DE2201665C3 - Converter arrangement - Google Patents
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Description
7 22 Ol 6657 22 Ol 665
3 43 4
anordnung der eingangs erwähnten Art vorgeschlagen, gleichstromseitig eine Drosselspule Rl angeschlossen die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß ist, sowie aus einer Kondensatorbatterie K. der Blindstromrichter netzkommiitiert und der Blind- Der Blindstromrichter A wird von dem Steuerwiderstand an seinen Gleichspa'-.nungsanschlüssen glied STi gesteuert. Die beiden an den Phasenleiter R eine Drosselspule ist, daß eine dreiphasige Konden- 5 angeschlossenen Thyristoren erhalten um 180° versatorbatterie an das Netz angeschlossen ist und daß schobene Zündimpulse von dem Steuerimpulsglied jede Gruppe von Ventilen des Blindstronirichters mit Gn". Entsprechendes gilt für die an S und T angeeiner individuellen Regelanordnung versehen ist, die schlossenen Thyristoren, sowie die Steuerimpulsden Zündwinkel der Ventile der Gruppe abhängig von glieder Gs" und Gt". Das Steuerglied enthält auch der Abweichung der Phasenspannungen an einem io Phasenverschiebungsglieder DR, Ds und D7. Diesen Punkt des Netzes von einer Bezugsspannung steuert, werden Impulse von dem Oszillator O zugeführt, und wobei die den genannten Regelanordnungen züge- sie geben im Verhältnis zu den Oszillatorimpulsen führten Bezugsspannungen gleich oder beinahe gleich phasenverschobene Impulse an die Steuerimpulssjnd. · glieder Gr" usw. Die Größe der PhasenverschiebungArrangement of the type mentioned is proposed, connected on the DC side, a choke coil Rl which is characterized according to the invention that, as well as from a capacitor battery K., the reactive converter is mains committed and the reactive converter A is connected by the control resistor to its DC voltage connections member STi controlled. The two to the phase conductor R is a choke coil, that a three-phase capacitor 5 connected thyristors is connected to the mains by 180 ° versatorbatterie and that pushed ignition pulses from the control pulse member each group of valves of the reactive current converter with G n ". The same applies to the is one of S and T individual control arrangement is provided, the closed thyristors, as well as the Steuerimpulsden firing angle of the valves of the group depending on members Gs' and Gt ". the control member also includes the deviation of the phase voltages to a io phase shift elements D R, D s and D 7. This point of the network is controlled by a reference voltage, pulses are supplied by the oscillator O , and the said control arrangements give the control pulse s j n d reference voltages that are equal to or almost equally phase-shifted in relation to the oscillator pulses. · Members Gr " etc. The size of the phase shift
Die Erfindung knüpft also an eine natürlich korn- 15 für jedes Phasenverschiebungsglied wird von einem mutierte Stromrichterbrücke an, bei der durch An- dem Glied zugeführten Steuersignal /1 Ur, /1 Us bzw. Schluß einer Induktivität an die GleichUromseite des Λ Ut bestimmt. Das Steuersignal wird in einem Stromrichters in einfacher und billiger Weise kapa- Vergleichsgfied 57?, Ss bzw. ST als Differenz zwischen zitive Blindleistung erzeugt wird. Die Erfindung einer Bezugsspannung Uref, die für alle Vergleichsberuht auf der Erkenntnis, daß ein solcher einfacher 20 glieder dieselbe ist, und einer von der Spannung des und billiger netzkommutierter Stromrichter durch jeweiligen Phasenleiters abhängigen Spannung Ur , Zusammenarbeit mit einer Kondensatorbatterie auch Us' bzw. Ut gebildet.The invention is thus based on a natural grain 15 for each phase shift element is determined by a mutated converter bridge in which the control signal / 1 Ur, / 1 Us or the end of an inductance on the DC side of Λ Ut is determined by the element. The control signal is generated in a converter in a simple and inexpensive manner, capacitance comparator 57 ?, Ss or S T as the difference between zitive reactive power. The invention of a reference voltage U re f, which for all comparisons is based on the knowledge that such a simple 20 elements is the same, and a voltage Ur that is dependent on the voltage of the and cheaper line-commutated converter through the respective phase conductor, cooperation with a capacitor battery also Us' or .Ut formed.
zur Erzeugung kapazitiver Blindleistung verwendet Da die beiden Gleichstromanschlüsse des Stromwerden kann und daß er mit einem relativ einfachen richters A über die Drosselspule Rl verbunden sind, Regelkreis gleichzeitig als Spannungskonstanthalter 15 die in erster Näherung den Widerstand Null haben und als Lastsymmetrierungsanordnung verwendet kann, wird der Durchschnittswert ihrer Gleichwerden kann. spannung Null. Der Stromrichter verbraucht dabei imthe two DC terminals used for producing capacitive reactive power, since the current can be and in that it is associated with a relatively simple judge A via the choke coil Rl, control loop having at the same time as a voltage stabilizer 15 in a first approximation, the resistance zero, and as the load balun arrangement used may be the average will be can become equal to them. voltage zero. The converter consumes im
An Hand der in den Figuren dargestellten Aus- Prinzip nur Blindleistung, aber keine Wirkleistung,On the basis of the principle shown in the figures, only reactive power, but no real power,
führungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert Die Steuerwinkel der beiden Stromrichter A und B The control angle of the two converters A and B is intended to explain the invention in more detail
werden. 30 werden sich im Verhältnis zueinander und zu der will be . 30 will be in relation to each other and to the
F i g. 1 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Netzspannung automatisch so einstellen, daß die vonF i g. 1 shows an embodiment in which the mains voltage is automatically set so that that of
Stromrichtungsanordnung aus einer einzigen gesteuer- dem Stromrichter A aufgenommene BlindleistungPower converter arrangement from a single controlled converter A consumed reactive power
ten Dreiphasenbrücke mit einer gleichstromseitig (zusammen mit der Blindleistung, die von den übrigenth three-phase bridge with a DC side (together with the reactive power from the rest of the
angeschlossenen Drosselspule besteht; an das Netz angeschlossenen Verbrauchern, z. B. derconnected choke coil; consumers connected to the network, e.g. B. the
F i g 2 zeigt eine Stromrichteranordnunc nach der 35 Last L, aufgenommen wird) genau so groß ist wie dieFig. 2 shows a converter arrangement after the load L, is added) is exactly as large as that
Erfindung mit einem Doppelstromrichter. von der Kondensatorbatterie K abgegebene Bhnd-Invention with a double converter. output from the capacitor battery K
In F i g. 1 wird ein Wechselrichter B gezeigt, der leistung.In Fig. 1 an inverter B is shown, the power.
aus einer üblichen dreiphasigen Brückenschaltung mit Wenn die Last L asymmetrisch ist, werden die sechs Tyhristoren besteht. Die Brücke ist auf der Ströme in den Phasenleitern verschieden. Auf Grund Gleichstromseite über eine Drosselspule Rl an eine 40 der inneren Spannungsfälle in der Spannungsquelle Gleichspannungsquelle BA angeschlossen. Die Wech- (Stromrichter B) und im Transformator werden sich selstromseite der Brücke speist ein aus den drei Phasen- die drei Phasenspannungen am Lastobjekt L vonleitern R S, T bestehendes Wechselsnannungsnetz. einander unterscheiden. Dadurch unterscheiden sich Die Thyristoren des Stromrichters werden von die drei Spannungen UR', Us' und UT' mit verschieeinem Steuerglied STl gesteuert, das aus dem Oszil- 45 denen Werten von der Bezugsspannung UTtl. Die lator O und den drei Steuerimpulsgliedern Gr, Gs' Phasenverschiebung der PhasenverschiebungsgUeder und Gt besteht. Der Oszillator liefert eine symmetri- DR, D5, D7- ist, wie erwähnt, abhängig von den Steuersche dreiphasige Impulsfolge mit einer der gewünschten Signalen Δ UR, Δ Us und Δ UT. Der Steuerwinkel tür Wechselspannung entsprechenden Frequenz. Das jedes an einen Phasenleiter angeschlossene Thyristor-Steuerimpulsglied Gr gibt um 180° gegeneinander 50 paar wird sich damit bei asymmetrischer Last im allverschobene Zündimpulse an die beiden an den Phasen- gemeinen von den Steuerwinkeln fur die beiden anleiter R angeschlossenen Thyristoren. Das Entspre- deren Thyristorpaare unterscheiden. Der Mrornncnchende gilt für die Steuerimpulsgliedcr G8' und GT'. tor bildet in diesem Fall eine asymmetrische Last, Der Wechselrichter B gibt Wirkleistung von der und sein Belastungsstrom enthält somit eine Gegen-Gleichspannungsquelle BA an das dreiphasige Netz 55 komponente, deren Phasenlage und Amplitude von jj/ den Steuersignalen Δ UR, Δ Us sowie A UT und damit If the load L is asymmetrical, the six tyhristors will consist of a usual three-phase bridge circuit. The bridge is different on the currents in the phase conductors. Due to the direct current side, connected via a choke coil R1 to one of the internal voltage drops in the voltage source DC voltage source BA . The inverter (converter B) and in the transformer are self-current side of the bridge feeds an alternating voltage network consisting of the three phases - the three phase voltages on the load object L from conductors RS, T. differ from each other. The thyristors of the converter are controlled by the three voltages U R ', U s ' and U T ' with a different control element STl , which takes values from the oscilloscope 45 from the reference voltage U Ttl . The lator O and the three control pulse elements Gr, Gs' phase shift of the phase shift gUeder and Gt . The oscillator delivers a symmetrical - D R , D 5 , D 7 - is, as mentioned, three-phase pulse train with one of the desired signals Δ U R , Δ U s and Δ U T , depending on the control circuit. The control angle for the frequency corresponding to the alternating voltage. Each thyristor control pulse element Gr connected to a phase conductor gives 50 pairs of 50 pairs of firing pulses to the two thyristors connected to the phase common of the control angles for the two conductors R in the case of an asymmetrical load. Distinguish the corresponding thyristor pairs. The end of the message applies to the control pulse elements G 8 ' and G T '. tor forms an asymmetrical load in this case, the inverter B gives active power from the and its load current thus contains a counter-DC voltage source BA to the three-phase network 55 component, whose phase position and amplitude of jj / the control signals Δ U R , Δ U s as well AU T and with it
Άή das Netz ist über einen dreiphasigen Trans- letzthin von dem Grad der Asymmetrie der Netzformatorr eine dreiphasige Last L angeschlossen. spannung an der Last L abhängig ist. Wenn ein asymmetrischer Belastungsstrom entnommen Das Vorzeichen der Rückführung in dem gescnloswerden würde, würde der innere Gegenspannungsfall 60 senen Regelkreis, der aus dem Glied SU, den drei des Wechselrichters in den einzelnen Phasen unter- Vergleichsgliedern SR, Ss und S7-, den^drei rnasenverschiedlich hoch werden, was, wie bereits erwähnt, eine Schiebungsgliedern DR D5 und D7, d« dna Steuerkräftige Aysmmetrie der Netzspannung zur Folge impulsgliedern GR , Gs und G7- , dem «ecnseihaben würde r'chter ß> den Phasenleitern und dem Transformator Άή the network is connected to a three-phase load L via a three-phase trans- last of the degree of asymmetry of the network transformer. voltage at the load L. If an asymmetrical load current was taken, the sign of the feedback in the would be unscnlosed, the internal counter-voltage case would be 60 separate control loop, which consists of the element SU, the three of the inverter in the individual phases - comparison elements S R , S s and S 7 -, den be ^ three rnasenverschiedlich high, which, as already mentioned, a shift members D R D 5 and D 7, that "dna control Strong Aysmmetrie the mains voltage results in pulse divided G R, G s and G 7 - would ecnseihaben the 'r' daughters ß > the phase conductors and the transformer
Dies wird'dadurch verhindert, daß eine Strom- 65 besteht, ist so gewählt, daß die Rückführung negativThis is prevented by the fact that a current 65 is selected so that the feedback is negative
richteranordnung gemäß der Erfindung an das Netz ist, d.h. der Regelkreis ist bestrebt die von denJudge arrangement according to the invention is to the network, i.e. the control loop seeks the from the
angeschlossen ist. Sie besteht aus einem Blindstrom- Abweichungen abhängigen Steuersignale AUr Δ Us connected. It consists of control signals AUr Δ Us which are dependent on reactive current deviations
richtet in Dreiphasenbrückenschaltung, an die und Δ UT zu reduzieren. Der Regelkreis wird also dieaimed in three-phase bridge circuit to reduce the and Δ U T. So the control loop becomes the
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drei Steuerwinkel des Stromrichters A auf solche Weise justieren, daß die drei Spannungen Un , Us' und Ut gleich werden, wodurch erreicht wird, daß die Netzspannung an der Last L symmetrisch wird. In diesem Zustand wird dabei im Prinzip der von dem Stromrichter A aufgenommene Gegenstrom dieselbe Amplitude, aber entgegengesetzte Phasenlage haben als der von der Last L aufgenommene Gegenstrom. Dies kann so gesehen werden, daß der Stromrichter den von der Last verbrauchten Gegenstrom erzeugt. Der Wechselrichter ß wird dabei nur mit einem Mitstrom belastet, sein innerer Spannungsfall wird niedrig und ist ein reiner Mitspannungsfall, so daß die Spannungen der drei Phasenleiter ein symmetrisches System bilden.adjust three control angles of the converter A in such a way that the three voltages Un, Us' and Ut become equal, whereby it is achieved that the mains voltage at the load L becomes symmetrical. In this state, the countercurrent picked up by the converter A will in principle have the same amplitude but opposite phase position than the countercurrent picked up by the load L. This can be seen as the converter producing the counter current consumed by the load. The inverter ß is only loaded with a co-current, its internal voltage drop is low and is a pure co-voltage case, so that the voltages of the three phase conductors form a symmetrical system.
Das Obengesagte wird etwas geändert, indem die Spannung hinter dem Transformator auf Symmetrie geregelt wird. Auf Grund des Gegenspannungsfalles im Transformator werden die Phasenleiter R, S, T ein etwas asymmetrisches Spannungssystem bilden, während die Belastungsspannung vollkommen symmetrisch wird.The above is changed somewhat by regulating the voltage behind the transformer for symmetry. Due to the counter-voltage in the transformer, the phase conductors R, S, T will form a somewhat asymmetrical voltage system, while the load voltage will be completely symmetrical.
F i g. 2 zeigt eine andere Ausführungsform der Stromrichterschaltung gemäß der Erfindung. An das Netz R, S, Γ ist außer dem Stromrichter A ein weiterer Stromrichter C angeschlossen. Die Gleichstromseiten der Brücken sind über die Drosselspulen Rl und /?3 miteinander verbunden, und die Brücken sind gleichspannungsmäßig antiparallel geschaltet. Der Stromrichter A wird wie in F i g. 1 von dem Oszillator gesteuert, und zwar über die Phasenverschiebungsglieder Dr, Ds, Dt- Die Ausgänge der letztgenannten Glieder sind über die Phasenverschiebungsglieder Dr, Ds', Dt an die Steuerimpulsglieder G«3, Cs3, Gt3 angeschlossen, die Steuerimpulse an die Ventile des Stromrichters geben, auf dieselbe Weise wie es beim Stromrichter A geschieht. Die Phasenverschiebungsglieder Dn, Ds und Dt sind so angeordnet, daß jedes Ventil des Stromrichters mit einer konstanten Verzögerung im Verhältnis zu dem entsprechenden Ventil beim Stromrichter A gezündet wird. Diese Verzögerung ist zweckmäßigerweise so bemessen, daß sie etwa 30° el. entspricht. Die Grundwellen der Wechselströme der beiden Brücken werden dann um 30° phasenverschoben sein, d. h., sie werden praktisch algebraisch addiert. Die wichtigsten Oberwellen sind gewöhnlich die fünfte und siebente. Die fünfte Oberwelle in dem Strom der einen Brücke ist 5 · 30° = 150° verschoben im Verhältnis zu der fünften Oberwelle im Strom der zweiten Brücke, so daß sich die fünften Oberwellen in beiden Strömen größtenteils gegenseitig aufheben. Entsprechendes gilt für die siebente Oberwelle, bei der der Wert der Phasenverschiebung 7 · 30° = 210° beträgt. In dem gezeigten Beispiel sind die fünfte und siebente Oberwelle in dem gesamten Wechselstrom der Stromrichterschaltung größtenteils eliminiert, wodurch der Wechselstrom später nahezu sinusförmig wird, was den Bedarf eines Filters reduziert oder überflüssig macht.F i g. 2 shows another embodiment of the converter circuit according to the invention. In addition to the converter A , another converter C is connected to the network R, S, Γ. The direct current sides of the bridges are connected to one another via the choke coils R1 and /? 3, and the bridges are connected in anti-parallel in terms of DC voltage. The converter A is as in FIG. 1 controlled by the oscillator via the phase shift elements Dr, Ds, Dt- The outputs of the latter elements are connected to the control pulse elements G «3 , Cs 3 , Gt 3 via the phase shift elements Dr, Ds', Dt, and the control pulses to the Converter valves give in the same way as converter A does. The phase shifting elements Dn, Ds and Dt are arranged so that each valve of the converter is triggered with a constant delay in relation to the corresponding valve in the converter A. This delay is expediently dimensioned so that it corresponds to about 30 ° el. The fundamental waves of the alternating currents of the two bridges will then be phase-shifted by 30 °, ie they will practically be added algebraically. The most important harmonics are usually the fifth and seventh. The fifth harmonic in the current of one bridge is shifted 5 · 30 ° = 150 ° in relation to the fifth harmonic in the current of the second bridge, so that the fifth harmonics in both currents largely cancel each other out. The same applies to the seventh harmonic, in which the value of the phase shift is 7 · 30 ° = 210 °. In the example shown, the fifth and seventh harmonics are largely eliminated in the total alternating current of the converter circuit, as a result of which the alternating current later becomes almost sinusoidal, which reduces or eliminates the need for a filter.
An stelle des obengenannten Wertes von 30° für die Phasenverschiebung zwischen den Stromrichtern A und C kann natürlich auch ein anderer Wert gewählt werden, abhängig davon, welche Oberwelle oder welche Oberwellen reduziert werden sollen. Beispiels-Instead of the above-mentioned value of 30 ° for the phase shift between converters A and C, a different value can of course also be selected, depending on which harmonic or which harmonics are to be reduced. Example
weise wird bei - -j— = 36° die fünfte Oberwelle und Ί 80°wisely at - -j- = 36 ° the fifth harmonic and Ί 80 °
bei —=— = 26° die siebente Oberwelle vollkommen ' at - = - = 26 ° the seventh harmonic is perfect '
eliminiert.eliminated.
Der Stromrichter A stellt sich so ein, daß der Durchschnittswert seiner Gleichspannung nahezu der Gleichspannung des Stromrichters C entgegengesetzt gleich ist. Der Gleichstrom durch die Drosselspulen und damit der Strom auf der Wechselstromseite der Stromrichter wird proportional der Differenz der beiden Gleichspannungen. Das Regelsystem regelt den Steuerwinkel für jedes an einen Phasenleiter angeschlossene Zweigpaar der Brücke des Stromrichters A, so daß teils die genannte Differenzspannung einen so großen Strom ergibt, daß die Brücken die erforderliche kapazitive Leistung erzeugen, und teils die Brücken den Gegenstrom erzeugen, der erforderlich ist, um die Symmetrie der Netzspannung zu erhalten.The converter A adjusts itself in such a way that the average value of its DC voltage is almost equal to the DC voltage of the converter C and is the opposite. The direct current through the choke coils and thus the current on the alternating current side of the converter is proportional to the difference between the two direct voltages. The control system regulates the control angle for each branch pair of the bridge of the converter A connected to a phase conductor, so that partly the said differential voltage results in such a large current that the bridges generate the required capacitive power, and partly the bridges generate the countercurrent that is required to maintain the symmetry of the mains voltage.
Die Drosselspulen Al, Rl, Λ3 haben den Zweck, den Gleichstrom zu glätten. Der Bedarf an Induktivität nimmt mit zunehmendem Gleichstrom ab. Jede Drosselspule kann deshalb z. B. teils von einer Drosselspule mit hoher Induktivität ersetzt werden, die bei verhältnismäßig niedrigem Strom gesättigt ist, und teils von einer Drosselspule mit niedrigerer Induktivität, die bei einem Strom von der Größe des maximal vorkommenden Gleichstromes gesättigtThe reactors Al, Rl, Λ3 have the purpose of smoothing the direct current. The need for inductance decreases with increasing direct current. Each reactor can therefore, for. B. partly replaced by a choke coil with high inductance, which is saturated at a relatively low current, and partly by a choke coil with lower inductance, which saturates with a current of the size of the maximum occurring direct current
ist. Hierdurch kann die Baugröße der Drosselspulen kräftig gesenkt werden, was eine bedeutende Reduzierung an Preis, Gewicht und Platzbedarf zur Folge hat.is. As a result, the size of the choke coils can be reduced considerably, which is a significant reduction in terms of price, weight and space requirements.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
Claims (3)
Blindstromrichter (A) netzkommutiert und der aus der DT-PS 699 323 ist eine Anordnung zur Re-Blindwiderstand an seinen Gleichspannungsan- gelung der Blindleistung in einem Wechselstromnetz Schlüssen eine Drosselspule (R2) ist, daß eine bekannt, die aus einem an das Netz angeschlossenen dreiphasige Kondensatorbatterie (K) an das Netz netzkommutierten Stromrichter besteht, dessen Gleichangeschlossen ist und daß jede Gruppe von 25 stromkiemmen über eine Induktivität kurzgeschlossen Ventilen des Blindslromrichters (A) mit einer sind. Da der Stromrichter netzkommutiert ist, kann er individuellen Regelanordnung (Sn, Ss, ST; DR, kapazitive Blindleistung erzeugen, d. h., er arbeitet Da, Dr) versehen ist, die den Zündwinkel der in bezug auf das Netz wie eine veränderliche induktive Ventile der Gruppe abhängig von der Abweichung Belastung. Zur Erzeugung induktiver Leistung sind der Phasenspannungen an einem Punkt des Netzes 30 bei diesem bekannten Stromrichter zusätzliche Komvon einer Bezugsspannung (Uref) steuert, wobei die tnulierungsmittel erforderlich, wodurch der Stromden genannten Regelanordnungen zugeführten richter in einen zwangskommutierten Stromrichter Bezugsspannungen gleich oder beinahe gleich sind. verwandelt wird.1. Converter arrangement for connection to such a converter arrangement is known from the DT-OS, a three-phase AC voltage network, consisting of 5 1 513 934. This converter arrangement is used from a three-phase reactive power converter with control to generate reactive power in networks in which rin ble valves, with sudden, very high reactive power requirements connected to the network, can occur with AC voltage connections and with one. The converter can very quickly make both capacitive and reactive resistance connected DC voltage inductive reactive current available, with the converter providing an impulse io. The element connected to the various phases contains the valves of a group of this reactive power converter connected to each group, to one and the same AC voltage, all of which are controlled with the same control angle. Phase conductor connected valves Sleuerim- The converter works as a forced commutated pulse to ignite the valves of the group with an inverter. Such a power converter is very solid and, essentially, 15 degrees, is complicated and expensive. Special fast phase shifts are required between the valves of the responsive thyristors, which are expensive group supplies and the pulse-generating element and not available for such large ratings are controlled by the mains voltage in such a way that like normal converter thyristors. The known this is regulated to a constant value, converter is for balancing the network characterized in that the 20 is not suitable for an asymmetrical load.
Is blind converter (A) line-commutated and from the DT-PS 699 323 discloses an arrangement for re-reactance at its Gleichspannungsan- the reactive power gelung in an AC network circuiting a reactor (R2) that a known, the connected from a to the network three-phase capacitor battery (K) to the network commutated converter, whose DC is connected and that each group of 25 Stromkiemmen via an inductance short-circuited valves of the reactive converter (A) are with one. Since the converter is line-commutated, it can provide individual control arrangements (Sn, S s , S T ; D R , capacitive reactive power, that is, it works Da, Dr) , which adjusts the ignition angle in relation to the network as a variable inductive Valves of the group depending on the deviation load. In order to generate inductive power, the phase voltages at one point of the network 30 in this known converter are controlled by additional Komvon a reference voltage (U re f) , whereby the nulling means are required, as a result of which the converter supplied to the said control arrangements in a forcibly commutated converter is the same or almost the same as reference voltages . is transformed.
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