FR2756678A1 - Generateur d'arc electrique a onduleur et a alimentation triphasee - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un générateur d'arc électrique à onduleur et à alimentation triphasée. Il comporte trois onduleurs (16A, 16B, 16C) et, pour chaque onduleur, un circuit propre (14A,14B, 14C) de redressement de la tension d'alimentation de l'onduleur (16A, 16B, 16C). Chaque circuit de redressement (14A, 14B, 14C) est alimenté par une phase distincte (12A, 12B, 12C) d'un réseau d'alimentation triphasée. Les sorties (34A, 34B, 34C; 38A, 38B, 38C) des onduleurs sont combinées pour délivrer simultanément à une sortie (22) du générateur une puissance électrique adaptée pour l'alimentation d'un organe (24) générateur d'un arc électrique. Il comporte en outre des moyens de commutation (18) assurant sélectivement la connexion des trois circuits de redressement (14A, 14B, 14C) au réseau d'alimentation triphasée suivant un agencement en étoile ou en triangle. Application aux générateurs de soudage ou coupage à arc électrique.
Description
La présente invention concerne un générateur d'arc électrique du type à alimentation triphasée et comportant un onduleur relié à une sortie d'alimentation d'un organe générateur d'arc électrique.
L'invention s'applique en particulier aux générateurs de soudage à arc électrique ou aux générateurs de coupage.
Les générateurs d'arc électrique du type précité connus comportent un onduleur interposé entre le réseau d'alimentation triphasé et un dispositif destiné à la production de l'arc. L'onduleur est alimenté depuis le réseau triphasé par un dispositif de redressement de la tension d'alimentation. Ce dispositif de redressement est notamment adapté pour permettre l'alimentation de l'onduleur sous une tension continue produite à partir du réseau d'alimentation triphasée.
Ainsi, les générateurs d'arc électrique connus comportent un unique onduleur et un unique dispositif de redressement. Ces générateurs sont mal adaptés à une alimentation en multitensions (par exemple 230 V/400 V) depuis le réseau d'alimentation triphasée. En effet, une telle alimentation impose un large surdimensionnement de tous les composants entrant dans la composition du dispositif de redressement et de l'onduleur. Ceci augmente le coût et l'encombrement des générateurs.
On connaît également des générateurs d'arc électrique comportant un unique dispositif de redressement à la sortie duquel sont connectés deux onduleurs.
Cette connexion peut être effectuée en série ou en parallèle. Dans ce type d'agencement, un surdimensionnement des onduleurs est également nécessaire. De plus, dans le cas d'une connexion en série, les circuits de commande des deux onduleurs doivent permettre d'assurer une répartition équilibrée des tensions, ce qui se traduit par une complexité accrue de ces circuits.
L'invention a pour but de proposer un générateur d'arc électrique permettant une alimentation en multitensions, ne nécessitant pas un surdimensionnement important des composants.
A cet effet, l'invention a pour objet un générateur d'arc électrique du type à alimentation triphasée et comportant un onduleur relié à une sortie d'alimentation d'un organe générateur d'arc électrique, caractérisé en ce qu'il comporte trois onduleurs et, pour chaque onduleur, un circuit propre de redressement de la tension d'alimentation de l'onduleur, chaque circuit de redressement étant alimenté par une phase distincte d'un réseau d'alimentation triphasée, les sorties des onduleurs étant combinées pour alimenter simultanément ladite sortie du générateur et en ce qu'il comporte des moyens de commutation assurant sélectivement la connexion des trois circuits de redressement au réseau d'alimentation triphasée suivant un agencement en étoile ou en triangle.
Suivant des modes particuliers de réalisation, le générateur peut comporter l'une ou plusieurs des caractéristiques suivantes
- il comporte des moyens de commutation assurant sélectivement la connexion en série ou en parallèle des sorties des trois onduleurs à la sortie du générateur
- il comporte un circuit correcteur de facteur de puissance disposé entre la sortie de chaque circuit de redressement et l'entrée de l'onduleur associé
- il comporte des moyens de stabilisation du potentiel du point commun autour d'une valeur de référence lorsque les trois circuits de redressement sont connectés suivant un agencement en étoile ;
- lesdits moyens de stabilisation du potentiel du point commun comportent, pour chaque phase, un circuit de compensation à tension fixe comportant d'une part un condensateur raccordé entre la phase d'alimentation correspondante et le point commun par l'intermédiaire d'un pont de diodes et d'autre part des moyens de maintien de la tension aux bornes de ce condensateur à une valeur fixe
- le circuit de redressement associé à chaque onduleur comporte un pont de diodes et le condensateur de chaque circuit de compensation à tension fixe est relié en sortie dudit pont de diodes des moyens de redressement
- lesdits moyens de stabilisation du potentiel du point commun comportent un circuit de compensation à tension variable comportant d'une part un condensateur raccordé entre la phase d'alimentation correspondante et le point commun par l'intermédiaire d'un pont de diodes et d'autre part des moyens d'établissement aux bornes dudit condensateur d'une tension sinusoïdale redressée double alternance synchronisée avec la phase d'alimentation correspondante ; et
- le circuit de redressement associé à chaque onduleur comporte un pont de diodes et le condensateur dudit circuit de compensation à tension variable est relié en sortie dudit pont de diodes des moyens de redressement.
- il comporte des moyens de commutation assurant sélectivement la connexion en série ou en parallèle des sorties des trois onduleurs à la sortie du générateur
- il comporte un circuit correcteur de facteur de puissance disposé entre la sortie de chaque circuit de redressement et l'entrée de l'onduleur associé
- il comporte des moyens de stabilisation du potentiel du point commun autour d'une valeur de référence lorsque les trois circuits de redressement sont connectés suivant un agencement en étoile ;
- lesdits moyens de stabilisation du potentiel du point commun comportent, pour chaque phase, un circuit de compensation à tension fixe comportant d'une part un condensateur raccordé entre la phase d'alimentation correspondante et le point commun par l'intermédiaire d'un pont de diodes et d'autre part des moyens de maintien de la tension aux bornes de ce condensateur à une valeur fixe
- le circuit de redressement associé à chaque onduleur comporte un pont de diodes et le condensateur de chaque circuit de compensation à tension fixe est relié en sortie dudit pont de diodes des moyens de redressement
- lesdits moyens de stabilisation du potentiel du point commun comportent un circuit de compensation à tension variable comportant d'une part un condensateur raccordé entre la phase d'alimentation correspondante et le point commun par l'intermédiaire d'un pont de diodes et d'autre part des moyens d'établissement aux bornes dudit condensateur d'une tension sinusoïdale redressée double alternance synchronisée avec la phase d'alimentation correspondante ; et
- le circuit de redressement associé à chaque onduleur comporte un pont de diodes et le condensateur dudit circuit de compensation à tension variable est relié en sortie dudit pont de diodes des moyens de redressement.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins sur lesquels
- La figure 1 est un schéma général d'un générateur selon l'invention;
- La figure 2 est un schéma détaillé d'une variante de réalisation du générateur incorporant des premiers circuits de compensation
- La figure 3 est un schéma d'une variante de réalisation du générateur de la figure 2 incorporant en outre des seconds circuits de compensation ; et
- La figure 4 est un schéma d'une variante de réalisation du générateur de la figure 3.
- La figure 1 est un schéma général d'un générateur selon l'invention;
- La figure 2 est un schéma détaillé d'une variante de réalisation du générateur incorporant des premiers circuits de compensation
- La figure 3 est un schéma d'une variante de réalisation du générateur de la figure 2 incorporant en outre des seconds circuits de compensation ; et
- La figure 4 est un schéma d'une variante de réalisation du générateur de la figure 3.
Le générateur d'arc électrique représenté sur la figure 1 comporte une entrée d'alimentation triphasée 10 pour les trois phases 12A, 12B, 12C du réseau'd'alimentation, et pour chaque phase, un circuit 14A, 14B, 14C de redressement de la tension d'alimentation à la sortie duquel est relié un onduleur à alimentation monophasé noté 16A, 16B, 16C respectivement. Les entrées des circuits de redressement 14A, 14B, 14C sont reliées aux trois phases 12A, 12B, 12C par des moyens de commutation d'entrée 18 assurant sélectivement la connexion des trois circuits de redressement au réseau d'alimentation triphasée suivant un agencement en étoile ou en triangle.
Des moyens de commutation de sortie 20 relient les sorties des onduleurs à une sortie 22 du générateur a laquelle est connectée une charge formée par un organe 24 de génération d'un arc électrique. Les moyens de commutatio'n 20 assurent sélectivement la connexion en série ou en parallèle des sorties des trois onduleurs 16A, 16B, 16C à la sortie 22 du générateur.
Les circuits de redressement 14A, 14B, 14C sont identiques et sont formés par des quadripôles de tout type adapté pour assurer le redressement d'une tension sinusoïdale, dont la valeur nominale est égale à 230 V, en une tension adaptée pour alimenter l'onduleur. Le circuit de redressement est par exemple formé par un pont de diodes.
Les onduleurs 16A, 16B, 16C sont tous identiques et se présentent sous la forme d'un quadripôle dont l'entrée d'alimentation est reliée à la sortie du circuit de redressement correspondant et dont la sortie est reliée à la sortie 22 du générateur par les moyens de commutation de sortie 20. Les onduleurs sont de tout type connu adapté.
Chaque phase 12A, 12B, 12C est reliée depuis l'entrée 10 à une borne d'entrée, notée respectivement 26A, 26B, 26C, des circuits de redressement 14A, 14B, 14C. Les moyens de commutation d'entrée 18 comportent un premier groupe d'interrupteurs 28A, 28B, 28C, assurant respectivement la connexion sélective des phases 12B, 12C, 12A aux secondes bornes d'entrée 30A, 30B, 30C des circuits de redressement 14A, 14B, 14C. Ces trois interrupteurs sont commandés par un organe d'actionnement commun de sorte qu'ils sont ouverts ou fermés simultanément.
Un second groupe d'interrupteurs 32A, 32B relie sélectivement ensemble les bornes d'entrée 30A, 30B, 30C des circuits de redressement. Ces interrupteurs 32A, 32B sont commandés par un organe d'actionnement commun, de sorte qu'ils sont constamment dans des états identiques.
Les organes d'actionnement commandant les interrupteurs 28A, 28B, 28C et 32A, 32B sont solidaires, de sorte que, lorsque le premier groupe d'interrupteurs 28A à 28C est fermé, le second groupe 32A, 32B est ouvert et inversement. Ainsi, on comprend que les moyens de commutation d'entrée 18 permettent de connecter sélectivement les trois circuits de redressement 14A, 14B, 14C à l'entrée 10 du générateur suivant un agencement étoile ou triangle suivant l'état des interrupteurs 28A à 28C et 32A et 32B.
Les organes d'actionnement des interrupteurs peuvent être à commande manuelle ou pilotée, notamment en fonction de la tension nominale du réseau d'alimentation, comme cela sera expliqué dans la suite de la description.
Les sorties des onduleurs 16A, 16B, 16C sont reliées à la sortie 22 par l'intermédiaire des moyens de commutation de sortie 20. Une première borne de sortie 34A de l'onduleur 16A est reliée à une première borne de la sortie 22. Des bornes de sortie 34B, 34C des onduleurs 16B, 16C respectivement sont reliées à cette première borne de sortie 22 par l'intermédiaire de deux interrupteurs notés respectivement 36B, 36C commandés afin qu'ils soient constamment dans un même état.
La seconde borne de sortie 38C de l'onduleur 16C est reliée à la seconde borne de la sortie 22. Les secondes bornes de sortie 38A, 38B des onduleurs 16A, 16B sont reliées à la borne 38C par l'intermédiaire d'interrupteurs 40A, 40B commandés de manière simultanée de sorte qu'ils sont constamment dans des états identiques. Les interrupteurs 36B, 36C d'une part et 40A, 40B d'autre part sont commandés de sorte qu'ils sont constamment dans des états identiques. En outre, des interrupteurs 42A, 42B sont respectivement prévus d'une part entre la borne de sortie 38A et la borne de sortie 34B et d'autre part entre la borne de sortie 38B et la borne de sortie 34C.
Ces interrupteurs 42A, 42B sont commandés simultanément aux interrupteurs 36B, 36C, 40A, 40B de sorte qu'ils sont constamment dans des états différents.
On comprend que suivant l'état des interrupteurs 36B, 36C, 40A, 40B et 42A, 42B, les sorties des onduleurs 16A à 16C sont reliées en parallèle ou en série à la sortie 22 du générateur.
Des moyens de commande non représentés sont prévus pour l'actionnement simultané des interrupteurs 36B, 36C, 40A, 40B et 42A, 42B de sorte qu'ils changent d 'état simultanément.
Lorsque la tension nominale du réseau d'alimentation triphasé est égale à 400 V, les entrées des circuits de redressement sont reliées suivant un couplage en étoile de sorte que la tension en entrée de chaque circuit de redressement est égale à 230 V. Lorsque la tension nominale du réseau d'alimentation triphasée est égale à 230
V, le couplage triangle est choisi.
V, le couplage triangle est choisi.
On comprend que quel que soit le mode de couplage utilisé, la tension aux bornes d'entrée de chaque circuit de redressement est sensiblement égale à 230 V. Ainsi les circuits de redressement ainsi que les onduleurs peuvent être dimensionnés en fonction de cette unique tension, ce qui permet d'utiliser des composants de faible coût et de faible encombrement.
Les moyens de commutation d'entrée 18 sont ici commandés manuellement. En variante, le générateur comporte des moyens de détection de la tension nominale du réseau d'alimentation pour commander la commutation automatique 'des moyens de commutation d'entrée 18 en fonction de la tension nominale détectée.
Lorsque les moyens de commutation de sortie 20 relient les sorties des onduleurs 16A à 16C en parallèle, la puissance électrique fournie à la sortie 22 est caractérisée par une tension égale à la tension de sortie de chaque onduleur et une intensité égale à la somme des in tensit8s " tensités de sortie par chaque onduleur. Une telle confi- guration est utilisée notamment pour les applications de soudage qui nécessitent un arc électrique court.
Lorsque les moyens de commutation de sortie 20 relient en série les sorties des onduleurs 16A à 16C, la puissance électrique est fournie sous une tension égale à la somme des tensions de sortie de chaque onduleur et avec une intensité égale à l'intensité de sortie de chaque onduleur. Une telle configuration peut être utilisée pour les applications de coupage nécessitant un arc électrique long. On obtient dans ce cas un générateur d'arc à haute tension tout en utilisant des composants et en particulier des diodes de faible tension dans le générateur.
Sur la figure 2 est représenté plus en détail le générateur de la figure 1 dans un couplage particulier dans lequel les circuits de redressement sont reliés suivant un couplage étoile à l'entrée 10 et les sorties des onduleurs sont reliées en parallèle.
Sur cette figure, la figure précédente et les figures suivantes, les références analogues désignent des éléments analogues. De plus, les références numériques identiques suivies de la lettre A, B, C désignent des éléments identiques mis en oeuvre dans des circuits identiques désignés eux aussi par une même référence numérique suivie de la lettre A, B ou C correspondante.
Sur la figure 2, les circuits de redressement 14A à 14C sont formés par un pont de diodes. En outre, des circuits correcteurs de facteur de puissance, portant respectivement les références 50A, 50B, 50C, sont interposés entre les sorties des ponts de diodes 14A à 14C et les entrées des onduleurs 16A à 16C.
Ces circuits correcteurs de facteurs de puissance ont une structure classique et comportent notamment une inductance 52, un transistor 54 associé à des moyens de commande 56, une diode 58 et éventuellement un condensateur 60. Ces références apparaissent sur les dessins suivis de la lettre A, B ou C correspondant au circuit auquel les composants désignés appartiennent.
Les circuits correcteurs de facteur de puissance permettent de réduire le taux d'harmonique du courant prélevé sur le réseau.
Des moyens 62 de commande des trois onduleurs 16A à 16C sont représentés sur cette figure.
En outre, trois premiers circuits de compensation dits à tension fixe portant les références 70A, 70B, 70C sont chacun reliés entre une phase 12A, 12B, 12C du réseau d'alimentation du générateur et le point commun 72 par un pont de diodes noté respectivement 74A, 74B, 74C.
Chaque circuit de compensation comporte, montés en parallèle à la sortie du pont de diodes 74 correspondant, d'une part un condensateur 76 et d'autre part une branche comportant en série une résistance 78 et un transistor 80 commandés par un dispositif de commande 82.
Ce dispositif de commande 82 est adapté pour maintenir la tension aux bornes du condensateur 76 à une valeur fixe prédéterminée. Ces références apparaissent sur les dessins suivis de la lettre A, B ou C correspondant au circuit auquel les composants désignés appartiennent.
La présence sur chaque phase des circuits de compensation 70A à 70C assure une stabilisation du potentiel du point commun dans une plage de tensions limitée égale à quelques dizaines de volts, malgré la présence des circuits correcteurs de facteur de puissance qui se comportent comme des charges actives et variables du point de vue du réseau triphasé.
Les condensateurs 76 permettent de maintenir les variations du potentiel du point commun dans une plage limitée, ce qui permet un fonctionnement correct des trois circuits correcteurs de facteur de puissance en les protégeant d'une répartition déséquilibrée des tensions sur leurs entrées.
Dans les circuits de compensation 70A à 70C, les résistances 78A à 78C ont pour rôle de compenser le courant résultant de la somme des courants prélevés par les circuits correcteurs de facteur de puissance. En effet, ce courant est non nul même en régime établi (charge de nature résistive) car les courants issus du réseau d'alimentation ne sont pas parfaitement sinusoïdaux et de même amplitude. De plus, des ondulations haute fréquence se superposent au courant du réseau d'alimentation.
Le dispositif représenté sur la figure 3 comporte les mêmes circuits que celui de la figure 2. Toutefois, un second circuit de compensation 90A, 90B, 90C dit à tension variable a été ajouté sur chaque phase d'alimentation du générateur. Ces circuits sont reliés entre une phase 12A, 12B, 12C et le point commun 72 par un pont de diodes 92A, 92B, 92C respectivement. Ces circuits ont une structure sensiblement analogue à celle des premiers circuits de compensation 70A à 70C. Ainsi, chaque circuit comporte un condensateur 96 aux bornes duquel sont montés en série une résistance 98 et un transistor 100. Le transistor 100 est commandé en fonction de la tension aux bornes du condensateur par un dispositif de commande 102.
Dans chaque circuit de compensation 90A, 90B, 90C, le dispositif de commande 102 est adapté pour établir aux bornes du condensateur 96 monté en parallèle à la sortie du pont de diodes une tension sinusoïdale redressée double alternance synchronisée avec la phase d'alimentation correspondante.
La présence de ces seconds circuits de compensation permet une réduction de l'amplitude des variations du potentiel du point commun.
Dans les deux modes de réalisation précédents, décrits en regard des figures 2 et 3, le générateur comporte des moyens non représentés assurant l'inhibition des premiers et éventuellement seconds circuits de compensation lorsque les entrées des branches comportant les circuits de redressement 14A, 14B, 14C et les onduleurs 16A, 16B, 16C sont reliées suivant un agencement en triangle. En effet, dans ce cas, ils sont sans objet, le point commun n'étant pas sorti.
Les premiers et éventuellement seconds circuits de compensation sont mis en oeuvre lorsque les circuits de redressement sont connectés suivant un agencement en étoile, que les sorties des onduleurs soient reliées en série ou en parallèle à la sortie 22 du générateur.
Un tel agencement est particulièrement avantageux lorsque le générateur ne peut pas être connecté au point neutre du réseau, celui-ci n'étant pas accessible.
Dans le mode de réalisation représenté sur la figure 4, les premiers 70A, 70B, 70C et seconds 90A, 90B, 90C circuits de compensation sont pour chaque phase disposés entre la sortie du pont de diodes correspondant 14A à 14C et le circuit correcteur de facteur de puissance 50A à 50C. Dans cet agencement le condensateur de chacun des premiers circuits de compensation 70A à 70C est monté en série avec une diode 110.
Dans ce mode de réalisation, les circuits de commande 82 et 102 des premiers et seconds dispositifs de compensation d'une même phase n'ont pas à être isolés.
En variante non représentée, le premier circuit de compensation à tension fixe peut être supprimé dans les agencements représentés aux figures 3 et 4.
Un générateur de tension tel que décrit ici peut être utilisé avec une alimentation ayant une tension nominale de 230 V ou 400 V, sans qu'il soit nécessaire que les éléments constituant le générateur ne soient surdimensionnés. De plus, le générateur peut être utilisé pour délivrer la puissance avec une tension élevée ou une intensité élevée, en fonction des applications de l'arc électrique.
Suivant une variante non représentée, les moyens de commutation de sortie 20 peuvent être supprimés, les sorties des onduleurs étant connectés en série ou en parallèle par un câblage permanent.
Claims (8)
1.- Générateur d'arc électrique, du type à alimentation triphasée et comportant un onduleur relié à une sortie (22) d'alimentation d'un organe (24) générateur d'arc électrique, caractérisé en ce qu'il comporte trois onduleurs (16A, 16B, 16C) et, pour chaque onduleur, un circuit propre (14A, 14B, 14C) de redressement de la tension d'alimentation de l'onduleur (16A, 16B, 16C), chaque circuit de redressement (14A, 14B, 14C) étant alimenté par une phase distincte (12A, 12B, 12C) d'un réseau d'alimentation triphasée, les sorties (34A, 34B, 34C; 38A, 38B, 38C) des onduleurs étant combinées pour alimenter simultanément ladite sortie (22) du générateur et en ce qu'il comporte des moyens de commutation (18) assurant sélectivement la connexion des trois circuits de redressement (14A, 14B, 14C) au réseau d'alimentation triphasée suivant un agencement en étoile ou en triangle.
2.- Générateur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de commutation (20) assurant sélectivement la connexion en série ou en parallèle des sorties des trois onduleurs (16A, 16B, 16C) à la sortie (22) du générateur.
3.- Générateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit correcteur de facteur de puissance (50A, 50B, 50C) disposé entre la sortie de chaque circuit de redressement (14A, 14B, 14C) et l'entrée de l'onduleur associé (16A, 16B, 16C).
4.- Générateur selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (70A, 70B, 70C 90A, 90B, 90C) de stabilisation du potentiel du point commun (72) autour d'une valeur de référence lorsque les trois circuits de redressement (14A, 14B, 14C) sont connectés suivant un agencement en étoile.
5.- Générateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens (70A, 70B, 70C) de stabilisation du potentiel du point (72) commun comportent, pour chaque phase, un circuit de compensation (70A, 70B, 70C) à tension fixe comportant d'une part un condensateur (76A, 76B, 76C) raccordé entre la phase d'alimentation correspondante (12A, 12B, 12C) et le point commun (72) par l'intermédiaire d'un pont de diodes (14A, 14B, 14C 74A, 74B, 74C) et d'autre part des moyens (78A, 80A, 82A, 78B, 80B, 82B, 78C, 80C, 82C) de maintien de la tension aux bornes de ce condensateur à une valeur fixe.
6.- Générateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le circuit de redressement associé à chaque onduleur (16A, 16B, 16C) comporte un pont de diodes (14A, 14B, 14C) et le condensateur (76A, 76B, 76C) de chaque circuit de compensation à tension fixe (70A, 70B, 70C) est relié en sortie dudit pont de diodes (14A, 14B, 14C) des moyens de redressement.
7.- Générateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de stabilisation du potentiel du point commun (72) comportent un circuit de compensation (90A, 90B, 90C) à tension variable comportant d'une part un condensateur (96A, 96B, 96C) raccordé entre la phase d'alimentation correspondante et le point commun (72) par l'intermédiaire d'un pont de diodes (14A, 14B, 14C ; 92A, 92B, 92C) et d'autre part des moyens d'établissement aux bornes dudit condensateur (96A, 96B, 96C) d'une tension sinusoïdale redressée double alternance synchronisée avec la phase d'alimentation correspondante.
8.- Générateur selon la revendication 7, caractérisé en ce que le circuit de redressement associé à chaque onduleur comporte un pont de diodes (14A, 14B, 14C) et le condensateur dudit circuit de compensation à tension variable (90A, 90B, 90C) est relié en sortie dudit pont de diodes (14A, 14B, 14C) des moyens de redressement.
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