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湖 南 工 學(xué) 院電 力電 子技術(shù)課 程 設(shè) 計(jì)與信息工程系專業(yè)班級(jí)0505姓胡功偉學(xué)號(hào)401050517指導(dǎo)教師肖文英老師同組人員胡功偉 魯浪 吳海平 馬泓龍 劉小軍單結(jié)晶體管觸發(fā)的單相晶閘管全控整流電路單結(jié)晶體管觸發(fā)的單相晶閘管全控整流電路PAGE10PAGE100505401050517設(shè)計(jì)時(shí)間:2007 年 6 月前言 電力電子技術(shù)無論對(duì)改造傳統(tǒng)工業(yè)(電力、機(jī)械、礦冶、交通、化工、輕紡等),還是對(duì)新建高技術(shù)產(chǎn)業(yè)(航天、激光、通信、機(jī)器人等)和高效利用能源均至關(guān)重要。我國(guó)目前仍舊是一個(gè)發(fā)展中的國(guó)家,尚處于前工業(yè)化階段,傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)仍然是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的主力軍,因此在近期或在較長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi),傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的改造和發(fā)展將在很大程度上決定著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。而電力、機(jī)械、冶金、石、化工、交通是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的重要產(chǎn)業(yè)技術(shù)的高關(guān)我國(guó)工業(yè)的。無,電力電子技術(shù)是高產(chǎn)業(yè)技術(shù)的重要段,是對(duì)我國(guó)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)技術(shù)改造、建化工業(yè)體的關(guān)用技術(shù)。工業(yè)電電源,中電源交流電源、通電源關(guān)電源。.、計(jì)機(jī)和化、工業(yè)和、新型、工業(yè)程控機(jī)、器中均用。而大功流電源交流電源工業(yè)中重要的。大功流電源包電、電、電用的流電源等。電機(jī)傳、工業(yè)電電源、電力電和大的電力電子統(tǒng)的主要論是電力電子學(xué),和相關(guān)的學(xué)相關(guān),論(體、電學(xué)、電路論、力學(xué)、光學(xué)、化學(xué))論(電力統(tǒng)、論、電機(jī)學(xué)電力傳、通信論、信、電子學(xué)、電子學(xué)、金學(xué))技術(shù)(、造、體電路造、電電、計(jì)機(jī)和設(shè)計(jì))等。因此電力電子技術(shù)是的交,要我國(guó)目前電力電子技術(shù)用的,一大對(duì)電力電子技術(shù)度和對(duì)電力電子技術(shù)用的目管,效對(duì)國(guó)學(xué)術(shù)交流的。是;高國(guó)內(nèi)電力電子業(yè)的技術(shù)時(shí)結(jié)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重大工程目,電力電子技術(shù)業(yè)、的對(duì)鍵技術(shù)和工程技術(shù)的關(guān),”(,,用電,機(jī)電,電等)論用的效,一用國(guó)產(chǎn)電力電子產(chǎn)政,我國(guó)的大的電力電子產(chǎn)業(yè),人大。11 ——————————————————————————212 要求——————————————————————————213 內(nèi)容——————————————————————————214——————————————————————————2二內(nèi)容21 論證與選擇——————————————————————3211方案論證—————————————————————322 ————————————————————————51 —5222 —3方案說明————————————————————————7三31 732 73.3分類———————————————————————133.4133.5143.6雙窄脈沖形成環(huán)節(jié)—————————————————————143.7同步變壓器————————————————————————15四保護(hù)4.1164.2壓保護(hù)————————————————————————17六參數(shù)——————————————————————22、從事技術(shù)之前技能訓(xùn)練對(duì)職能培養(yǎng)和技能訓(xùn)練具有當(dāng)重要意義。主要于:1進(jìn)步掌握組成、構(gòu)、原理;2重點(diǎn)理解移能、構(gòu)、原理;3理解同步變壓器能。要求:1根據(jù)題正確選擇形式;2繪制完原理圖(包括主要制部分);3和能部原理、器;4制和意事;形式選擇:。1主2框圖3框圖4分為半波波和橋式它們所連接性質(zhì)不同就會(huì)有不同特點(diǎn)。橋式應(yīng)廣泛只四只阻感投資比較少交源正半周都有輸出壓波形脈次多于半波。變壓器組正形對(duì)直分變壓器直磁問題變壓器繞組利率高。橋式橋與半波:a移等均為0 ~180 。輸出壓平均Ud半波2倍。同率下平均減小。率因提高了1.414。橋式與波:題1橋式器、:橋式接阻;要求輸出壓連續(xù)調(diào);輸出20A以上;220V變壓器壓1.42、要求:?jiǎn)谓Y(jié)晶體管觸發(fā)的單相晶閘管全控整流電路單結(jié)晶體管觸發(fā)的單相晶閘管全控整流電路(1)根據(jù)課題正確選擇電路形式;(2)繪制完整電氣原理圖(包括主要電氣控制部分);(3)詳細(xì)介紹整體電路和各功能部件工作原理并計(jì)算各元、器件值;(4)編制使用說明書,介紹適用范圍和使用注意事項(xiàng);說明:負(fù)載形式及參數(shù)可自行選擇(例如:輸入的為市電,即相電壓為 V,輸出電壓在0L—V可調(diào),負(fù)載 R5Ω)L第二章 設(shè)計(jì)內(nèi)容 2、1 方案的論證與選擇 2.1.1主電路的方案論證:我們知道,單相整流器的電路形式是各種各樣的,整流的結(jié)構(gòu)也是比較多的。因在設(shè)計(jì)我們主要種方案::?jiǎn)蜗嗫卣麟娐冯娐穲D如:行控制,相全控控制器件,用二如流二管,180°或出發(fā)脈沖丟失時(shí),由電感儲(chǔ)能經(jīng)變次繞組釋放只消阻上會(huì)生通兩輪
U 為正,即為正d定波時(shí)波失所必須免發(fā)生失控現(xiàn)象。:?jiǎn)蜗嗍饺卣麟娐冯娐穲D如:?jiǎn)谓Y(jié)晶體管觸發(fā)的單相晶閘管全控整流電路單結(jié)晶體管觸發(fā)的單相晶閘管全控整流電路此電路對(duì)每個(gè)導(dǎo)電回路進(jìn)行控制,無須用續(xù)流二極管,也不會(huì)失控現(xiàn)象,負(fù)載形式多樣,整流效果好,波形平穩(wěn),應(yīng)用廣泛。變壓器二次繞組中,正負(fù)兩個(gè)半周電流方向相反且波形對(duì)稱,平均值為零,即直流分量為零,不存在變壓器直流磁化問題,變壓器的利用率也高。方案三:?jiǎn)蜗喟氩煽卣麟娐罚弘娐泛?jiǎn)圖如下:此電路只需要一個(gè)可控器件,電路比較簡(jiǎn)單,VTa移相范圍為180,需大鐵,大的量。應(yīng)用此電路。:?jiǎn)蜗嗳煽卣麟娐罚弘娐泛?jiǎn)圖如下:此電路變壓器中的,結(jié)比較,只要用 2個(gè)可控器件,單相全波只用 個(gè)晶閘管,比單相全控2個(gè),此一個(gè)管壓,相應(yīng),極動(dòng)電路也2個(gè),但晶閘管的大電壓?jiǎn)蜗嗳氐?2。不存在直流磁化的問題,用輸出壓的用。但繞組鐵對(duì)、鐵等材料的消耗比單相全控多,在當(dāng)今世界有色金屬有限的情況下,這不利的,所以我們也放棄這個(gè)方案。優(yōu)點(diǎn)線、調(diào)便弱點(diǎn)沖大電負(fù)載,且整流變壓器二次繞組中存在直流分量,使鐵磁化,變壓器不而具有小數(shù)沒有優(yōu)點(diǎn)其2同過減?。灰驍?shù)提高一半。綜所述針?biāo)麄儍?yōu)缺點(diǎn)我們采(阻感性負(fù)載)。22 路2a)2 uα 2 4 d Tuu電存使不能突變對(duì)4 d 平波用很大id 連續(xù)且波形近似一水平線其波形2b所2 u 過零變時(shí)由用VT和VT4 中仍過id 并不關(guān)斷至2 π+α 時(shí)刻給 VT2 和 VT3 加脈沖因VT2和VT3本承受壓故兩導(dǎo)通VT2
通過
和 VT3 分別2向 VT1 和 VT4 施加反壓使VT1 和VT4 斷過 VT1 和 VT4 2到 VT2 和 VT3 亦稱換至下一重復(fù)上述過程此循環(huán)下去。ud波形2(b)其平均值為α0Ud00.9U2。α90o時(shí),Ud0。α移90o。承受最大正反向壓均為。橋式帶阻感負(fù)載時(shí),VT1、VT4承受最大正反向壓均為。θα180o,其2和i2180oαI2=Id。222原理圖分析:在橋式中,VT1和VT4組成一對(duì)橋臂,VT2和VT3組成另一在U2若4,U 和VT4d串聯(lián)承受U2角αVT1VT4加VT4從源a端經(jīng)VT1、RVT4回源b端。u2過零時(shí),經(jīng)也降到零,VT1VT4關(guān)斷。在u2負(fù)半周,仍在角α 處VT2和VT3,VT2和VT3導(dǎo)通,從源b端出,經(jīng)VT3R、VT2回源a端。到u2過零時(shí),又降為零,VT2和VT3關(guān)斷。此后又是VT1和VT4導(dǎo)通,如此循環(huán)作下去,承受最大正向壓和反向
U 和 。222 222由于在交源正負(fù)半周都有輸出過負(fù)載,故該為波。在U 一2個(gè)周期內(nèi),2次,脈動(dòng)次數(shù)多于半波,該屬于雙脈波。變壓器二次繞組中,正負(fù)兩個(gè)半周方向反且波形對(duì)稱,平均值為零,即直分量2.2所示,不存在變壓器直磁化問題,變壓器繞組利用率也高。壓平均值為Uo
1
U
2t)=
U21cos
1cosU22 2 2 2 222α=0時(shí),Ud
U 。α=1800時(shí),Ud0 2
0??梢?,α角移1800。向負(fù)載輸出直平均值為dI =U 2d
1cos2
=0.9
11cosd R 2
2R 2VT1VT4VT2VT3輪導(dǎo),過平均值只有輸出直平均值一半,即I 1I
U0.45
1cosdVT 2 d R 2為選擇、變壓器容量、導(dǎo)線截面積等定額,需考慮熱問題,為此需計(jì)算有效值。過有效值為12122Usin t22Rd( )U2R21sin2aaVT變壓器二次有效值I 與輸出直有效值I等,為U1R U1R 22aI I
n
d1 22 π R 1 22.3方案說明
I 2VT2
I不考慮變壓器損耗時(shí),要求變壓器SUI22可分為半波、波和橋式可,它們所連接負(fù)載性質(zhì)不同就會(huì)有不同特點(diǎn)。橋式應(yīng)用廣泛,只用四只,一個(gè)阻,一個(gè)感,投資比較少,在交負(fù)半有輸出壓波次半波。變壓器次,負(fù)個(gè)半方向波,直分量為,不在變壓器直問題,變壓器用。橋式橋與半波比較:移范圍等,均為0 180 。輸出Ud半波2倍。同負(fù)載下,過平均減小一半。因提了1.414倍。橋式與波比較:式其輸出平均壓半波2倍。在同負(fù)載下過平均減小一半。因提了一半。311、利用(又稱雙基級(jí)二極)RC充放特性,可組成頻率可調(diào)自激振蕩3-1圖中V6,其常用BT33BT35阻V5C1組成RC回,由C1-V6-脈沖變壓器組成容放回RP1V5等效阻圖3-1原理圖作原理簡(jiǎn)述如下:60VVD1V1、V2進(jìn)行削從而得到梯形其過零點(diǎn)與源過零點(diǎn)梯形通過R7阻向容C1充當(dāng)充達(dá)到峰值UP時(shí)V6導(dǎo),1v使61,容16可C1調(diào)節(jié)RP1可實(shí)現(xiàn)脈沖圖3-2圖3-2各點(diǎn)形2、移移移、脈沖放等節(jié)其原如圖3-3。圖3-3移原圖。V1移節(jié)在V1Tbt1調(diào)節(jié)t2調(diào)節(jié)b。調(diào)節(jié)RP1RP2可V1時(shí)從而制角置。脈沖形形環(huán)233C4、。當(dāng)16供給239、T1、VD6、至當(dāng)1123。由于設(shè)置了C4、使322P、3當(dāng)2升0.7VV2V3變?yōu)榻刂?。V2位上升0.7V時(shí)間由其充放時(shí)間常數(shù)所決定RP3阻值就改變了其時(shí)間常數(shù)也就改變了輸出寬度。正弦波同步壓波3-4。位器RP1、RP2、RP3上同步變壓器所上。3-4壓波形3曲線射與 EB間壓關(guān)系曲線稱為伏性曲線性曲線的35方框等效。圖35 單結(jié)晶體管特性曲線的測(cè)試單結(jié)晶體管的伏安特性曲線,如圖 3.5所示,可分成 3個(gè)區(qū)域:()截止區(qū):當(dāng)電壓 )時(shí),二極管 D處于反向偏置,電流 E 很小,故稱這段區(qū)域?yàn)榻刂箙^(qū)。(2)負(fù)阻區(qū):當(dāng) 增加到 N結(jié)開始導(dǎo)通的峰點(diǎn)電壓 U二極管 二極管 D導(dǎo)通。此時(shí),空穴濃度很高的 P區(qū)向電子濃度很低的 N型基區(qū)注入大量空穴
時(shí),即載流子,使 RB1
減小,由式(32)可知,UA
下降,iE
增大。而UA
的降低,又使 結(jié)正偏增加,i的增大使 RE
進(jìn)一步減小直至V點(diǎn),形成正反饋,即出現(xiàn)了如 段所示特性。由于動(dòng)態(tài)電阻 為負(fù)值,故 段稱為負(fù)阻區(qū)。V點(diǎn)電壓 UV
稱谷點(diǎn)電壓,電流 IV
稱為谷點(diǎn)電流。(3)飽和區(qū):達(dá)到 V點(diǎn)以后,當(dāng) iE
增加時(shí),也有所增加。這由于 P區(qū)到 N區(qū)的空穴濃度達(dá)到飽和度,RB1
減小,正阻特性。所以V點(diǎn)以后的區(qū)域稱為飽和區(qū)。、單結(jié)晶體管振蕩電路1、如下圖所示,它能產(chǎn)生一系列脈沖,用來觸發(fā)晶閘管。(a)圖 (b)波形圖(3.6)單結(jié)管振蕩電路及波形SR1R2RPC時(shí),單結(jié)管截止,R1達(dá)到峰點(diǎn)電UPEB1RB1RB1R1放電,由、R1R1UVEB1下降到零,完成一次振蕩。當(dāng)EB1CR1上得到一個(gè)周期性尖脈沖輸出電壓,如圖所示。上述電路的工作過程是單結(jié)管阻性RC充放電=C需要特別說明是:實(shí)用中必須解決與主同步問題否則會(huì)產(chǎn)生失現(xiàn)象。用振蕩TS稱同步變壓器初級(jí)接主源。、分類是(Thyristor)簡(jiǎn)稱谷稱可硅它是一種率開關(guān)型半導(dǎo)體器件在中用文字符號(hào)為“V”、“VT”示中用字“SCR”示??囟喾桨磾喾绞椒绞诫p向極斷O、G溫和光等多按引腳和按引腳和二三和四。按封裝形式按封裝形式金屬封裝塑封和陶瓷封裝三金屬封裝螺栓形平板形圓殼形等多塑封帶散熱片和不帶散熱片兩按容量按容量和三多采金屬殼封裝而多采塑封或陶瓷封裝。按斷速度按斷速度普和快速。34、同步環(huán)節(jié)同步是要率與主源率同關(guān)波是開關(guān)T2來T2由截止期鋸齒T2截止?fàn)顟B(tài)持續(xù)就鋸齒的寬度T2就鋸齒環(huán)節(jié)由TB和體管T2組成。同步變壓器和整流變壓器接在同一電源上,用同步變壓器的二次電壓來控制它的通、斷作用,這就保證了觸發(fā)脈沖與主電路電源同步。其接線圖如下圖所示:同步變壓器TB二次電壓U 經(jīng)二極管D1間接加在T2的基極上。當(dāng)二次電壓波形在負(fù)bt半周的下降段時(shí),D1C1O點(diǎn)接地為零電位,R點(diǎn)為負(fù)電位,QRT2電源通過R1給電容C1反向充電,U 為電容反向充電波形,其上升速度比uTB波形慢,故qD1Q1.4V1.4VTB二次電壓的下重新導(dǎo)通,C1截止,如此周而復(fù)始。在一包截止與導(dǎo)通個(gè),波波形一個(gè)周期,與主電路電源和相位全同步,達(dá)到同步的的。35、脈沖形成T4、T5組成脈沖形成,T7、T8組成脈沖放電路??刂齐妷篣c0T4基極上。Uc0=0時(shí),T4截止,T5和導(dǎo)通,T7、T8截止TP二次脈沖輸C3充電,充后電容2U。當(dāng)Uc00.7V時(shí),4A點(diǎn)電位由+15V1.0VC3的電壓基極電位迅速降5V電壓+2.18PN結(jié)正向壓降和,T7T8TPC3經(jīng)+15VD4、T4放電和反向充電,T%ub5>-Uc,T5又重新導(dǎo)通,T7、T8截止,脈沖T4導(dǎo)通時(shí)度與反向充電路時(shí)間。36、脈沖形成脈沖的,一個(gè)觸發(fā)電路個(gè)周期內(nèi)一個(gè)脈沖,脈沖輸電路同時(shí)觸發(fā)個(gè)的晶閘管,這為脈沖觸發(fā)。一個(gè)觸發(fā)電路在一個(gè)周期內(nèi)個(gè)相65656856有T7T8T5T6U c04586°二滯后60°位后T6T8又導(dǎo)二次因現(xiàn)得到間60°D4和R17和作防互干擾連接框圖如圖示。在三橋器件次序1→2→3→→5→60。X端給鄰Y端補(bǔ)3.7同步壓器在裝置送到各與陽極壓之間必須保持正確關(guān)系才能保證裝置正常作在陽極壓正區(qū)間現(xiàn)才能被鋸齒波同步刻必須根據(jù)被陽極壓位在需刻過同步壓器壓位與壓保持了正確位關(guān)系從而開刻得到壓U 根據(jù)同步壓器接線圖如圖示。d:;。(4是最簡(jiǎn)元,但最普通熔斷由于熔斷特性不合適,很可能在燒壞后熔斷還沒有熔斷,快速熔0505401050517050540105051717PAGE20PAGE2005054010505174 I kx1.57I ITαkx kI kITαI =2ATα以 1.57I=1.57×2A=3.14ATα斷器RS3六個(gè)。保護(hù)::其外主要雷擊系統(tǒng)操程等外部原,內(nèi)主要自力子裝置內(nèi)部器件開關(guān)程了保護(hù)個(gè),我們這里采RC保護(hù).如我們根據(jù)資料書上資料我們采阻保護(hù)器兩RC阻部分LC。SUC 6i 0SU0 0 22
R USUS22U%i %KS 器)U 器)2I %:器磁百分值0U %:器短百分k0KA里面i0面U 0 k面C位μ位歐姆C交耐eU 阻兩交e5.11.U2U2=(Udma+RidnUvT)/(COmin-CUkI/IN)51。2 2U21.1.Udmax/A 52.51IdRnUvTA=0UdU2A=2.3。CC=0.5。0.9。minmin=335。Uk1060WUk0.0。R=3UvT=1n=2,I2/I2n=1,Udmax=UN=220V,A=2.34,C=0.5,Uk=0.0551U2220+×1/2.3×0.0.866-0.×0.0×1=125V實(shí)U2=140V。I2I1有2 5)1×K 16K5d,進(jìn)而I2=Id/1.22=305/1.22=250A.知。54A。容量1××1 5)2×2×2 2))m1,m2分別是565有S1=3×220×158.5≈105KVAS2=3×140×250=105KVAS=105KVA從上述:表5.1 參數(shù)線 容
AVAVA)3 DYa11 105 220 92 140 250.I=52×b×d 5—8)TNKfb系Kfb=0.3685—8得,I4TN取I=300A _TN.U=23×√67TN所以有KP300-10D??蛊鬟x擇抗器主要有過抗器和抗器感量。前者一般是已知,因此抗器主要是感量。限制輸出脈動(dòng)感量LmLm=(Udm/U2×1000/πf×U2/SiId(mH) 式U2源壓有效值;fd最低斜波頻率,和主有關(guān),對(duì)于三相300;Udm壓幅值;Si。Si0.1,U2=220V。得:8×0×/2×4×0×1×56H)使輸出連續(xù)臨界Lll×5—0)K1有關(guān)系,對(duì)于三K10.693;U2壓。n%d%。50:3×/1×5動(dòng)機(jī)LLD B動(dòng)機(jī)LD
可按下式LK×U/d×0H5—1)D D DU動(dòng)機(jī)壓;Id動(dòng)機(jī);Dn動(dòng)機(jī)動(dòng)機(jī)磁極對(duì)D1210;P2。
K8~D5—1L0×0×/2×2×5×08H)DLB
L
Kk×d 5—2)B B其中KB壓
路在此K取3.9,Uk=0.05。B52:L9×5×5 H)B3LL2×8H)B D
-L)=3.18-2×0.0895-1.8=1.2(mH)B D取較大者,做為串入抗器1.2mH。5.2.保護(hù)參數(shù)計(jì)算過壓保護(hù)對(duì)于過壓保護(hù)包括交側(cè)、直1.交側(cè)保護(hù)源變壓器初級(jí)側(cè)突然拉,使變壓器勵(lì)磁突然切斷,鐵心中磁通φ在短時(shí)間內(nèi)變化很大,因而在變壓器次級(jí)應(yīng)很高瞬時(shí)過壓,這種過壓可用阻容保護(hù)。由于容兩端壓不能突變,可以限制變壓器次級(jí)壓變化率,因而限制了瞬時(shí)壓上升水平。容器把變壓器鐵心磁能轉(zhuǎn)化成容能。串聯(lián)阻可以消耗部能,并可LC。<1次側(cè)阻容變壓器平容S=1/3S=35KV。阻容可用計(jì)算6i%S/U2(v) 51)0 22.3U2Uk%/i%/S 51)2 0中 變壓器平計(jì)算容V)U變壓器次級(jí)壓V)i變壓器勵(lì)磁11000KVA變壓器,對(duì)應(yīng)i%=14;0 0Uk變壓器短11000KVA變壓器,對(duì)應(yīng)Uk%=1。在i5,Uk%=5。0入51)由51)
C6×5×3×13/382=7.3(vF)1R2.3×382/(3×13)=9.4Ω1取C=10vF, R=1。C1壓1.5UUc=380VCU阻容兩端在正常作時(shí)交壓。CI2πfU1-=1.19。C所以C1壓1.5U=1.×380=570VC阻P4)I≠R=×1.12×10=56.6ωR∴次側(cè)阻容10vF,650V,3支,繞線110ω3支。<2二次側(cè)阻容因?yàn)槿蝹?cè)Y接,阻容接法Δ接法。所以C1/(6i%S/U2) (v)51)2 0 2R3×2.3U2(Uk%/i%)/S 51)2 2 0入51)入51)
C1/×6×5×3×13/142=17.8(v)2R3×2.3U2×1/3×13=3.86Ω2 2C0FR42 21.5Uc=1.5×√3×140=364VIc≥2πfU×10-6=2×3.14×√3×140×10-6=1.52ACPR4×4×1.522=37ω。2容:fV40ω3。<3敏阻保護(hù)敏阻是一種非線性阻具有正反向同且很陡伏安特性抑制過能力強(qiáng)反應(yīng)。U≥ε/8~95—7)1MA: 1.08~1.10;8~9U1MA。57
101mA
U
=419~472V13 3VA。為變側(cè)過快速突過變器中能釋放過雖交側(cè)過保護(hù)抑制過過變器能要種過仍通過導(dǎo)通反映到側(cè)。采用敏阻保護(hù)有MY3—440/3 3支額定440容3K。元件保護(hù)Cp=1vF,Rp=ΩCp≥1.~1.U=37~514V1MA阻Rp率1.75fCpU121-6 式5—1)式中: ——為頻50HZ式:Rp率≥1.7×5×6×1402×1-6=1ω選油錦1vF,630V
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