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电机绕组理论与制造工艺

2023-02-08分类:电力资讯 / 电力科技来源:
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来源  | 网络

编辑  |  旺材小编,转载请注明出处




一、 电机概述

1 、  一般述语


1.1 、  电机:实现机电能量转换的装置。


A 、  工作原理:绝大多数电机都是基于电磁感应和电磁力定律。


B 、 构造原则:应用有效的导磁和导电材料构成能互相发生电磁感应的磁路和电路,以产生电磁功率和电磁转矩,实现能量形式的转换。


构造原则:应用有效的导磁和导电材料构成能互相发生电磁感应的磁路和电路,以产生电磁功率和电磁转矩,实现能量形式的转换。


C 、  分类(按功能分类):

1 )、发电机:由机械能转变为电能。


2 )、电动机:由电能转变为机械能。


3 )、变压器. 变频机. 变流机. 移相机:分别用于改变电压. 频率. 电流类型及相位。


4 )、控制电机:用作控制系统中的元件。应当指出,在基本原理上,发电机和电动机只是电机的两种运行方式,它们是可逆的。


此外,电机又分为变压器、异步电机、同步电机和直流电机四个机种。其中变压器是静止电机,其余均为旋转电机。异步电机和同步电机均为交流电机。


此外,电机又分为变压器、异步电机、同步电机和直流电机四个机种。其中变压器是静止电机,其余均为旋转电机。异步电机和同步电机均为交流电机。


1.2 、  交流电机:一种电机,具有与交流系统联接的电枢绕组。


1.3 、  同步电机:一种交流电机,其电动势的频率与电机转速之比为恒定值。


1.4 、 。 异步电机:一种交流电机,其负载时的转速与所接电网频率之比不是恒定值。


1.5 、  单相电机:产生或应用单相交流电的电机。


1.6 、  三相电机:产生或应用三相交流电的电机。


2 、  电磁感应的有关概念

2.1、全电流定律:在通电导体周围存在着磁场。磁场强度以磁力线来表示,通常,磁力线的正方向与产生该磁力线的电流的正方向按符合右螺旋关系选取。


2.2、电磁感应定律:导体在交变磁场中感应电势。感应电势的正方向与该交变磁场磁力线的正方向通常取成右螺旋关系。


导体与磁力线发生切割运动时,导体中感应电势的大小 e=BLV


式中:

B---- 导体所处位置的磁通密度(Wb/m 2 或T )

L---- 导体切割磁力线的有效长度(m )

V---- 导体相对磁场垂直运动的线速度(m/s )

感应电势的方向可用右手定则即发电机定则来确定。


2.3 、电磁力定律:载流导体在磁场中受到电磁力的作用。该电磁力f e =BLi

式中:

f e ---- 电磁力(N ) 

i---- 导体中的电流(A )

l---- 导体位于磁场中的有效长度(m )

电磁力的方向可用左手定则,即电动机定则来确定。


2.4 、感应电动机的工作原理

当线圈通过电流时,就产生磁场。因为通的是交变电流,故线圈产生的磁场也是交变的。通过进一步分析我们可知:


1)、一组空间分布相差 120°的三相绕组在通以三相正弦交流电时,产生一个两极旋转磁场。


2 )、旋转磁场的转速与绕组中三相电流的相序是一致的。如三相电流按A-B-C轮流达到最大值,则磁场就沿着由A-B-C方向旋转。


3 )、旋转磁场的转速与电流的频率有一定的关系。n s =f 1 /p ( 转/ 分)


4)、在电动机未接通电源前,转子是静止不动的。当定子绕组通以三相对称正弦交流电流,它就产生一个旋转磁场。这时,转子绕组的导体与旋转磁场就有了相对运动,导体在磁场中切割磁通时,导体中感应电势。


5 )、转子绕组是闭合的,在感应电势的作用下,转子绕组中便有电流通过(异步电机在额定运行时,转子绕组接近于纯电阻性电路),电流相位与电势相同。


6)、通电的转子导条在磁场中受到电磁力的作用,其方向由左手定则确定。电磁力作用于圆柱形转子表面,便产生了电磁转矩。


7 )、转子旋转的速度n<n s ( 若n=n s ,则转子导体与旋转磁场无切割,导体中则无感应电势,则转子绕组无电流,则无轴向力,就没有电磁转矩,则转子导体与旋转磁场无切割,导体中则

无感应电势,则转子绕组无电流,则无轴向力,就没有电磁转矩,则n 就减速)。用转差率s 表示转子转速与旋转磁场转速相差的程度。即s=(n s -n)/n s ⅹ100%


8)、总结



3 、  电机结构

3.1、电机产品型号:由产品代号、规格代号、特殊环境代号和补充代号四个部分组成,并按下列顺序排列:


3.1.1 、产品代号由类型代号、特点代号、设计序号和励磁方式四个小结组成。


1 )、类型代号表征电机各种类型,采用汉语拼音字母表示。例:



2 )、特点代号表征电机的性能、结构或用途,采用汉语拼音字母表示。例:



3) 、设计序号批电机产品的设计顺序,用阿拉伯数字表示。对于第一次设计的产品,不标注序号。例:Y2---- 第二次设计 等。


4 )、励磁方式代号分别用字母表示。如:S--- 三次谐波励磁,J--- 晶闸管励磁。


3.1.2 、电机规格代号用中心高/铁心外径、机座号、机壳外径、轴伸直径、凸缘代号、机座长度、功率、电机等级、转速或极数来表示。小型异步电动机的规格代号表示为:中心高(mm)——机座长度(字母代号)——铁心长度(数字代号)——极数。


3.1.3 、机座长度用国际通用字母表示。S 、M 、L--- 分别表示短、中、长机座。


3.1.4 、特殊环境代号按规定选用。 G--- 高原用, W--- 户外用  等。


3.1.5 、补充代号仅适用于有此要求的电动机,且应在产品标准中规定。


3.2 、交流异步电动机大小类型区分

小型:  定子铁心外径D 1 ≤500mm

中型:500mm ≤定子铁心外径D 1 ≤1000mm

大型:定子铁心外径D 1 ≥1000mm


3.3 、Y  系列(IP44) 三相异步电动机的基本结构(小型铸铝转子)



二、绕组结构与制造工艺


4 、  绕组概念


4.1 、  绕组:旋转电机内具有规定功能的一组线匝或线圈。


4.2 、线圈边:线圈中沿电机轴向的两个直线部分的任何一个。


4.3 、线圈端部:连接两个线圈边的连接部分。


4.4 、绕组端部:绕组中伸出铁心两端之外的部分。


4.5 、  线圈节距:一个线圈两个边所在槽的相隔齿距数。


4.6 、  绕组节距:线圈节距与极距之比。通常以百分比表示。β=y/ τ。


4.7 、  齿距:相邻两齿上对应位置的两个点之间的圆周距离。


4.8 、  极距:相邻两极上相应点之间的圆周距离。通常以齿距数表示。τ=Z 1 /2p。


5 、  绕组分类:


5.1 、按导体位置分:

规则绕组(成型绕组):导体在线圈边同呈规则性排列。


散嵌绕组(软绕组):导体在线圈边内的位置不固定。



5.2 、按每极下占用槽数分:

集中绕组:线圈边在每极下只占一个槽。

分布绕组:线圈边在每极下占有若干个槽。


5.3 、按节距大小分:

整距绕组:绕组节距等于 100% 的绕组。

短距绕组:绕组节距小于 100% 的绕组。

整距绕组:绕组节距大于 100% 的绕组。


5.4 、按槽深方向线圈数分:

单层绕组(无层间绝缘,槽利用率高)。

双层绕组( 可选择节距,改善磁势和电势波形) 。


5.5 、按形状和组序分:单层同心式、交叉式、链式和双层叠式绕组、波式绕组。


5.6 、绕组排列和接线方式用电气线路图来表示。其中:

单层绕组常用绕组展开图表示,双层绕组则常用端部接线图表示。

而在单相绕组或多速电机中常用绕组排列(实用)接线图表示。见图例。


6 、  定子绕组绝缘规范(0WT.615.008)

6.1 、适用范围:本规范适用于电压等级 660V ,防护等级 IP23 、IP44 、IP54,机座号范围

,机座号范围 H63~355,一般用途的三相交流异步电动机。其定子槽形为半闭口槽,

采用散嵌下线工艺的定子绕组绝缘结构,其耐热性能达到,一般用途的三相交流异步电动机。其定子槽形为半闭口槽,采用散嵌下线工艺的定子绕组绝缘结构,其耐热性能达到 130(B)级/155(F)级要求。


6.2 、电磁线:电磁线采用厚漆膜聚酯漆包铜圆线 QZ-2/130(B) 级[或改性聚酯漆包铜圆线

或改性聚酯漆包铜圆线 QZ(G)-2/155(F) 级] ,机座号 315~355 之 之 155(F) 级绝缘须采用 QZY-2/180聚酯亚胺漆包铜圆线,漆膜厚度按 GB6109.1  标准取最大和最小厚度的平均值。


6.3 、槽绝缘:采用聚酯薄膜与聚酯纤维/ 聚芳酰胺纤维非织布柔软复合材料6630(130)/6641(155)于 ,复合材料中聚酯薄膜的厚度不小于0.075mm。不同机座呈对应的槽绝缘尺寸如下:



6.4 、相间绝缘:绕组端部相间垫入一层与槽绝缘相同的柔软复合材料。


6.5层间绝缘:当采用双层绕组时,同槽上下层线圈之间垫入一层与槽绝缘相同的柔软复合材料。层间绝缘垫放长度见上表,且应两端伸出铁心外长度相等。


6.6为 、槽楔:槽楔采用型号为 3240 的环氧酚醛层压玻璃布板,槽楔厚度见上表,长度应比相应槽绝缘短 4~6mm,其每端伸出铁心外长度应相等,最小值见上表。


6.7 、引接线:采用 JBQ  橡皮绝缘丁腈护套引接软电缆/JYJ 铜芯交联聚烯烃绝缘电机引接电缆。


6.7.1 、引接线接头处用宽度为 8.10.12mm ,厚度为 0.06mm 的 的 6230 聚酯薄膜粘带半叠包一层,外再套醇酸/ 过氯乙烯玻璃纤维漆管 2730  或聚酯/聚氨酯玻璃纤维漆管维漆管 2741/2751。然后再用绑带或套管进行绑缚紧固成纺锤形。


6.7.2 、引接线连接、极间连线及并联支路间连接的导电绞合长度要求见下表。



6.8 、端部绑扎:机座号 63~160  端部绑扎材料采用 R 型柔软夹纱聚酯绑扎带,机座号180~355  采用 BE  型聚酯纤维绑扎带,宽度为 15mm ,厚度为 0.17mm,也可用玻璃纤维板绑扎带或套管绑扎。


6.8.1 、机座号 63~132 及 及 160-4.6.8p  定子绕组端部每两槽绑一道;

机座号 180~315 和 和 160-2p  电机定子绕组端部每一槽绑一道。

在接线端应将电缆和接头处同时绑扎牢,必要时应增加绑扎道数。


6.8.2 、机座号 180-2p 和 和 200~355-2.4p 及 及 YQWGW 电机的定子绕组鼻端用相同型号绑扎带半叠包一层,叠包长度不小于端部周长的 1/3 。


6.8.3 、定子白坯定工后须经过 2260V/1  分钟的工频耐电压检查及 2800V/1~3S 的匝间冲击耐电压试验合格。


6.9 、绝缘漆浸烘处理。(略)


7 、绕线工艺


7.1 、检查线径:( 工序开始及调换线盘时) 用螺旋测微计( 千分尺) 检查线规正确。


7.2 、检查线模( 核对型号规格) 及排序准确无误。


7.3 、试机——调转速、校对计数器。


7.4 、调拉紧装置松紧适度(漆包线端头穿过夹线板衬垫)。


7.5 、剪制合适套管套入导线。


7.6 、始端留出适当长度并固定。


7.7 、绕线:导线应排列整齐、紧密,不得交叉;导线不得错槽。


7.8 、绕制完成后,引入扎线,依次扎紧。


7.9 、留出末端引线,并剪断导线。


7.10 、拆下线模,取出线圈,整齐排放至工位器具内,并吊牌标识。


7.11 、质量检查:按技术文件检查合格后方可投入生产。


7.11.1 、匝数准确无误,电阻值符合规范。

a )、三相电阻的最大差值不大于平均值的 3%。


b) 、三相电阻任何一相与平均值的偏差不大于平均值的 2% 。


7.11.2、导线接头:每只线圈不得超过一处,每相线圈不得超过二处,每台线圈不得超过四处;接头位置只允许在线圈端部斜边处;接头包扎要求按规范 6.7,包扎处绝缘套管长度较导线绝缘部分重叠应不小于 15mm。



7.11.3 、导线不能有拉细现象,否则应查明原因并处理好。


7.12 、线圈堆放于工位器具内高度不得超过 0.5m ,且不得有压弯现象。


8 、嵌线工艺

8.1 、核对铁心型号规格,去毛刺、除尘;准备好工具、材料。


8.2 、填充槽绝缘,其伸出铁心两端长度相等且符合绝缘规范 0WT.615.008 。


8.3 、检查线圈有无裂纹、掉漆现象;明确端部尺寸,整理好线圈。


8.4 、嵌线:节距应明确。


8.4.1 、24 槽 槽 4p ,36 槽 槽 6p  单层链式绕组(q=2 , Y=1-6 )


8.4.1.1、先嵌第一相第一只线圈下电动边,封好槽(整理槽内导线,插入槽楔),上层边暂不嵌(起把)。


8.4.1.2 、隔一槽,嵌第二相第一只线圈的下层边,封好槽,上层边暂不嵌。


8.4.1.3、隔一槽,嵌第三相第一只线圈的下层边,封好槽;其上层边嵌入第一相第一只线圈下层边所占槽的前面一个空槽中(Y=6),整理端部,封槽,并垫相间绝缘。


8.4.1.4、隔一槽,嵌第一相第二只线圈的下层边,封槽;其上层边嵌入第二相第一只线圈下层边所占槽的前一个空槽中,整理端部,封槽,垫相间绝缘。


8.4.1.5、隔一槽,嵌第二相第二只线圈的下层边,封槽;其上层边嵌入第三相第一只线圈下层边所占槽的前一个空槽中,整理端部,封槽,垫相间绝缘。按隔一槽,嵌一槽的方法轮流将一、二、三相线圈全部嵌完。最后把第一、二

相第一只线圈分别按节距(Y=1-6)嵌入前面相应的空槽中,整理端部,封槽并垫相间绝缘。


8.4.2 、18 槽 槽 2p ,36 槽 槽 4p  单层交叉式绕组(q=3 , Y=1-9 ,2-10 ,11-18 )


8.4.2.1、先嵌第一相相连的两个线圈中第一只线圈的下层边,封槽,紧接着嵌另一只线圈的下层边,封槽,上层边暂不嵌入。

 

8.4.2.2 、隔一槽,嵌第二相线圈中单个线圈的下层边,封槽,上层边暂不嵌入。


8.4.2.3、隔二槽,依次嵌第三相相连的两个线圈的下层边,并封槽,其上层边依次嵌入第一相双线圈下层边所占槽的前两个空槽中(Y=1-9),整理端部,封槽,垫相间绝缘。


8.4.2.4、隔一槽,嵌第一相另一组的单个线圈的下层边,封槽,并把上层边嵌入前面的相应空槽中(Y=1-8),整理好端部,封槽,垫相间绝缘。一、二、三相依次先嵌双线圈,空一槽,嵌单线圈,空二槽再嵌单线圈,再空一槽,接

着嵌单线圈的方法,依次把全部线圈嵌完。最后把第一相、第二相的起把分别按一定的节距(Y 双 =1-9 ,Y 单 =1-8)嵌入前面相应的空槽中,整理端部,封槽,垫相间绝缘。


8.4.3 、24 槽 槽 2p  单层同心式绕组(q=4 , Y=1-12 ,2-11)


8.4.3.1、先嵌第一相线圈小线圈的下层边,封槽,上层边暂不嵌入,紧接着在其后一槽嵌大线圈的下层边,封槽,上层边也暂不嵌入。


8.4.3.2、隔二槽,依次嵌第二相线圈的小圈和大圈的下层边,封好槽,上层边暂不嵌。


8.4.3.3 、隔两槽,按 8.4.3.1 条嵌第三相线圈的小圈和大圈的下层边,封好槽;小线圈的上层边嵌入第一相线圈小圈下层边所占槽的前一个空槽中(Y 小 =1-10),其大线圈的上层边则嵌入该小线圈上层边所占槽的前一个空槽中(Y 大 =1-12),整理好端部,封好槽,垫相间绝缘。


8.4.3.4、隔二槽,嵌第一相线圈的另一组线圈的小圈、大圈的下层边,封槽,其上层边分别嵌入前面相应的空槽中(Y 小 =1-10, Y 大 =1-12 ),整好端部,封槽,垫相间绝缘。按空二槽嵌二槽的方法顺序把其余线圈全部嵌完,最后把第一

相、第二相起把分别按一定的节距(Y 小 =1-10, Y 大 =1-12),嵌入前面相应的空槽中,整理端部,封槽,垫相间绝缘。


8.4.4 、30 槽 槽 2p  单层同心式绕组(q=4 ,Y=1-16 ,2-15 ,3-14 ,17-30 ,18-29 )


8.4.4.1、先嵌第一相线圈的三个相连线圈中小线圈的下层边,紧接后一个槽嵌中线圈的下层边,最后再嵌大线圈的下层边,并封槽,上层边暂不嵌。


8.4.4.2、隔二槽,依次嵌第二相两个相连线圈的小圈和大圈的下层边,封好槽,上层边暂不嵌。


8.4.4.3、隔三槽,依次嵌第三相线圈三个相连线圈的小线圈、中线圈、大线圈的下层边,封槽;其小线圈的上层边嵌入第一相线圈小线圈下层边所占槽的前一个空槽中,中线圈的上层边,嵌入该小线圈上层边所占槽的前一个槽,大线圈的上层边,嵌入该中线圈上层边所占槽的前一个槽(Y 小 =1-12,Y 中 =1-14,Y 大 =1-16) ,整理好端部,封好槽,垫相间绝缘。


8.4.4.4、隔两槽,依次嵌第一相线圈的另一组线圈的小圈、大圈的下层边,封槽;其上层边依次嵌入前面的两个空槽(Y 小 =1-12,Y 大 =1-14),整好端部,封好槽,垫相间绝缘。按隔两槽,嵌二槽,隔三槽,嵌三槽的方法,按顺序把其余线

圈全部嵌完。最后把第一、二相的起把分别按一定的节距(Y 小 =1-12,Y 中 =1-14,Y 大 =1-16  和Y 小 =1-12,Y 大 =1-14)嵌入前面相应的空槽中,并整理端部,封槽,垫相间绝缘。


8.4.5 、双层叠式绕组嵌线


8.4.5.1、先依次嵌第一相第一极相组线圈的下层边,用层间绝缘盖好,用压线板插入槽内,轻轻地用手锤敲打,上层边暂不嵌。


8.4.5.2 、嵌第二相第一极相组线圈,同 8.4.5.1 。


8.4.5.3 、嵌第三相第一极相组线圈(同8.4.5.1)。当其上层边达到图纸规定的节距时即嵌入前面已有底层线圈的槽中,整理端部并封槽,垫相间绝缘。


8.4.5.4、嵌第一相第二极相组线圈的下层边,放好层间绝缘,其上层边按图纸规定的节距嵌入前面的槽中,整理端部并封槽,垫相间绝缘。


8.4.5.5 、嵌第二相第二极相组线圈(同8.4.5.4)。这样按一、二、三相并按图纸规

定的极相组数依次嵌完全部线圈,最后将起把分别按图纸规定的节距嵌入前面槽中,整理端部,封槽,垫相间绝缘。


8.5.1 、槽绝缘、槽楔、层间绝缘、定子线圈露出定子铁心两端长度应分别相等。


8.5.2 、嵌线时定子铁心槽口两边应垫上绝缘纸,以免损伤导线绝缘。


8.5.3、开始嵌线,暂不嵌的上层边要理好,与定子铁心内壁接触的部位要垫上绝缘纸,然后用手轻轻压下,以免损伤导线绝缘。


8.5.4、上层边和下层边连线要理好,嵌入线圈下半部里边,防止连线弯曲和擦破

漆膜,造成匝间短路。需要半叠包的端部在进程中及时进行。


8.5.5、垫相间绝缘时,应垫到底与槽楔相碰。对于双层叠绕组还要求相间绝缘盖在层间绝缘的上面。


8.5.6、嵌线时要仔细整好线型,撑开到比节距大一槽的距离,把线理直,理入槽中,必要时分几次理入,不允许有跑线、缠绕、弯折、漏嵌、错槽等现象。每嵌完一个(或一组)线圈后,应将其端部压下,或用木锤轻轻敲打,使其稍向外扩张,以利后面线圈嵌线。


8.5.7、槽底绝缘不应有破裂现象;导线不得有损坏绝缘现象;槽口绝缘如有破裂,须用与槽绝缘相同的材料垫好,但破裂总数不得超过 3  处/ 台,且不准破裂到铁心。


8.5.8、槽楔应有适当紧度,其端部不应有破裂现象,不得高于铁心内圆,其伸出铁心两端长度应相等。铁心内圆及端部均不能有浮纸现象。


8.5.9、绕组端部导线应排列整齐无严重交叉现象。端部整形应在修剪相间绝缘之前进行,修剪相间绝缘,使之边缘高出线圈 3~5mm 。


8.5.10、嵌线完成后须吊牌标识型号规格和作好操作工号标识。有绕组定子堆放及搬运过程中不得损伤导线绝缘;不允许在地上滚动,堆放高度不应超过两层。


8.6 、绕组整形及接线


8.6.1、工具及材料:整形模、工作台,转盘、手锤、剪刀、打线板、剥线钳、刮线夹、焊接工具及材料、绝缘套管、薄膜、绑带、引接线、扎线、嵌线定子。


8.6.2 、工艺过程及质量要求:


8.6.2.1、检查定子绕组过极线有无错误,端部绝缘有否错漏,槽楔有否漏放、绝缘有否破裂,并修正之。


8.6.2.2 、将铁心尾端竖在接线转盘上,或外整形模上。


8.6.2.3、用内外圆满端部整形模整理好定子端部,并将端部绝缘纸修剪,使之边缘高出线圈 3~5mm ,用玻璃纤维带扎紧。绑扎要求见绝缘规范 6.8 。


8.6.2.4、将定子翻转,整理好引出线,并用内外圆端部整形模整理好端部,用同上方法修剪好端部绝缘纸;在引出线上套上直径适中且符合6.7.1~2 要求的玻璃纤维漆套管。


8.6.2.5 、轻刮去导线端的漆层,要刮得干净,线头长度符合 6.7.2  之绞合要求。


8.6.2.6 、把引接电缆( 线)剥去一端绝缘层,并与定子绕组引出线头绞合在一起。非一相连绕的过极线接头,应按号数标记绞合在一起。然后进行焊接,焊接点要圆滑牢固。


8.6.2.7 、在焊接点处用聚酯薄膜产叠包一层,半叠包宽度符合 6.7.2 要求,再套上符合 6.7.2  规范长度的玻纤套管,用扎线将套管两端捆扎密实。


8.6.2.9、用内外圆整形模检查喇叭口是否符合要求,检查槽楔是否整齐一致,检查槽绝缘有否破裂,必要时修整好。然后作好工号标记转序交检。


8.6.3 、整形注意事项:


8.6.3.1。 、整形过程序中不得用铁制工具与导线直接接触,更不能用铁锤直接敲打。


8.6.3.2 、整形过程中不得过分用力,以免损伤绝缘。


8.6.3.3 、刮导线绝缘层应刮得干净,不能有残留现象。


8.6.3.4 、电缆在剪去绝缘层时,不得损伤铜线。


8.6.3.5、凡焊接线头,特别是多根线绞合在一起的,要焊得圆滑牢固,严防间中有一根导线漏焊,或焊接时温度不够而造成焊接不良而引起质量事故。小接头位置只允许在线圈端部斜边处。


8.6.3.6、已嵌好线定子及接好线的定子均不允许在地上滚动。


8.6.3.7 、堆放及搬运过程中不得损伤线圈绝缘。


8.6.3.8 、有绕组定子的堆放高度不应超过 2  层。


8.6.3.9、有绕组定子须经工频低电压电流平衡检查以确认其绕组嵌接线和旋转方向正确无误;有绕组定子必须经2260V(2U e +1500) 历时 1 分钟的工频耐电压试验合格以及分钟的工频耐电压

试验合格以及 2800V/1-3S 匝间冲击耐电压试验合格,方可转序绝缘浸烘。



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