ES2311296T3 - Perfeccionamiento de reguladores de alternadores polifasicos de vehiculos automoviles. - Google Patents

Perfeccionamiento de reguladores de alternadores polifasicos de vehiculos automoviles. Download PDF

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Abstract

REGULADOR DE ALTERNADOR POLIFASICO DE VEHICULO A MOTOR QUE TIENE MEDIOS PARA DETECTAR UNA TENSION ENTRE LA TERMINAL DE FASE DE DICHO ALTERNADOR, QUE COMPRENDEN AL MENOS UN MONTAJE DE TRANSISTORES (T1, T9; T2, T10) QUE FORMA UN ESPEJO DE CORRIENTE CUYAS DOS RAMAS ESTAN EN UN EXTREMO RESPECTIVAMENTE CONECTADAS LA UNA Y LA OTRA DE LAS DOS BORNAS DE FASE Y ESTAN ALIMENTADAS EN SU OTRO EXTREMO POR TRANSISTORES (T6, T7; T5, T8) QUE FORMAN FUENTES DE CORRIENTE QUE PROPORCIONAN EN DICHAS RAMAS CORRIENTES DE IGUAL INTENSIDAD, PRESENTANDO LAS DOS RAMAS ADEMAS RESISTENCIAS DE VALORES DIFERENTES, PARA QUE UNO (T7, T8) DE LOS TRANSISTORES SE BLOQUEE CUANDO APARECE UNA DIFERENCIA DE POTENCIAL SUPERIOR A UN UMBRAL DADO ENTRE LAS DOS BORNAS DE FASE, CONLLEVANDO SU BLOQUEO EL CAMBIO DE NIVEL DE UNA SALIDA LOGICA (S1, S2) CONTROLADA POR EL POTENCIAL EN UN PUNTO DE DICHA RAMA ENTRE EL TRANSISTOR (T7, T8) Y EL TRANSISTOR (T1, T2).

Description

Perfeccionamiento de reguladores de alternadores polifásicos de vehículos automóviles.
La presente invención se refiere a los reguladores de alternador de vehículo automóvil.
Se ha representado esquemáticamente en la figura 1 un circuito de alternador trifásico convencional. Este circuito comprende, en especial, tres arrollamientos de inducido de alternador EN1, EN2, EN3 montados en estrella, un puente rectificador P constituido por tres pares de diodos y un regulador R que presenta dos entradas de fase \Phi1 y \Phi2 que reciben dos de los tres potenciales de fase de los arrollamientos de inducido EN1, EN2, EN3.
Clásicamente, este regulador R comprende un circuito DP para detectar la aparición de una tensión entre los dos bornes de fase \Phi1 y \Phi2 durante la puesta en rotación del alternador y activar la regulación de la tensión de la batería cuando se detecta así esta puesta en rotación. Un tal circuito DP permite garantizar el auto arranque del alternador.
Ya son conocidos varios montajes para la detección de una tensión entre unos bornes de fases de un alternador. Al respecto, se podrá recurrir ventajosamente por ejemplo a las patentes y solicitudes de patente FR- 2.343.255, FR 2.730.359 o FR-2.678.070.
Los montajes descritos en FR-2.343.255 y FR-2.730.359 presentan la ventaja de sensibilidades de detección interesantes (en especial de 50 mV).
Pero les ha parecido deseable a los inventores, en especial para testar los reguladores durante su fabricación o antes su montaje, poder aplicar a las entradas de fase \Phi1 y \Phi2 unos niveles de potenciales diferentes de los niveles de potenciales recibidos en estas entradas cuando el alternador funciona, y en especial poder aplicar en estas entradas de fases unos niveles de potenciales muy negativos.
En particular, los inventores proponen, en una solicitud de patente presentada el mismo día que la presente solicitud, integrar en un regulador unos medios para detectar este nivel particular de potencial en al menos un borne de fase y para activar un funcionamiento del regulador según un modo acelerado cuando se detecta este nivel de potencial. Entonces se dispone, sin que sea necesario prever sobre el regulador unas conexiones de entrada suplementarias, de un regulador que es posible testar aplicando un desarrollo de funciones de dicho regulador según un modo acelerado (temporización en el arranque, carga progresiva, etc.), las cuales, si no, en funcionamiento normal del regulador, duran varios segundos.
Sin embargo, los montajes descritos en FR-2.343.255 y FR-2.730.359 no permiten una detección de una diferencia de potencial entre sus dos entradas cuando estas son llevadas a unos potenciales muy negativos.
En el montaje descrito en FR-2.343.255, los transistores de las fuentes de corriente se bloquean cuando se aplican unos potenciales negativos a las dos entradas del montaje.
En el descrito en FR-2.730.359, la precisión se degrada mucho cuando los potenciales de las entradas del montaje sobrepasan unos valores de tensión de alimentación del alternador.
Ya es conocido por FR-2.678.070 un montaje de detección capaz de funcionar incluso cuando se aplican unos potenciales muy negativos a estas dos entradas de fase \Phi1 y \Phi2.
Sin embargo, este montaje únicamente permite como mucho un nivel de detección de 600 mV, que es insuficiente para permitir un auto-arranque a baja velocidad de rotación de los alternadores.
Por lo tanto, un objetivo de la invención es proponer un montaje de detección que por un lado es de una gran sensibilidad (200 mV o inferior: 50 mV) y que por otro lado puede funcionar independientemente del nivel de potencial en las entradas de fase y en particular con unos niveles de potenciales en las entradas de fase muy negativos (del orden de 10 Voltios por debajo de la masa, por ejemplo).
A tal efecto, la invención propone un regulador de alternador polifásico de vehículo automóvil que comprende medios para detectar una tensión entre unos bornes de fase destinados a recibir unos potenciales de fase de dicho alternador, caracterizado por el hecho de que dichos medios de detección comprenden al menos un montaje de transistores que forma un espejo de corriente cuyas dos ramas están en un extremo respectivamente unidas a uno y a otro de los dos bornes de fase y son alimentadas en su otro extremo por unos transistores que forman fuentes de corriente que suministran en dichas ramas unas corrientes de misma intensidad, presentando las dos ramas además unas resistencias de valores diferentes, de manera que uno de los transistores de los montajes que forman fuentes de corriente se limita en un valor de corriente predeterminado cuando aparece una diferencia de potencial superior a un umbral determinado entre los dos bornes de fase, provocando esta limitación el cambio de nivel de una salida lógica controlada por el potencial en un punto de dicha rama entre el transistor que forma una fuente de corriente y el transistor del montaje que forma un espejo de corriente.
\newpage
Un tal regulador se completa ventajosamente con las diferentes características siguientes tomadas individualmente o según todas sus combinaciones posibles:
-
comprende dos salidas lógicas y dichos montajes de transistores que forman espejo y fuentes de corriente están desdobladas para provocar el cambio de nivel de una u otra de dichas salidas lógicas según el sentido de la diferencia de potencial entre los bornes de fase.
-
el nivel de detección que permiten dichos medios es de 200 mV o inferior.
-
la resistencia en la rama del montaje que forma espejo de corriente, uno de cuyos potenciales controla la salida lógica, es igual a 20 K\Omega, siendo la resistencia en la otra rama igual a 10 K\Omega.
-
la resistencia en la rama del montaje que forma espejo de corriente, uno de cuyos potenciales controla la salida lógica, es igual a 10 K\Omega y el nivel de detección que permiten los medios de detección es del orden de 50 mV.
-
la resistencia en la rama del montaje que forma espejo de corriente, uno de cuyos potenciales controla la salida lógica, es igual a 5 K\Omega, siendo la resistencia en la otra rama igual a 2,5 K\Omega.
-
la resistencia en la rama del montaje que forma espejo de corriente, uno de cuyos potenciales controla la salida lógica, es igual a 2,5 K\Omega, el regulador comprende medios para modificar el nivel de detección de la tensión entre los bornes de fase cuando el potencial recibido en dichos bornes es superior a un valor determinado.
Otras características y ventajas de la invención aparecerán con la descripción. Esta descripción es puramente ilustrativa y no limitativa y debe leerse con referencia a los dibujos adjuntos en los cuales:
- La figura 1 es una representación esquemática de un circuito de alternador trifásico convencional.
- La figura 2 es un esquema de un montaje posible para los medios de detección de la tensión entre unos bornes de fase de un regulador según un modo de realización posible de la invención.
- La figura 3 ilustra un ejemplo de señales a la entrada y a la salida del montaje de la figura 2 cuando el alternador se pone en rotación.
- La figura 4 es un esquema de otro montaje posible para la invención.
- La figura 5 es un gráfico sobre el cual se representan las señales de fase a la salida de los arrollamientos de inducido del alternador, cuando el regulador está bajo carga.
En la figura 2 se ilustra un ejemplo de circuito de detección DP conforme a un modo de realización de la invención y capaz de funcionar con unos valores de crestas muy negativas (- 10 voltios con respecto al potencial de masa).
Este circuito comprende dos espejos de corriente montados entre los bornes \Phi1 y \Phi2 y constituidos uno por dos transistores NPN T1, T9, y el otro por dos transistores NPN T2, T10.
Más especialmente, el borne \Phi1 está conectado mediante una resistencia R10 al emisor (punto E1) del transistor T1 y por una resistencia R21 al emisor del transistor T10. El borne \Phi2 está conectado por una resistencia R11 al emisor del transistor T2 y por una resistencia R20 al emisor del transistor T9. Las bases de los transistores T2 y T10 están unidas entre sí. Lo mismo ocurre con las bases de los transistores T1 y T9.
Las resistencias R10 y R11 tienen un valor superior al de las resistencias R20 y R21.
Unos diodos D1 y D2 están montados entre el emisor y la base de los transistores T1 y T2 para proteger dichos transistores contra la inversión de polaridad de las uniones emisor-base.
Los colectores de los transistores T1, T10, T9 y T2 están conectados a los colectores de los transistores PNP T7, T5, T6 y T8 cuyas bases están unidas entre sí y cuyos emisores están conectados a una línea de alimentación bajo una tensión UB+ ella misma conectada al polo positivo de la batería del vehículo.
Por otro lado, el circuito comprende dos bornes de salida lógica S1 y S2.
El borne S1 está conectado al colector de un transistor PNP T3, cuya base está conectada a los colectores de los transistores T1 y T7. El emisor de este transistor T3 está conectado a la línea UB+. El borne de salida lógica S1 está por otro lado conectado a la masa mediante una resistencia R9. De igual manera, el borne S2 está conectado al colector de un transistor PNP T4, cuya base está conectada a los colectores de los transistores T2 y T8 mientras que su emisor está conectado a la línea UB+. El borne de salida lógica S2 está él mismo conectado a la masa mediante una resistencia R12.
Se destacará que las resistencias R9 y R12 no forman parte del detector propiamente dicho: sirven de resistencias de carga de los niveles de salida del detector constituido por los transistores T3 y T4.
También, el circuito de detección representado en la figura 2 comprende un generador corriente G. Este generador G comprende una resistencia R5 de gran valor montada entre la línea UB+ y la base de un transistor T11 NPN. Dicha base del transistor T11 está conectada a la masa mediante dos diodos D3 y D4 de compensación térmica en serie con un diodo Zener DZ1. El emisor del transistor T11 está conectado a la masa mediante una resistencia R3, así como mediante un subcircuito que comprende en serie una resistencia R4 y un transistor M1 de tipo MOSFET, cuyo control se explicitará más adelante en detalle.
El colector y la base del transistor T11 están conectados respectivamente a los colectores de los transistores T13 y T12 de tipo PNP montados en espejo de corriente. Las bases de los transistores T13 y T12 están unidas a las bases de los transistores T5 a T8, mientras que sus emisores están conectados a la línea UB+.
Como se habrá entendido, este modo de realización retoma elementos del detector descrito en FR-2.678.070. Se vuelven a tener los transistores T1, T2, T3, T4 y las resistencias R10 y R11. Aquí, las resistencias R7 y R8 están sustituidas por los transistores T7 y T8 que funcionan como fuente de corriente.
Al igual que el detector descrito en FR-2.678.070, el detector representado en la figura 2 no comprende potencial de masa y las entradas de las fases \Phi1 y \Phi2 pueden adoptar todos los valores inferiores al potencial UB + sin afectar al nivel de detección (200 mV o inferior).
La resistencia R6 sirve para polarizar el inducido del alternador cuando este está parado. El valor de esta resistencia R6 es suficientemente alto como para no impedir la aplicación del potencial muy negativo en las entradas de las fases \Phi1 y \Phi2 (- 10 voltios con respecto a la masa).
El detector DP funciona de la manera siguiente: el transistor T11 suministra una corriente (20 \muA) calibrada por la resistencia R3 y los diodos D3, D4 y DZ1. Los diodos D3 y D4 compensan térmicamente la unión emisor-base de T11 y la tensión zener de DZ1.
Se supone en un primer tiempo que el transistor M1 está abierto.
La corriente suministrada por el transistor T11 es trasladada en una relación de a 1 (20 \muA) por los transistores T12 y T5 a T8.
Las corrientes emitidas por T5 y T6 (20 \muA) atraviesan los transistores T9 y T10.
Cuando el alternador está parado, las dos ramas del detector están en equilibrio puesto que el potencial de la fase \Phi2 es idéntico al potencial de la fase \Phi1. T1 traslada la corriente a T9 y T2 traslada la corriente a T10.
Sin embargo, como las resistencias R10 y R11 tienen un valor superior al de las resistencias R20 y R21, las corrientes trasladadas por T1 y T2 son inferiores a las corrientes en T9 y T10. Cuando el alternador es del orden de 12 \muA mientras que la corriente en T9 y en T10 es de 20 \muA.
En consecuencia, los transistores T7 y T8 se saturan y los transistores T3 y T4 están abiertos. Por lo tanto, las salidas S1 y S2 del detector son llevadas al potencial de masa.
En cambio, cuando el alternador está en rotación, la f.e.m. entre \Phi1 y \Phi2 desequilibra las dos ramas del detector y las corrientes en T1 y T2 ya no están fijadas en 12 \muA. Si el potencial de \Phi1 decrece con respecto al potencial de \Phi2, la corriente en R10 y T1 aumenta y se vuelve superior a 20 \muA. El transistor T7 se desatura y la base de T3 es alimentada. Entonces T3 conduce y el potencial de S1 es positivo con respecto a la masa. Asimismo, si el potencial de \Phi2 decrece con respecto al potencial de \Phi1, la corriente en T2 sobrepasa 20 \muA y el potencial de S2 se vuelve positivo con respecto a la masa.
La figura 3 representa la variación de tensión en les salidas S1 y S2 cuando el potencial de \Phi2 varia de una manera sinusoidal con respecto a \Phi1. Esto corresponde a la f.e.m. producida por la remanencia del circuito magnético del inductor cuando el alternador se pone en rotación.
El nivel de detección de una diferencia de potenciales entre los bornes \Phi2 y \Phi1 es preferentemente de 200 mV o inferior. Este nivel de detección de 200 mV entre fases permite el auto-arranque del alternador a baja velocidad de rotación (< 1000 vueltas/min) sin corriente de excitación inicial.
Se demuestra que se obtiene una sensibilidad de detección de 200 mV para valores de las resistencias R10 y R11 escogidas igual a 20 K\Omega y valores de resistencias para R21 y R20 iguales a 10 K\Omega.
\newpage
En particular, con detectores de tensión del tipo de los que se acaban de describir, se tiene en el momento de la detección
V_{BE}(T1) = V_{BE}(T9)
y
V_{BE}(T2) = V_{BE}(T10)
donde V_{BE}(T1), V_{BE}(T2), V_{BE}(T9), V_{BE}(T10) son las tensiones de unión emisor-base de T1 y T9 por un lado y T2, T10 por otro lado.
Como las bases de T1 y T9 están unidas, los potenciales de los emisores de T1 y T9 son idénticos en el momento de la detección, ya que en este instante, las corrientes son idénticas (20 \muA) en T1 y T9; T2 y T10 (queda una diferencia residual de 2 a 3 mV: tensión de offset).
Por lo tanto, es posible reducir fuertemente los valores de las resistencias R10, R11, R20 y R21 para reducir fuertemente el nivel de detección. Si se quiere detectar una diferencia de potencial de 50 mV entre \Phi1 y \Phi2, se pueden adoptar los valores siguientes:
R21 = R20 = 2,5 K\Omega
R10 = R11 = 5 K\Omega
Como variante, también, es posible calcular los valores de R10 y de R11 para que los emisores de T9 y de T10 estén conectados directamente respectivamente a \Phi2 y \Phi1.
Para un nivel de detección de 200 mV, se tiene \Phi2 y \Phi1:
R10 = R11 = 10 K\Omega
Para un nivel de detección de 50 mV, se tiene:
R10 = R11 = 2,5 K\Omega
En la práctica, es preferible conservar las resistencias R20 y R21 cuando hay que proteger los transistores T9 y T10 contra las sobretensiones que transitan por las entradas de las fases \Phi1 y \Phi2.
De una manera general y para corrientes de las fuentes determinadas por T7, T5, T6, T8, el nivel de detección depende de la diferencia de valor de las resistencias R10 y R20 por un lado, R11 y R21 por otro lado, es decir:
para un nivel de detección de 200 mV, se obtiene:
R10 - R20 = R11 - R21 = 10 Kr
para un nivel de detección de 50 mV, se obtiene:
R10 - R20 = R11 - R21 = 2,5 Kr
Se constata que el nivel de detección es proporcional a la diferencia de los valores de las resistencias R10 - R20 (cuando el potencial de \Phi1 decrece con respecto al potencial de \Phi2) y que el nivel de detección es proporcional a la diferencia de los valores de las resistencias R11 - R21 (cuando el potencial \Phi2 decrece con respecto al potencial de \Phi1).
La figura 4 representa una variante simplificada de detector de señales de fases cuando únicamente se desea detectar una única alternancia. En este modo de realización, el detector comprende únicamente un espejo de corriente (T1, T9) y una única salida lógica (S1, controlada por el transistor T3). Con este modo de realización, solamente se detecta una diferencia de potencial cuando \Phi1 < \Phi2.
\newpage
Este nivel de detección de una diferencia de potencial entre fases del orden de 50 mV a 200 mV permite el auto-arranque del alternador a baja velocidad de rotación (<1000 vueltas/min) sin corriente de excitación inicial.
Sin embargo, una tal sensibilidad puede provocar un mal acondicionamiento de las señales de las fases en las salidas S1 y S2 cuando el alternador proporciona corriente. En este caso, la f.e.m. entre \Phi1 y \Phi2 ya no es sinusoidal, sino que es, tal como se ilustra la figura 5, rectangular. En particular, cuando los dos diodos de rectificación negativos (unidos a \Phi1 y \Phi2) conducen al mismo tiempo, la diferencia de potencial entre \Phi1 y \Phi2 es teóricamente nula. En la práctica, las dispersiones de los diodos y las variaciones de corriente en estos diodos hacen que sean posibles variaciones de 200 mV entre \Phi1 y \Phi2 en la zona en que la diferencia de potencial entre \Phi1 y \Phi2 es teóricamente nula. Las señales obtenidas en S1 y S2 no corresponden a unas fuentes de conmutación de los diodos, y no es posible medir el periodo de las señales de las fases.
La solución consiste en aumentar el nivel de detección cuando la f.e.m. entre \Phi1 y \Phi2 es elevada, pero manteniéndose inferior a cualquier posibilidad de carga: por ejemplo, el cambio de nivel de detección puede pasar de 50 o 200 mV a 800 mV cuando la f.e.m. entre fases sobrepasa 7 voltios. Esta medida de f.e.m. puede realizarse por el circuito de regulación de la señal de fase ya utilizada en muchos reguladores llamados "multifunción".
El generador de corriente G permite realizar este cambio de nivel de detección. Cuando el regulador detecta una amplitud de las señales entre fases superior a 7 voltios, se vuelve conductor el transistor M1, de manera que la resistencia R4 queda en paralelo con R3. En consecuencia, el aumento de corriente en T11, T5, T6, T7, T8 provoca el aumento del nivel de detección deseado: se obtiene un nivel de detección de 800 mV para unas corrientes de 100 \muA en T11, T7, T5, T6 y T8.
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Referencias citadas en la descripción
Esta lista de referencias citadas por el solicitante está prevista únicamente para ayudar al lector y no forma parte del documento de patente europea. Aunque se ha puesto el máximo cuidado en su realización, no se pueden excluir errores u omisiones y la OEP declina cualquier responsabilidad en este respecto.
Documentos de patente citados en la descripción
\bullet FR 2343255 [0004] [0005] [0008] [0009]
\bullet FR 2730359 [0004] [0005] [0008] [0010]
\bullet FR 2678070 [0004] [0011] [0028] [0029]

Claims (12)

1. Regulador de alternador polifásico de vehículo automóvil que comprende medios para detectar una tensión entre unos bornes de fase destinados a recibir unos potenciales de fase de dicho alternador, caracterizado por el hecho de que dichos medios de detección comprenden al menos un montaje de transistores (T1, T9; T2, T10) que forma espejo de corriente cuyas dos ramas están en un extremo respectivamente unidas a uno y a otro de los dos bornes de fase y son alimentadas en su otro extremo por unos transistores (T6, T7; T5, T8) que forman fuentes de corriente que suministran en dichas ramas unas corrientes de misma intensidad, presentando las dos ramas además unas resistencias de valores diferentes R10, R20; R11, R21, de manera que uno (T7, T8) de los transistores de los montajes que forman fuentes de corriente se limita en un valor de corriente predeterminado (20 \muA) cuando una diferencia de potencial superior a un umbral determinado aparece entre los dos bornes de fase, provocando esta limitación el cambio de nivel de una salida lógica (S1, S2) controlada por el potencial en un punto de dicha rama entre el transistor (T7, T8) que forma una fuente de corriente y el transistor (T1, T2) del montaje que forma espejo de corriente.
2. Regulador según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que comprende dos salidas lógicas y por el hecho de que dichos montajes (T1, T9; T2, T10; T6, T7; T5, T8) de transistores que forman espejo y fuentes de corriente están desdobladas para provocar el cambio de nivel de una u otra de dichas salidas lógicas según el sentido de la diferencia de potencial entre los bornes de fase.
3. Regulador según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por el hecho de que el nivel de detección de la tensión entre fases está ligado a la diferencia de valores de las resistencias (R10 - R20 por un lado, R11 - R21 por otro lado) de los medios de detección.
4. Regulador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que el nivel de detección de la tensión entre fases es proporcional a la diferencia de valor de las resistencias (R10 - R20 por un lado, R11 - R21 por otro lado) de los medios de detección.
5. Regulador según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que los medios de detección comprenden únicamente un espejo de corriente (T1, T9) y una única salida lógica (S1, controlada por el transistor T3) para detectar la f.e.m. entre \Phi1 y \Phi2 solamente en un único sentido.
6. Regulador según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por el hecho de que el nivel de detección que permiten dichos medios es de 200 mV o inferior.
7. Regulador según la reivindicación 6, caracterizado por el hecho de que la resistencia en la rama del montaje que forma espejo de corriente, uno de cuyos potenciales controla la salida lógica, es igual a 20 K\Omega, siendo la resistencia en la otra rama igual a 10 K\Omega.
8. Regulador según la reivindicación 6, caracterizado por el hecho de que la resistencia en la rama del montaje que forma espejo de corriente, uno de cuyos potenciales controla la salida lógica, es igual a 10 K\Omega.
9. Regulador según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por el hecho de que el nivel de detección que permiten los medios de detección es del orden de 50 mV.
10. Regulador según la reivindicación 9, caracterizado por el hecho de que la resistencia en la rama del montaje que forma espejo de corriente, uno de cuyos potenciales controla la salida lógica, es igual a 5 K\Omega, siendo la resistencia en la otra rama igual a 2,5 K\Omega.
11. Regulador según la reivindicación 9, caracterizado por el hecho de que la resistencia en la rama del montaje que forma espejo de corriente, uno de cuyos potenciales controla la salida lógica, es igual a 2,5 K\Omega.
12. Regulador según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por el hecho de que comprende medios (M1, R4) para modificar el nivel de detección de la tensión entre los bornes de fase cuando el potencial recibido en dichos bornes es superior a un valor determinado.
ES98403260T 1997-12-24 1998-12-22 Perfeccionamiento de reguladores de alternadores polifasicos de vehiculos automoviles. Expired - Lifetime ES2311296T3 (es)

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