8一端相连,八档开关SW8另一端、电阻R35另一端、电阻R27一端、二极管D9正极与二极管D10负极相连,电阻R27另一端、触发二极管SS4一端、触发二极管SS5一端与接插端子P101的5脚相连,触发二极管SS4另一端、触发二极管SS5另一端、二极管D7正极与二极管D8负极相连,二极管D7负极、二极管D9负极、电解电容C10正极、稳压二极管DW阴极与电阻R8一端相连,电阻R8另一端、可调电阻PT7固定端1脚、可调电阻PT7可调端2脚、与光电耦合器PC1的1脚相连,光电耦合器PC1的2脚、可调电阻PT7固定端3脚、可调电阻PT8固定端1脚、可调电阻PT8可调端2脚与光电耦合器PC2的1脚相连,光电耦合器PC2的2脚、可调电阻PT8固定端3脚、可调电阻PT9固定端1脚、可调电阻PT9可调端2脚与光电耦合器PC3的1脚相连,光电耦合器PC3的2脚、可调电阻PT9固定端3脚、电阻R7一端、可调电阻PT13固定端1脚、可调电阻PT13可调端2脚、可调电阻PT10固定端1脚、可调电阻PT10可调端2脚与光电耦合器PC4的1脚相连,光电耦合器PC4的2脚、可调电阻PT10固定端3脚、可调电阻PT11固定端1脚、可调电阻PT11可调端2脚与光电耦合器PC5的1脚相连,光电耦合器PC5的2脚、可调电阻PT11固定端3脚、可调电阻PT12固定端1脚、可调电阻PT12可调端2脚与光电耦合器PC6的1脚相连,光电耦合器PC6的2脚、可调电阻PT12固定端3脚、可调电阻PT13固定端3脚、电阻R7另一端与发光二极管LED1正极相连,发光二极管LED1负极、二极管D8正极、二极管D10正极、电解电容C10负极与稳压二极管DW阳极相连,接插端子PA的G1脚、二极管D2负极与双向可控硅V1连接端1脚相连,接插端子PA的K1脚、电阻R18一端、二极管D2正极、电阻R9一端与电容C1一端相连,电阻R18另一端与全桥整流B1输入一端相连,电容C1另一端、光电耦合器PC4的6脚、光电耦合器PC1的6脚、接插端子P105的1脚、可调电阻PT1固定端1脚、可调电阻PT1可调端2脚与触发二极管SS1一端相连,可调电阻PT1固定端3脚与电阻R12一端相连,触发二极管SS1另一端与双向可控硅V1控制端2脚相连,电阻R9另一端与电容C4一端相连,接插端子PA的K2脚、电容C4另一端、二极管D1正极、全桥整流B1输入另一端与电阻R1一端相连,全桥整流B1输出正极与发光二极管LED2正极相连,发光二极管LED2负极与光电耦合器组IC3的5脚相连,全桥整流B1输出负极与光电耦合器组IC3的6脚相连,电阻R1另一端、光电耦合器PC4的4脚、接插端子P105的3脚、可调电阻PT4固定端3脚与电阻R12另一端相连,光电耦合器PC1的4脚、接插端子P105的2脚、可调电阻PT4固定端1脚与可调电阻PT4可调端2脚相连,接插端子PA的G2脚、二极管D1负极、电阻R15一端与电阻R4一端相连,电阻R15另一端、电阻R4另一端与双向可控硅V1连接端3脚相连。
2.根据权利要求1所述的电动机负载跟踪同步调节节电装置,其特征是:接插端子PB的G1脚、二极管D4负极与双向可控硅V2连接端1脚相连,接插端子PB的K1脚、电阻R19一端、二极管D4正极、电阻R10一端与电容C2一端相连,电阻R19另一端与全桥整流B2输入一端相连,电容C2另一端、光电耦合器PC5的6脚、光电耦合器PC2的6脚、接插端子P106的1脚、可调电阻PT2固定端1脚、可调电阻PT2可调端2脚与触发二极管SS2一端相连,可调电阻PT2固定端3脚与电阻R13一端相连,触发二极管SS2另一端与双向可控硅V2控制端2脚相连,电阻R10另一端与电容C5一端相连,接插端子PB的K2脚、电容C5另一端、二极管D3正极、全桥整流B2输入另一端与电阻R2一端相连,全桥整流B2输出正极与发光二极管LED3正极相连,发光二极管LED3负极与光电耦合器组IC3的3脚相连,全桥整流B2输出负极与光电耦合器组IC3的4脚相连,电阻R2另一端、光电耦合器PC5的4脚、接插端子P106的3脚、可调电阻PT5固定端3脚与电阻R13另一端相连,光电耦合器PC2的4脚、接插端子P106的2脚、可调电阻PT5固定端1脚与可调电阻PT5可调端2脚相连,接插端子PB的G2脚、二极管D3负极、电阻R16一端与电阻R5一端相连,电阻R16另一端、电阻R5另一端与双向可控硅V2连接端3脚相连。
3.根据权利要求1所述的电动机负载跟踪同步调节节电装置,其特征是:接插端子PC的G1脚、二极管D6负极与双向可控硅V3连接端1脚相连,接插端子PC的K1脚、电阻R20一端、二极管D6正极、电阻R11一端与电容C3一端相连,电阻R20另一端与全桥整流B3输入一端相连,电容C3另一端、光电耦合器PC6的6脚、光电耦合器PC3的6脚、接插端子P107的1脚、可调电阻PT3固定端1脚、可调电阻PT3可调端2脚与触发二极管SS3一端相连,可调电阻PT3固定端3脚与电阻R14一端相连,触发二极管SS3另一端与双向可控硅V3控制端2脚相连,电阻R11另一端与电容C6一端相连,接插端子PC的K2脚、电容C6另一端、二极管D5正极、全桥整流B3输入另一端与电阻R3一端相连,全桥整流B3输出正极与发光二极管LED4正极相连,发光二极管LED4负极与光电耦合器组IC3的1脚相连,全桥整流B3输出负极与光电耦合器组IC3的2脚相连,电阻R3另一端、光电耦合器PC6的4脚、接插端子P107的3脚、可调电阻PT6固定端3脚与电阻R14另一端相连,光电耦合器PC3的4脚、接插端子P107的2脚、可调电阻PT6固定端1脚与可调电阻PT6可调端2脚相连,接插端子PC的G2脚、二极管D5负极、电阻R17一端与电阻R6一端相连,电阻R17另一端、电阻R6另一端与双向可控硅V3连接端3脚相连。
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