JP2003111389A - 可変dc電圧を整合させるための方法と同様の変換回路設備 - Google Patents
可変dc電圧を整合させるための方法と同様の変換回路設備Info
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Abstract
中間回路で作る。 【解決手段】 コンバータ回路設備は、駆動回路に可変
DC電圧を整合するためのものであり、駆動信号を作
り、三点DC電圧中間回路(2)を有し、三点DC電圧
中間回路(2)は第1コンデンサ(3)及びそれと直列
に接続される第2コンデンサ(4)により形成され、第
1コンデンサ(3)の一接続部は三点DC電圧中間回路
(2)の上部接続部(5)を形成し、第1コンデンサ
(3)は第2コンデンサ(4)との接合点で中心点接続
部(6)を形成し、第2コンデンサ(4)の一接続部は
三点DC電圧中間回路(2)の下部接続部(7)を形成
する。
Description
ニクスの分野に関し、変換回路設備に基づき、独立請求
項の予め特徴付けられた節にクレームされた可変DC電
圧を整合するための方法に関する。
電源は、例えば、燃料電池の適用により公知であり、燃
料電池は可変DC電圧を有するそのようなDC電源を代
表している。通常、異なるDC電圧レベルのために、そ
のようなDC電源は三点DC電圧中間回路を供給し、第
1コンデンサ及びそれと直列に接続された第2コンデン
サにより形成される。第1コンデンサの一接続部は、さ
らに、三点DC電圧中間回路の上部接続部を形成し、第
2コンデンサの一接続部は三点DC電圧中間回路の下部
接続部を形成する。さらにその上、三点DC電圧中間回
路の中心点接続部は第1コンデンサと第2コンデンサの
接合点に形成される。三点変換回路は、駆動信号を作る
ための駆動回路を有し、通常、三点DC電圧中間回路の
上部接続部、中心接続部及び下部接続部に接続され、三
点変換回路の電力開閉器は駆動信号に基いて駆動され
る。三点変換回路はDC電源からの電力を、例えば、電
気AC電圧供給網に供給させる。
三点変換回路の電力開閉器が、特に電力によって、DC
電源からこの範囲に広範なDC電圧を切換えるように設
計されなければならない。しかし、これはかなりの費用
を発生させ、その場合、設計において十分な電圧の余裕
を供給する考慮もなされなければならない。しかし、そ
のような電圧の余裕は非常に高価な部品によってのみ与
えられるものであり、及び又はこれは高レベルの回路の
複雑さでのみ可能である。DC電源は三点DC電圧中間
回路に直接接続されているので、中間回路電圧は可変D
C電圧と相関され、電気AC電圧供給網への制御電力の
伝達が三点変換回路の電力開閉器を駆動するための高価
で複雑な駆動回路を介してのみ可能となる。
つの目的は、本質的に一定の中間回路電圧が三点DC電
圧中間回路で作成可能であることにより、可変DC電圧
を整合するための変換回路設備を明記することである。
さらなる目的は、本質的に一定の中間回路電圧が特に簡
単な方法で発生されることにより、可変DC電圧を整合
するための方法を明記することである。これらの目的は
請求項1及び9の特徴により達成される。本発明のさら
なる発展は従属項に明記されている。
ための本発明による変換回路設備は、駆動信号を作るた
めの駆動回路と、三点DC電圧中間回路とを有してい
る。三点DC電圧中間回路は、第1コンデンサとそれと
直列に接続される第2コンデンサとにより形成され、第
1コンデンサの一接続部は三点DC電圧中間回路の上部
接続部を形成し、第1コンデンサは第2コンデンサとの
接合点で中心点接続部を形成する。その上さらに、第2
コンデンサの一接続部は三点DC電圧中間回路の下部接
続部を形成する。本発明により、第1の部分変換システ
ム及び第2の部分変換システムが供給され、第1の部分
変換システムの入力側はDC電圧を作るDC電源の第1
極に接続され、第2の部分変換システムの入力側はDC
電源の第2極に接続される。その上さらに、第1の部分
変換システムの第1出力は上部接続部に接続され、第2
の部分変換システムの第1出力は下部接続部に接続され
る。さらに、第1の部分変換システムの第2出力は中心
点接続部を介して第2の部分変換システムの第2出力と
直列に接続される。本発明による変換回路設備は、好都
合にも、DC電圧中間回路の本質的に一定の中間回路電
圧の発生を可能にさせ、第1の部分変換システムは、本
質的に、第1コンデンサを横切る一定の第1中間回路電
圧を作り、第2の部分変換システムは、本質的に、第2
コンデンサを横切る一定の中間回路電圧を作る。したが
って、三点DC電圧中間回路から供給される三点変換回
路のパワーコンデンサは、本質的に一定の中間回路電圧
のために設計されなければならず、大きな電圧の余裕を
供給するように定格出力を下げる必要はなく、したがっ
て、かなりの費用を節約することができる。さらにその
上、電気AC電圧供給網への制御電力の伝達を可能にす
るため、三点変換回路の電力開閉器を駆動するための高
価で複雑な駆動回路の必要性はない。さらに、変換回路
設備は最小数の構成部品でよく、低レベルの回路の複雑
さで作成可能である。その上さらに、本発明による変換
回路設備は、単純な構造及び少数の構成部品のために、
メンテナンス及び修理に好都合であるとみなされる。
による可変DC電圧を整合するための発明による方法に
おいて、第1の部分変換システムは第1の中間回路電圧
が予め決定可能な中間回路電圧の公称値に設定されるよ
うに駆動される。さらにその上、第2の部分変換システ
ムは第2中間回路電圧が予め決定可能な中間回路電圧の
公称値に設定されるように駆動される。部分変換システ
ムを駆動するこの方法は、好都合にも、本質的に一定の
中間回路電圧、特に第1及び第2中間回路電圧を非常に
簡単な方法で作り出す。三点DC電圧中間回路に普通に
接続された三点変換回路は、結果的に好都合にも、複雑
な駆動手順を必要とせず、三点変換回路の電力開閉器の
ため、可変DC電圧のため設計される。その上さらに、
三点DC電圧中間回路は本発明による方法を使用して首
尾よく安定されることができる。
及び特徴は、図面に関連させて、本発明の好適な実施例
の以下の詳細な説明から明らかになるだろう。
ている参照符号は参照符号のリストに要約形式で列挙さ
れている。原則として、同一部品は同一の参照符号及び
数字が付されている。説明した実施例は本発明の主題の
例を示しており、限定する効果を有するものではない。
明による変換回路設備1の第1の実施例を示している。
変換回路設備1は駆動回路28を備え、駆動信号
S11,...S1n;S21,...S2nを作り出し、その
ような駆動回路28の一実施例は図3に示されており、
後述されるだろう。さらにその上、変換回路設備1は三
点DC電圧中間回路2を有し、それは第1コンデンサ3
及びそれと直列に接続された第2コンデンサ4により形
成され、第1コンデンサ3の一接続部は三点DC電圧中
間回路2の上部接続部5を形成する。さらにその上、第
1コンデンサ3は第2コンデンサ4との接続点に中心点
接続部6を形成する。さらに、第2コンデンサ4の一接
続部は三点DC電圧中間回路2の下部接続部7を形成す
る。
分変換システム8と第2の部分変換システム9を備え、
第1の部分変換システム8の入力側はDC電圧を作るD
C電源11の第1極10に接続されている。図1によ
り、第2の部分変換システム9の入力側はDC電源11
の第2極12に接続されている。さらにその上、第1の
部分変換システム8の第1出力13は上部接続部5に接
続され、第2の部分変換システム9の第1出力14は下
部接続部7に接続されている。さらに、本発明により、
第1の部分変換システム8の第2出力15は中心点接続
部6を介して第2の部分変換システム9の第2出力16
と直列に接続されている。第1の部分変換システム8
は、好都合にも、第1コンデンサ3に作られる第1中間
回路電圧UDC 1を設定することを可能にし、第2の部分
変換システム9は、好都合にも、第2コンデンサ4に作
られる中間回路電圧UDC1を本質的に一定値に設定する
ことを可能にし、明瞭のため図1には示されていない
が、2個のコンデンサ3,4を横切る本質的に一定の中
間回路電圧を作ることを可能にするようになっている。
したがって、例として、三点DC電圧中間回路2に接続
される変換回路、特に三点変換回路は、問題なくDC電
源11から整合したDC電圧をさらに処理することがで
き、三点変換回路の特定の設計の必要性もそのような三
点変換回路のための高価で複雑な駆動回路の必要性もな
いようになっている。
ネルギ貯蔵装置17を有し、それはDC電源11と並列
の第1極10及び第2極に接続されている。この容量性
エネルギ貯蔵装置17は、好都合にも、DC電源11か
らの電気エネルギの一時的な貯蔵装置のために使用され
る。容量性エネルギ貯蔵装置17のさらなる利点は調和
的な反応を減少させることである。
に、各部分の変換システム8,9はn=3,4,
5...であるn個の並列接続された分岐対18から形
成され、本発明による変換回路設備1の第1実施例によ
り、図1に示されているように、n=4である。本発明
により、各分岐対18は駆動可能な2個の直列接続され
た電力半導体開閉器19から形成され、各電力半導体開
閉器19は、好都合にも、集積された駆動電極整流サイ
リスタ又は絶縁手段に配置された駆動電極を有するバイ
ポーラトランジスタを備えている。2個の部分変換シス
テム8,9は、上述した方法で中心点接続部6を介して
直列に接続され、好都合にも、各分岐対18の電力半導
体開閉器19の切換え周波数fSに関して第1極10及
び第2極12を介して電流に作られる偶数の高調波振動
のみを発生する。したがって、高調波振動の次数は、 r=2・n・i により与えられ、rは次数、nは各部分の変換システム
8,9の分岐対18の数、i=1,2,3,...であ
る。それから、対応する高調波振動の関連周波数fH,i
は、 fH,i=r・fS により与えられる。
の分岐対18の数nの増加は対応する高調波振動の周波
数fH,iの増加に有利に導き、それはDC電源からの電
流基準値のための特定値に基づいて望ましい。
に、第1の部分変換システム8の各分岐対18は直列接
続の電力半導体開閉器19の接合点に接続された平滑イ
ンダクタンス20を介して第1極10に接続されてい
る。さらにその上、第2の部分変換システム9の各分岐
対18は平滑インダクタンス20を介して第2極12に
接続され、それは直列接続の電力半導体開閉器19の接
合点に接続されている。平滑インダクタンス20は、図
1に示されているように、n=4である各部分の変換シ
ステム8,9に流れるn電流を発生させ、上述した高調
波の振幅が有利に減少することができるようになってい
る。
実施例を示している。この場合には、分岐対18の数は
n=8となるように選択される。好ましくは、中心的接
続部6は、本質的に一定の基準電位、すなわち、接地電
位が中心点接続部6に作られることができるように、接
地されている。そのような接地は、直接、すなわち、固
定して、又は、図2に示されているように接地抵抗を介
して、供給される。図2により、第1の部分変換システ
ム8の分岐対のインダクタンス21は第1の部分変換シ
ステム8の各分岐対18の直列接続の電力半導体開閉器
19に接続され、少なくとも2個の分岐対のインダクタ
ンス21がお互いに接続される。さらにその上、第2の
部分変換システム9の分岐対のインダクタンス21は第
2の部分変換システム9の分岐対18の直列接続された
電力半導体開閉器19の接合点に接続され、少なくとも
2個の分岐対のインダクタンス21はお互いに接続され
る。分岐対のインダクタンス21は、各部分変換システ
ム8,9の分岐対18の間で、n=8の、均等化電流I
11,...I1n;I21,...I2nを平滑にすることが
でき、それは分岐対のインダクタンス21を介してお互
いに接続されている。さらにその上、分岐対のインダク
タンス21は、電力半導体開閉器19、したがって、分
岐対18が理想的な回数で切り換わらない場合に発生す
るn=8の、均等化電流I11,...I1n;
I21,...I2nを制限するために使用される。さらに
その上、第1極10に接続される平滑インダクタンス2
0は、第1の部分変換システム8の相互に接続された分
岐対のインダクタンス21の接合点に接続されている。
第2極12に接続される平滑インダクタンス20は、同
様に、第2の部分変換システム9の相互に接続された分
岐対のインダクタンス21の接合点に同様に接続されて
いる。本発明による変換回路設備1の第2の実施例の平
滑インダクタンス20は、図2に示されているように、
本発明による変換回路設備1の(上述した)第1の実施
例と同一タイプの平滑インダクタンス20であり、図1
に示されているように、図2に示されている平滑インダ
クタンス20が各部分変換システム8,9に流れる電流
を同様に平滑にするようになっている。
の両実施例の平滑インダクタンス20は、図1及び図2
に示されているように、電力半導体開閉器19が処理す
る必要がある電流を減少させるために有利に使用され
る。さらにその上、平滑インダクタンス20はDC電源
11に高調波反応の減少を生じる。
1によって可変DC電圧を整合するための本発明による
方法において、第1の部分変換システム8は図3に示さ
れたような駆動回路28の実施例により駆動され、第1
の中間回路電圧UDC1が予め決定可能な中間回路電圧の
公称値UDCに設定されるようになっている。さらにその
上、本発明により、第2の部分変換システム9は第2中
間回路電圧UDC2が予め決定可能な中間回路電圧の公称
値UDC,nomに設定されるようになっている。この方法で
部分変換システム8,9を駆動することにより、非常に
簡単な方法で本質的に一定の第1及び第2中間回路電圧
UDC1,UDC2を発生させ、明瞭のために図1又は図2に
は示されていないが、2個のコンデンサ3,4を横切っ
て作られる本質的に一定の中間回路電圧が特に簡単な方
法で発生可能なようになっている。さらにその上、その
ため、三点DC電圧空間回路2に普通に接続されている
三点変換回路は、好都合にも、いかなる複雑で高価な駆
動手順をも必要としない。
28は、第1中間回路電圧UDC1及び第2中間回路電圧
UDC2から、式、 に従って中間回路電圧の平均値 のために使用される。これをするため、測定された変数
の形の第1中間回路電圧UDC1と第2中間回路電圧UDC2
への駆動回路28及び第1平均装置22が入力側に供給
される。さらにその上、中間回路電圧の平均値 は第1平均装置22の出力で作られる。中間回路電圧の
平均値 及び中間回路電圧の公称値UDC,nomは、その後、特に比
例積分特性を有する、第1調整器23に供給される中間
回路電圧差信号を形成するために使用される。したがっ
て、第1調整器23は中間回路電圧の公称値UDC,nomで
中間回路電圧の平均値 を安定にするために使用され、したがって、電流公称値
Inomを形成させることとなり、図3に示されているよ
うに、第1調整器23の出力で作られるさらにその上、
電流平均値 は一つの部分変換システム8,9に流れるnの電流
I11,...I1n;I21,...I2nにより形成され、
n=3,4,5、...であり、nは対応する部分変換
システム8,9の並列接続の分岐対18の数に対応す
る。上述したように、図1ではn=4であり、図2では
n=8である。第2平均装置25は図3に示されている
ように、電流平均値 を形成するために供給され、測定された変数の形の電流
I11,...I1n又はI 21,...I2nは入力側に供給
される。さらにその上、電流平均値 及び電流公称値Inomは、図3に示されているように、
特に比例積分特性を有する、第2調整器24に供給され
る電流差信号を形成するために使用される。したがっ
て、第2調整器24は電流公称値Inomで電流平均値 を安定させるために使用され、したがって、図3に示さ
れているように、第2調整器24の出力で、作られる駆
動レベルλを形成させることとなる。
り、駆動レベルλは、第1パルス幅変調器26の第1パ
ルス幅変調によって、第1の部分変換システム8の分岐
対18の数に対応するn個の駆動信号S11,...S1n
を作るために使用される。この方法で作られる駆動信号
S11,...S1nは第1パルス幅変調器26の出力で作
られ、対応する電力半導体開閉器19を駆動するため、
第1の部分変換システム8、特に、第1の部分変換シス
テム8の分岐対18に供給される。さらにその上、駆動
レベルλは、第2パルス幅変調器27の第2パルス幅変
調によって、第2の部分変換システム9の分岐対18の
数に対応するn個の駆動信号S21,...S2nを作るた
めに使用される。図3に示されているように、作られる
駆動信号S 21,...S2nは第2パルス幅変調器27の
出力で作られ、対応する電力半導体開閉器19を駆動す
るため、第2の部分変換システム9、特に、第2の部分
変化システム9の分岐対18に供給される。
の上述した方法は、好都合にも、部分変換システム8,
9の駆動により非常に簡単な方法で作られる本質的に一
定の第1及び第2中間回路電圧UDC1,UDC2を発生さ
せ、その場合、中間回路電圧の公称値UDC,nomでの中間
回路電圧の平均値 の安定化及び電流公称値Inomの電流平均値 の安定化がさらに三点DC電圧中間回路2、特に2つの
中間回路電圧UDC1,UD C2を安定させることができる。
さらに、出力側に直列に接続された2つの部分変換シス
テム8,9及び平滑インダクタンス20に関連したそれ
らの駆動は、好都合にも、出力13,14,15,16
で作られる非常に小さい出力リップル電流だけとなり、
したがって、実質的には、三点DC電圧中間回路2に負
荷を作らない。
1は、最小数の構成部品を要し、したがって、容易に作
成でき、高価なメンテナンス及び修理を減少させること
ができるので、著しい費用効率のよい解決法を示してい
る。さらにその上、可変DC電圧を整合するための本発
明による方法は、非常に簡単で有効な方法でDC電圧中
間回路2に本質的に一定の中間回路電圧を作る能力を提
供する。
ている。
ている。
を示している。
Claims (12)
- 【請求項1】 可変DC電圧を駆動回路(28)に整合
し、駆動信号(S11,...S1n;S21,...S2n)
を作り、第1コンデンサ(3)及びそれと直列に接続さ
れる第2コンデンサ(4)により形成される三点DC電
圧中間回路(2)を有し、前記第1コンデンサ(3)の
一接続部は三点DC電圧中間回路(2)の上部接続部
(5)を形成し、前記第1コンデンサ(3)は前記第2
コンデンサ(4)との接合点で中心点接続部(6)を形
成し、前記第2コンデンサ(4)の一接続部は三点DC
電圧中間回路(2)の下部接続部(7)を形成する変換
回路設備であって、 第1の部分変換システム(8)及び第2の部分変換シス
テム(9)が供給され、前記第1の部分変換システム
(8)の入力側は前記DC電圧を作り出すDC電源(1
1)の第1極(10)に接続され、前記第2の部分変換
システム(9)の入力側は前記DC電源(11)の第2
極(12)に接続されていること、 前記第1の部分変換システム(8)の第1出力(13)
は前記上部接続部(5)に接続され、前記第2の部分変
換システム(9)の第1出力(14)は前記下部接続部
(7)に接続されていること、及び、 前記第1の部分変換システム(8)の第2出力(15)
は前記中心点接続部(6)を介して前記第2の部分変換
システム(9)の第2出力(16)と直列に接続されて
いること、を特徴とする変換回路設備。 - 【請求項2】 容量性エネルギ貯蔵装置(17)は前記
第1極(10)及び前記第2極(12)に、前記DC電
源(11)と並列に接続されている請求項1に記載の変
換回路設備。 - 【請求項3】 前記中心点接続部(6)は接地されてい
ることを特徴とする請求項1に記載の変換回路設備。 - 【請求項4】 各部分の変換システム(8,9)は、n
=3,4,5,...であるn個の並列に接続された分
岐対(18)から形成されていること、及び、各分岐対
(18)は、駆動可能で直列に接続される二つの電力半
導体開閉器(19)から形成されていることを特徴とす
る請求項1に記載の変換回路設備。 - 【請求項5】 各電力半導体開閉器(19)は集積され
た駆動電極整流サイリスタ又は絶縁手段に配置された駆
動電極を有するバイポーラトランジスタを有しているこ
とを特徴とする請求項4に記載の変換回路設備。 - 【請求項6】 前記第1の部分変換システム(8)の各
分岐対(18)は前記直列接続の電力半導体開閉器(1
9)の接合点に接続された平滑インダクタンス(20)
を介して前記第1極(10)に接続されていること、及
び、 前記第2の部分変換システム(9)の各分岐対(18)
は前記直列接続の電力半導体開閉器(19)の接合点に
接続された平滑インダクタンス(20)を介して前記第
2極(12)に接続されていることを特徴とする請求項
4に記載の変換回路設備。 - 【請求項7】 前記第1の部分変換システム(8)の分
岐対のインダクタンス(21)は前記第1の部分変換シ
ステム(8)の前記分岐対(18)の直列接続の電力半
導体開閉器(19)の接合点に接続され、少なくとも2
個の分岐対のインダクタンス(21)がお互いに接続さ
れていること、及び、 前記第2の部分変換システム(9)の分岐対のインダク
タンス(21)が前記第2の部分変換システム(9)の
前記分岐対(18)の直列接続の電力半導体開閉器(1
9)の接合点に接続され、少なくとも2個の分岐対のイ
ンダクタンス(21)がお互いに接続されていることを
特徴とする請求項4に記載の変換回路設備。 - 【請求項8】 平滑インダクタンス(20)は、前記第
1極(10)に接続され、前記第1の部分変換システム
(8)の相互に接続された分岐対のインダクタンス(2
1)の接合点に接続されていること、及び、 平滑インダクタンス(20)は、前記第2極(12)に
接続され、前記第2の部分変換システム(9)の相互に
接続された分岐対のインダクタンス(21)の接合点に
接続されていることを特徴とする請求項7に記載の変換
回路設備。 - 【請求項9】 変換回路設備(1)は三点DC電圧中間
回路(2)を有し、駆動回路(28)からの駆動信号
(S11,...S1n;S21,...S2n)に基づいて駆
動され、三点DC電圧中間回路(2)は第1コンデンサ
(3)及びそれと直列に接続される第2コンデンサ
(4)により形成され、前記第1コンデンサ(3)の一
接続部は前記三点DC電圧中間回路(2)の上部接続部
(5)を形成し、前記第1コンデンサ(3)は前記第2
コンデンサ(4)との接合点で中心点接続部(6)を形
成し、前記第2コンデンサ(4)の一接続部は前記三点
DC電圧中間回路(2)の下部接続部(7)を形成する
可変DC電圧を整合する方法であって、 前記変換回路設備(1)の第1の部分変換システム
(8)は、前記DC電圧を作り出すDC電源(11)の
第1極(10)に入力側で接続され、その第1出力(1
3)は前記上部接続部(5)に接続され、その第2出力
(15)は前記中心点接続部(6)に接続され、前記上
部接続部(5)と前記中心点接続部(6)の間に作られ
る第1中間回路電圧(UDC1)が予め決定可能な中間回
路電圧の公称値(UDC,nom)に供給されるような方法で
駆動されること、及び、前記変換回路設備(1)の第2
の部分変換システム(9)は、前記DC電源(11)の
第2極(12)に入力側で接続され、その第1出力(1
4)は前記下部接続部(7)に接続され、その第2出力
(16)は前記中心点接続部(6)を介して前記第1の
部分変換システム(8)の第2出力(15)と直列に接
続され、前記下部接続部(7)と前記中心点接続部
(6)の間に作られる第2中間回路電圧(UDC2)が予
め決定可能な中間回路電圧の公称値(UDC,nom)に設定
されるように駆動されることを特徴とする方法。 - 【請求項10】 中間回路電圧の平均値 は前記第1中間回路電圧(UDC1)及び前記第2中間回
路電圧(UDC2)から形成されること、及び、 電流の公称値(Inom)は前記中間回路電圧の公称値
(UDC,nom)で前記中間回路電圧の平均値 を安定させることにより形成されることを特徴とする請
求項9に記載の方法。 - 【請求項11】 電流平均値 は一つの部分変換システム(8,9)に流れるn電流
(I11,...I1n;I21,...I2n)から形成さ
れ、n=3,4,5,...であり、nは対応する部分
変換システム(8,9)の並列に接続された分岐対(1
8)の数に対応し、各分岐対(18)は駆動可能な2個
の直列接続の電力半導体開閉器(19)から形成される
こと、及び、駆動レベル(λ)は前記電流の公称値(I
nom)で電流平均値 を安定させることにより形成されることを特徴とする請
求項10に記載の方法。 - 【請求項12】 前記第1の部分変換システム(8)の
分岐対(18)の数に対応するn個の駆動信号
(S11,...S1n)は、第1パルス幅変調器(26)
の第1パルス幅変調による前記駆動レベル(λ)から作
られていること、及び、前記第2の部分変換システム
(9)の分岐対(18)の数に対応するn個の駆動信号
(S21,...S2n)は、第2パルス幅変調器(27)
の第2パルス幅変調によって前記駆動レベル(λ)から
作られていることを特徴とする請求項11に記載の方
法。
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