CN203339645U - 电力转换装置 - Google Patents

Abstract

与防浪涌电路的电阻并联连接的n个继电器的一部分动作不良，继电器没有接通时，正常的继电器负担所有电流，结果注入的电流超过额定电流，成为继电器的接点熔结等破坏的原因，所以需要廉价且正确地检测n个继电器的动作不良。本实用新型的电力转换装置包括：对交流电压进行整流将其转换为直流电压的转换器；具有平滑电容器的直流中间电路；抑制对平滑电容器的充电电流的限流电路；检测直流中间电路的电压的电压检测电路；将转换器的直流电压转换为交流电压的逆变器；检测n个继电器各自的温度的n个温度检测元件；和根据温度检测结果检测n个继电器中的哪个异常的控制部。根据该结构，能够通过检测n个温度检测元件的温度差检测继电器的异常。

Description

电力转换装置

技术领域

本实用新型涉及能够检测与防浪涌电路的电阻并联连接的n个继电器的异常，使装置安全地停止的电力转换装置。 

背景技术

电力转换装置在产业界和家电产品中均较多地用作电动机的速度控制装置。作为当前主流的电力转换装置的电压型逆变器，将交流电压用转换器转换为直流，通过直流中间电路中存在的较大电容的电解电容器平滑化，用逆变器再次转换为任意频率的交流电压。 

出于保护构成上述转换器的整流二极管不受到对上述直流中间电路中存在的电解电容器的较大的充电电流的影响的目的而设置有防浪涌电路。该防浪涌电路中，一般有抑制电流的电阻和与该电阻并联连接的继电器。 

电源接通时，用上述电阻抑制对上述电解电容器的充电电流，在电解电容器的充电电压满充电的时间点使继电器接通。继电器接通后，抑制上述电流的电阻中不流过电流，所有电流均流过继电器，因此在抑制电流的电阻中，到上述继电器接通前，会发生电阻损失。 

但是，电力转换装置的电容增大时，与该电容成比例地，流过上述继电器的电流也增大，因此例如在专利文献1中记载了与防浪涌电路的电阻并联地设置两个继电器。 

然而，设置两个以上继电器的情况下，需要检测继电器的接点没有接通的情况。 

专利文献1中，公开了一种并联接点异常检测装置，使相互为负极性的螺线管线圈与并联连接点串联连接，进而具备输出检测各连接点之间产生的电压的接点检测信号的电压检测器，使用浪涌电流限制用继电器进行并联接点部的异常检测，能够使系统安全地停止。 

专利文献2中，公开了对于电力转换装置的逆转换部使用的半导 体元件的温度，用连接有与该半导体元件的接合部相对的端子的电路基板上配置的温度检测元件检测，且上述端子是上述半导体元件的发射极端子与集电极端子中的一方。 

专利文献1：日本特开2008-206280号公报 

专利文献2：日本专利第4366269号 

实用新型内容

上述专利文献1的段落[0004]中，公开了现有技术的电力转换装置的并联接点异常检测装置，使用浪涌电流限制用继电器中内置的异常检测接点进行，因此是高价的。此外，关于不具有异常检测接点的浪涌电流限制用继电器接点的并联使用，存在一方的接点断开故障的情况下电流集中到另一方的接点而烧毁的问题，段落[0005]中，公开了鉴于这样的问题，其目的在于提供能够使用不具有异常检测接点的浪涌电流限制用继电器廉价地进行并联接点部的异常检测、能够使系统安全地停止的电力转换装置，但是没有公开通过检测电路基板上配置的温度检测元件的温度差而检测并联接点的异常这一点。 

此外，流过直流电路的较大的电流也流过螺线管线圈，所以需要体型较大的卷绕的线圈，成为逆变器装置的小型化的较大的障碍。 

此外，上述专利文献2的段落[0010]中，记载了控制部400如上所述，检测功率半导体元件的温度，当检测到的温度达到预先确定的温度、例如80℃时，使功率半导体元件的通电切断（OFF），停止功率半导体元件的发热来抑制温度的上升，由此施加功率半导体元件的保护和电力转换装置的保护。 

此外，段落[0023]中，公开了通过对于电力转换装置的逆转换部使用的半导体元件的温度，用连接有与该半导体元件的接合部相对的端子的电路基板上配置的温度检测元件检测而达成。或者，对于电力转换装置的逆转换部使用的半导体元件的温度检测，用针对该半导体元件的接合部的端子附近配置的温度检测元件进行而达成，是温度检测器检测到的温度成为预先确定的规定温度的时刻的处理，没有考虑到通过n个温度检测器的检测温度差进行某种处理这一点。 

如上所述，专利文献1和专利文献2中，关于在构成防浪涌电路 的电阻上并联连接n个相同容量的继电器，对于上述并联连接的n个继电器，检测连接有与n个继电器的接点部相对的端子的电路基板上配置的n个温度检测元件的温度，根据上述检测温度用MCU判定哪一个热敏电阻的温度高到怎样的程度，检测接点不良的未接通的继电器的继电器的异常检测方法完全没有公开。 

本实用新型的目的在于提供一种电力转换装置，其能够检测与防浪涌电路的电阻并联连接的n个继电器的异常，使装置安全地停止。 

为了解决上述课题，例如采用以下的结构。 

在输出可变电压可变频率的交流电力的电力转换装置中，其包括连接有针对n个继电器的接点部的端子的电路基板上配置的、检测上述n个继电器各自的温度的n个温度检测元件、和根据上述各温度检测元件的检测结果检测上述n个继电器中的哪一个异常的控制部。上述n个继电器与上述限流电路的电阻并联连接。 

本实用新型的一方面的输出可变电压可变频率的交流电力的电力转换装置，包括：对交流电源的交流电压进行整流将其转换为直流电压的转换器；具有使该转换器的直流电压平滑的平滑电容器的直流中间电路；抑制对上述直流中间电路的平滑电容器的充电电流的限流电路；检测上述直流中间电路的电压的电压检测电路；将上述转换器的直流电压转换为交流电压的逆变器；配置在连接有针对n个继电器的接点部的端子的电路基板上的、检测上述n个继电器各自的温度的n个温度检测元件，上述n个继电器与上述限流电路的电阻并联连接；和根据上述各温度检测元件的检测结果检测上述n个继电器中的哪个异常的控制部。 

本实用新型的另一方面的输出可变电压可变频率的交流电力的电力转换装置，包括：对交流电源的交流电压进行整流而转换为直流电压的转换器；具有使该转换器的直流电压平滑的平滑电容器的直流中间电路；抑制对上述直流中间电路的平滑电容器的充电电流的限流电路；检测上述直流中间电路的电压的电压检测电路；将上述转换器的直流电压转换为交流电压的逆变器；配置在连接有针对n个继电器的接点部的端子的电路基板上的n-1个温度检测元件，上述n个继电器与上述限流电路的电阻并联连接；和根据上述n-1个温度检测元件的检测 结果检测上述n个继电器中的哪个异常的控制部。 

根据本实用新型，能够提供一种电力转换装置，其通过检测连接有针对n个继电器的接点部的端子的n个端子的电路基板上配置的n个温度检测元件的温度差，能够检测继电器的异常，使装置安全地停止。上述n个继电器与上述限流电路的电阻并联连接。 

附图说明

图1是电力转换装置的主电路结构图。 

图2是电力转换装置的部件配置结构图的一例。 

图3（a）是使用A/D转换器的温度检测电路图的一例。 

图3（b）是使用比较器的温度检测电路图的一例。 

图4（a）是基板上的铜箔图案和温度检测器配置图的一例，是两个继电器正常动作的情况的例子。 

图4（b）是基板上的铜箔图案和温度检测器配置图的一例，是两个继电器中的一方没有正常动作的情况的例子。 

图4（c）是基板上的铜箔图案和温度检测器配置图的一例，是两个继电器中一方没有正常动作的情况的例子。 

图5（a）是基板上的铜箔图案和温度检测器配置图的一例，是两个继电器正常动作的情况的例子。 

图5（b）是基板上的铜箔图案和温度检测器配置图的一例，是两个继电器中的一方没有正常动作的情况的例子。 

图5（c）是基板上的铜箔图案和温度检测器配置图的一例，是两个继电器中的一方没有正常动作的情况的例子。 

图6（a）是基板上的铜箔图案和温度检测器配置图的一例，是两个继电器正常动作的情况的例子。 

图6（b）是基板上的铜箔图案和温度检测器配置图的一例，是两个继电器中的一方没有正常动作的情况的例子。 

图6（c）是基板上的铜箔图案和温度检测器配置图的一例，是两个继电器中的一方没有正常动作的情况的例子。 

符号说明 

1……转换器，2……平滑用电解电容器，3……逆变器，4……交 流电动机，5……控制电路，6……冷却风扇，7……数字操作面板，8……驱动电路，9……防浪涌电路，10……连接器，11……功率半导体，12……电力转换装置，13……冷却肋片，14……树脂模具外壳，RB……限流电阻，THM1、THM2……热敏电阻，RY1、RY2……继电器，MCU……微机，Vpn……具有平滑电容器的直流中间电路检测电压，RYS……继电器接点接通信号，AD……A/D转换器，AP1、AP2……差动放大器，CP1、CP2……比较器，Tm1、Tm2……预先设定的温度 

具体实施方式

【实施例1】 

以下用附图说明本实用新型。其中，对于各图中共用的结构附加相同的参照编号。此外，本实用新型不限于图示的例子。 

图1表示本实施例的电力转换装置12的主电路结构图。 

1是将交流电力转换为直流电力的转换器，2是平滑用电容器，3是将直流电力转换为任意频率的交流电力的逆变器，4是交流电动机。6是用于使具备转换器1和逆变器3的功率半导体模块11冷却的冷却风扇。7是设定、变更电力转换装置12的各种控制数据和进行异常显示的数字操作面板。控制电路5中安装的微机MCU构成为基于来自保存有各种控制数据的存储部的存储数据的信息执行运算，根据从数字操作面板7输入的各种控制数据执行需要的控制处理。 

其中，构成为该数字操作面板7发生异常的情况下显示该异常。5是在控制逆变器的功率半导体即开关元件的同时、起到控制电力转换装置12整体的作用的搭载有微机MCU的控制电路，构成为根据从数字操作面板7输入的各种控制数据执行需要的控制处理。8是驱动逆变器的开关元件的驱动电路。此外，逆变器3与驱动电路8经由连接器10连接。 

9是防浪涌电路，由用于抑制对上述平滑用电容器2的初始充电电流的电阻RB和与RB并联连接的两个继电器RY1和RY2构成。使继电器RY1和继电器RY2接通的信号是RYS。THM1和THM2是检测温度的热敏电阻。 

此外，继电器RY1和继电器RY2设置在直流中间电路的正电位一 侧（P1与P之间），而设置在直流中间电路的基准电位一侧（N1与N2之间）动作也是同样的，不限定继电器RY1和继电器RY2的设置位置。 

记载了并联的继电器为2个的情况，但是不限定并联的继电器的个数。作为电力转换装置12的逆变器为周知的技术，省略详细的说明。 

图2是主电路部件配置图的一例。管脚结构的相同容量的继电器RY1和继电器RY2在焊锡连接的状态下搭载在搭载了驱动电路的基板8上。THM1是检测温度的热敏电阻，搭载在基板8上。构成为将使转换器1和逆变器3搭载在一个模块内的集成功率半导体即复合模块11搭载在冷却肋片13上，用于使冷却肋片冷却的冷却风扇6（图中的虚线部分）安装在冷却肋片的上表面。由于构成为集成功率半导体的复合模块11产生较大的损失，因此构成为使该损失产生的发热向冷却肋片13导热，通过冷却风扇6使冷却肋片13冷却。 

图3是温度检测电路图的一例。两个温度检测器THM1和THM2是热敏电阻，分别间接地检测继电器RY1和继电器RY2的温度。然后，热敏电阻THM1和热敏电阻THM2检测到的温度的数据被输入控制电路5内的MCU。 

该情况下的热敏电阻的温度特性是随着温度上升其电阻值减少，温度T时的热敏电阻的电阻值RT使用下式表示的情况的例子。 

RT=R25*exp[B*{1/(T+273)-1/(T25+273)}]-------------式（1） 

此处， 

R25：温度25℃时热敏电阻的电阻值 

T25：温度25℃（T25=25） 

B：常数 

热敏电阻的温度上升时，热敏电阻的电阻值RT减小，所以MCU的模拟端口端子AD的输入电压因分压电阻R1增大。 

图3（a）是使用MCU的模拟端口端子AD的情况的一例。 

按照模拟端口端子AD的输入电压值，MCU根据式（1）对热敏电阻THM1的检测温度T=THM1t和热敏电阻THM2的检测温度T=TMH2t实时地进行运算。能够根据检测温度THM1t和检测温度THM2t用MCU判断哪一个热敏电阻的温度高到怎样的程度，检测接点不良的未接通一侧的继电器。关于具体的判断手法，在[实施例2]中 说明。 

由于式（1）的运算复杂，因此也可以根据式（1）求出表示与热敏电阻的电阻值成比例的模拟端口端子AD的输入电压与热敏电阻的温度的相关的数据，将其预先保存到非挥发性的存储器中作为表数据，从该表数据中实时地调用热敏电阻的温度THM1t和THM2t。 

图3（b）是使用差动放大器AP1和AP2以及比较器CP1和CP2的情况的一例。 

在由差动放大器AP1和比较器CP1构成的电路中，构成为使分压电压V1与分压电压V2的差放大，将V1与V2的差为预先设定以上的电压值作为比较器CP1的基准电压时，当V1>V2时比较器CP1的输出成为“H”。 

此外，在由差动放大器AP2和比较器CP2构成的电路中，构成为使分压电压V1与分压电压V2的差放大，将V1与V2的差为预先设定以上的电压值作为比较器CP1的基准电压时，当V1<V2时比较器CP2的输出成为“H”。 

由于比较器CP1在V1>V2的情况下动作，因此表示热敏电阻THM1的电阻比热敏电阻THM2的电阻低的状态、即热敏电阻THM1的检测温度比热敏电阻THM2的检测温度高。该状态表示继电器RY1接通（正常）、继电器RY2断开（异常）。 

相反，比较器CP2在V1<V2的情况下动作，因此表示热敏电阻THM2的电阻比热敏电阻THM1的电阻低的状态、即热敏电THM2的检测温度比热敏电阻THM1的检测温度高。该状态表示继电器RY2接通（正常）、继电器RY1断开（异常）的情况。 

本实施例中，说明了构成热敏电阻THM1和热敏电阻THM2的热敏电阻的温度特性是随着温度上升其电阻值减少，但随着温度上升其电阻值增加的特性下，本实用新型的意图也不改变。 

【实施例2】 

图4是基板上的铜箔图案和温度检测器配置图的一例。 

图4（a）和图4（b）是将构成驱动电路8的各部件中搭载了继电器的位置放大的图，涂黑的粗线是基板上配线的铜箔图案，在该铜箔图案中流过电流。是继电器RY1和继电器RY2的管脚贯通基板上设置 的贯通孔，焊锡连接的一例。 

此处，图4（a）是并联连接的继电器RY1和继电器RY2正常地动作，各继电器中流过的电流大致相同的情况。流入继电器RY1和继电器RY2的电流I与流入点到流出点的阻抗、即铜箔图案的配线长度成反比。如果铜箔图案的截面积相同，则配线长度越长，阻抗越高、电流越小，配线长度越短，阻抗越小、电流越大。 

因此，如果并联连接的继电器RY1和继电器RY2正常地接通动作，流过各继电器的电流大致相同（0.5I：50%），则与继电器的管脚连接的铜箔图案的附近设置的温度检测器即热敏电阻THM1和热敏电阻THM2检测到的温度也成为接近大致相同的状态。 

但是，如图4（b）所示继电器RY1接通（正常）、继电器RY2断开（异常）的情况下，流入电流I全部流过继电器RY1，完全不流过继电器RY2。即，流入的电流I集中到继电器RY1，超过额定电流的结果，成为继电器RY1的接点熔结等损坏的主要原因。 

该情况下，与继电器RY1的管脚连接的铜箔图案附近以能够检测继电器RY1的温度的方式配置的温度检测器即热敏电阻THM1和与继电器RY2的管脚连接的铜箔图案附近以能够检测继电器RY2的温度的方式配置的温度检测器即热敏电阻THM2之间产生较大的温度梯度。即，与继电器RY1的管脚连接的铜箔图案附近的以能够检测继电器RY1的温度的方式配置的温度检测器即热敏电阻THM1的检测温度当然比与继电器RY2的管脚连接的铜箔图案附近的以能够检测继电器RY2的温度的方式配置的温度检测器即热敏电阻THM2的检测温度高（ΔTthm=THM1t-THM2t>0）。 

相反如图4（c）所示，继电器RY2接通（正常）、继电器RY1断开（异常）的情况下，流入电流I全部流过继电器RY2，完全不流过继电器RY1。 

此时，与继电器RY2的管脚连接的铜箔图案的附近的以能够检测继电器RY2的温度的方式配置的温度检测器即热敏电阻THM2的检测温度当然比与继电器RY1的管脚连接的铜箔图案附近的以能够检测继电器RY1的温度的方式配置的温度检测器即热敏电阻THM1的检测温度高（ΔTthm=THM1t-THM2t<0）。 

因此，取与继电器RY1的管脚连接的铜箔图案附近设置的温度检测器即热敏电阻THM1和与继电器RY2的管脚连接的铜箔图案附近设置的温度检测器即热敏电阻THM2的检测温度的差的绝对值ΔTthm，如果该差为预先设定的温度以上{(ΔTthm的绝对值)>Tm1}则能够判别继电器是否异常。 

此外，根据检测温度的差ΔTthm的符号，还能够判别继电器RY1和继电器RY2中哪一个继电器是异常的。 

即，能够通过该差是正还是负来判别哪一个继电器是异常状态。 

·ΔTthm=THM1t-THM2t>0→RY1接通（正常），RY2断开（异常）的情况 

·ΔTthm=THM1t-THM2t<0→RY1断开（异常），RY2接通（正常）的情况 

即，可知能够通过检测温度的差ΔTthm的符号是正还是负来判定。该情况下，流入的电流I集中到继电器RY1，超过额定电流的结果，成为继电器RY1的接点熔结等损坏的主要原因，因此通过使电力转换装置12停止，在数字操作面板7上显示继电器RY2异常，告知用户，能够确定电力转换装置停止的原因，以最短的维护时间应对。 

即，操作者通过目视该数字操作面板7上显示的继电器异常的显示能够立刻判断电力转换装置12的温度状况，实施适当的处理。当然，也可以在数字操作面板7上显示该情况下的温度检测器即热敏电阻THM1的检测温度。 

本实施例记载了并联的继电器是两个的情况，但是不限定并联的继电器的个数。 

【实施例3】 

图5是基板上的铜箔图案和温度检测器配置图的另一例。图5（a）是并联连接的继电器RY1和继电器RY2正常动作，各继电器中流过的电流大致相同的情况。图5（b）是继电器RY1接通（正常）、继电器RY2断开（异常）的情况，图5（c）是继电器RY1断开（异常），继电器RY2接通（正常）的状态。 

与图4的不同点在于与继电器RY2的管脚连接的铜箔图案附近的以能够检测继电器RY2的温度的方式配置的温度检测器即热敏电阻 THM2的位置。 

关于动作、想法，与[实施例2]记载的内容相同。 

基板上设置的温度检测器即热敏电阻THM1和热敏电阻THM2的设置位置不限于[实施例2]或[实施例3]中说明的位置，即使设置在预先试验性地求出的位置，本专利的意图也没有任何改变。 

因此，不仅在基板的正面一侧，在基板的背面一侧也搭载温度检测器，或将其中某一方搭载在基板的背面一侧，或设置在铜箔图案上，本专利的意图也没有任何改变。 

当然，本实施例也记载了并联的继电器是两个的情况，但不限定并联的继电器的个数。 

【实施例4】 

图6是基板上的铜箔图案和温度检测器配置图的另一例。公开了相对于继电器RY1和继电器RY2，与管脚连接的铜箔图案附近以能够检测继电器的温度的方式配置的温度检测器（热敏电阻THM1）是一个的情况。 

图6（b）中，继电器RY1接通（正常）、继电器RY2断开（异常）的情况下，流入电流I全部流过继电器RY1，完全不流过RY2。 

与继电器RY1的管脚连接的铜箔图案的温度、即继电器RY1的温度当然比与继电器RY2的管脚连接的铜箔图案的温度、即继电器RY2的温度高。 

相反，继电器RY2接通（正常）、继电器RY1断开（异常）的情况下，流入电流I全部流过继电器RY2，完全不流过继电器RY1。此时，与继电器RY2的管脚连接的铜箔图案的温度、即继电器RY2的温度当然比与继电器RY1的管脚连接的铜箔图案的温度、即继电器RY1的温度高。因此，图6（a）所示的并联连接的继电器RY1和继电器RY2正常地动作，各继电器中流过的电流大致相同的情况下，如果预先试验性地求出温度检测器THM1的检测温度Tthm10并保存到非挥发性存储器中，则取其与图6（b）中RY1接通（正常）、RY2断开（异常）时的温度检测器THM1的检测温度Tthm11的检测温度的差的绝对值ΔTthm，如果该差为预先设定的温度以上{(ΔTthm的绝对值)>Tm2}则能够判别继电器是否异常。 

此外，根据上述检测温度的差ΔTthm的符号，还能够判别继电器RY1和继电器RY2中哪一个继电器是异常的。 

即，如下所示能够通过该差是正还是负来判别哪一个继电器是异常状态。 

ΔTthm=THM11-THM10>0→RY1接通（正常）、RY2断开（异常）的情况 

ΔTthm=THM11-THM10<0→RY1断开（异常）、RY2接通（正常）的情况 

即，可知能够通过上述ΔTthm的符号是正还是负来判定。 

当然，也能够预先试验性地求出图6（b）所示的继电器RY1接通（正常）、继电器RY2断开（异常）时的温度检测器即热敏电阻THM1的检测温度Tthm11和图6（c）所示的继电器RY2接通（正常）、RY1断开（异常）时的温度检测器THM1的检测温度Tthm12并存储到非挥发性存储器，实时地检测检测温度Tthm1的值，用上述非挥发性存储器中保存的温度Tthm11或Tthm12，与上述同样地判别继电器RY1和继电器RY2中哪一个是异常的。本实施例中，也记载了并联的继电器是两个的情况，但不限定并联的继电器的个数。 

根据本实用新型，能够提供一种电力转换装置，其通过检测连接有针对n个继电器的接点部的端子的电路基板上配置的温度检测元件的温度，能够检测继电器的异常位置，使装置安全地停止。上述n个继电器与限流电路的电阻并联连接。 

Claims (7)

1.一种输出可变电压可变频率的交流电力的电力转换装置，其特征在于，能够包括： 

对交流电源的交流电压进行整流将其转换为直流电压的转换器； 

具有使该转换器的直流电压平滑的平滑电容器的直流中间电路； 

抑制对所述直流中间电路的平滑电容器的充电电流的限流电路； 

检测所述直流中间电路的电压的电压检测电路； 

将所述转换器的直流电压转换为交流电压的逆变器； 

配置在连接有针对n个继电器的接点部的端子的电路基板上的、检测所述n个继电器各自的温度的n个温度检测元件，所述n个继电器与所述限流电路的电阻并联连接；和 

根据所述各温度检测元件的检测结果检测所述n个继电器中的哪个异常的控制部。 

2.一种输出可变电压可变频率的交流电力的电力转换装置，其特征在于，包括： 

对交流电源的交流电压进行整流而转换为直流电压的转换器； 

具有使该转换器的直流电压平滑的平滑电容器的直流中间电路； 

抑制对所述直流中间电路的平滑电容器的充电电流的限流电路； 

检测所述直流中间电路的电压的电压检测电路； 

将所述转换器的直流电压转换为交流电压的逆变器； 

配置在连接有针对n个继电器的接点部的端子的电路基板上的n-1个温度检测元件，所述n个继电器与所述限流电路的电阻并联连接；和 

根据所述n-1个温度检测元件的检测结果检测所述n个继电器中的哪个异常的控制部。 

3.如权利要求1或2所述的电力转换装置，其特征在于： 

所述并联连接的n个继电器由相同额定容量的继电器构成。 

4.如权利要求1或2所述的电力转换装置，其特征在于： 

所述温度检测元件由呈现出与温度成比例的电阻值的热敏电阻构成。 

5.如权利要求1或2所述的电力转换装置，其特征在于： 

具备根据所述温度检测元件检测到的温度显示n个继电器中的哪个异常的显示部。 

6.如权利要求3所述的电力转换装置，其特征在于： 

具备根据所述温度检测元件检测到的温度显示n个继电器中的哪个异常的显示部。 

7.如权利要求4所述的电力转换装置，其特征在于： 

具备根据所述温度检测元件检测到的温度显示n个继电器中的哪个异常的显示部。 

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