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文檔簡介

1、3.4變壓器3.5高壓輸電教學(xué)目標(biāo):1 進(jìn)一步理解變圧器原理及規(guī)律2熟練應(yīng)用變圧器原、副線圈的決定因素解 決動(dòng)態(tài)分析問題3熟悉遠(yuǎn)距離輸電中的各物理量關(guān)系和損耗問題,熟練解決遠(yuǎn)距離高圧 輸電中的實(shí)際問題.重點(diǎn):進(jìn)一步理解變壓器原理及規(guī)律難點(diǎn):熟悉遠(yuǎn)距離輸電中的各物理量關(guān)系和損耗問題,熟練解決遠(yuǎn)距離高圧輸電中的實(shí) 際問題教學(xué)過程:基礎(chǔ)點(diǎn)知識(shí)點(diǎn)1理想變壓器1構(gòu)造:如圖所示,變圧器是由閉合鐵芯和繞在鐵芯上的兩個(gè)線圈組成的。原線圈:與交流電源連接的線圈,也叫初級(jí)線圈。副線圈:與負(fù)載連接的線圈,也叫次級(jí)線圈。原理:電流磁效應(yīng).電磁感應(yīng)3理想變壓器的基本關(guān)系式功率關(guān)系:P = P !l,o電壓關(guān)系:總=律,

2、若為降壓變壓器; 若小”2,為升壓變壓器。電流關(guān)系:只有一個(gè)副線圈時(shí),=瓷;有多個(gè)副線圈時(shí)仍有P 5 出,據(jù)戶=W可推出,t/iZi = U2h+ Wad-4-UnInf fhh =n2/24-M3Z34-頻率關(guān)系:不變。4.幾種常用的變壓器1)電圧互感器:把高電圧變成低電圧,(2)互感器S如圖C所示。電流互感器:把大電流變成小電流,I如圖D所示。知識(shí)點(diǎn)2 遠(yuǎn)距離輸電減少輸電電能損失的兩種方法理論依據(jù):減小輸電線的電阻:根據(jù)電阻定律R=p要減小輸電線的電阻R,在保證輸電 距離情況下,可采用減小材料的電阻率、增大導(dǎo)線的橫截面積等方法。減小輸電導(dǎo)線中的電流:在輸電功率一定的情況下,根據(jù)P=UI.要

3、減小電流, 必須提高輸電電圧。輸電過程示意圖3輸電電流u u4輸電導(dǎo)線上的能量損失:主耍是由輸電線的電阻發(fā)熱產(chǎn)生的,表達(dá)式為Q=PRt.5電壓損失MJ=UU : (2)At/=/o6.功率損失AP=P-P/ :2=企=倚R。重難點(diǎn)一、理想變壓器原理和基本關(guān)系變壓器的工作原理理想變壓器的基本關(guān)系理想 變壓器沒有磁通量損失(磁通量全部集中在鐵芯 中)故每匝原、副線圈中的、學(xué)相同沒有能量損失(銅損、鐵損)故無電壓降U =E = 72-AZ基 本 關(guān) 系功率 關(guān)系P入出電壓關(guān)系原、副線圈的電壓比等于匝數(shù)比:錚=U2fi2電流 關(guān)系只有一個(gè)副線圈時(shí),電流和匝數(shù)成反比:A=也頻率 關(guān)系原、副線圈中電流的頻

4、率相等制 約 關(guān) 系電壓副線圈電壓S市原線圈電壓0 和匝數(shù)比決 定與負(fù)載電阻無關(guān)功率原線圈的輸入功率P人由副線圈的輸出功率 P出決定電流原線圈電流人由副線圈電流人和帀數(shù)比決定特別提醒變壓器不能改變直流電壓,因?yàn)楣ぷ髟碓缫巡怀闪?。理想變壓器基本關(guān)系中3、5、/k 均指有效值。當(dāng)原線圈中串聯(lián)電阻(或燈泡)時(shí),3為加在原線圈兩端的電壓,并不是電源的電 壓。變壓器的以上關(guān)系都是根據(jù)“口”字形的變壓器推出的,如果變壓器不是“口” 字形時(shí),應(yīng)根據(jù)變壓器的原理及各線圈中磁通量的關(guān)系推導(dǎo)出各物理量間的關(guān)系。二、理想變壓器動(dòng)態(tài)分析問題匝數(shù)比不變的情況(如圖所示)赫變,負(fù)載人變化3不變,根據(jù)#=呂,輸入電圧3決

5、定輸出電壓 5不論負(fù)載電阻R如何變化,Ui 1126也不變。當(dāng)負(fù)載電阻發(fā)生變化時(shí),/2變化,輸出電流人決定輸入電流 故力發(fā)生變化。 (3”2變化引起P2變化,Pl=P2,故戸發(fā)生變化。負(fù)載電阻不變的情況(如圖所示)栄攵變,負(fù)載人不變3不變,嚴(yán)發(fā)生變化,故5變化。Hi/?不變,5改變,故發(fā)生變化。根據(jù)A=罟,A發(fā)生變化,再根據(jù)Pl = P2,故戸變化,Pl = Wp U不變,故7)發(fā)生變化。分析變壓器動(dòng)態(tài)問題的程序U決定PlP2(IlUlI2U2)決定決定特別提醒關(guān)于理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析問題,解題的關(guān)鍵是分淸變量和不變量,弄清理想變壓 器中各物理量之間的聯(lián)系和相互制約的關(guān)系,即明確變壓器輸入電壓

6、與輸出電壓、輸入 電流與輸出電流跟匝數(shù)的關(guān)系,以及輸出電壓由輸入電壓決定,輸入電流由輸出電流決 定。三、遠(yuǎn)距離輸電問題理清“三個(gè)回路”如圖所示為遠(yuǎn)距離輸電的簡化電路原理圖。我們可以把它劃分為三個(gè)回路,即圖中 所示的回路1、回路2和回路3。2 b/線A 3 4 h廠A用戶J升壓變壓器降壓變壓器回路1回路2回路3抓住“兩個(gè)關(guān)系”(1)在上面的遠(yuǎn)距離輸電的簡化電路原理中,理想的升圧變壓器聯(lián)系了回路1和回路 2,由變圧器原理可以得到線圈1(匝數(shù)為)和線圈2(匝數(shù)為血)中各相關(guān)量之間的關(guān)系:U n IE pf(2)理想的降圧變圧器聯(lián)系了回路2和回路3,由變圧器原理可以得到線圈3(匝數(shù)為 心)和線圈4(匝

7、數(shù)為心)中各相關(guān)量之間的關(guān)系:竺P -P3掌握“一個(gè)能量守恒關(guān)系”遠(yuǎn)距離輸電過程中,在回路2的輸電線上會(huì)損耗一小部分電功率,剰余的絕大部分 電功率通過降圧變圧器和回路3輸送到用戶使用。整個(gè)輸電過程中的功率關(guān)系為P=P 總P珈在求解遠(yuǎn)距離輸電的相關(guān)問題時(shí),我們還應(yīng)熟練掌握以下幾點(diǎn)(1)一個(gè)原理耍減小輸電線上的電圧損失和電功率損失,就耍減小輸電電流,而輸電功率是確定 的,由P=IU知,應(yīng)提高輸電電壓。(2)兩個(gè)損失電圧損失:、U=I沢R&,主要原因是輸電線有電阻。SU2功率損失:P =IhR找=o(3)三個(gè)關(guān)系電壓損失關(guān)系:U=S-5,6是升圧變圧器的輸出電圧,5是降圧變圧器的 輸入電壓。XJJ1

8、功率損失關(guān)系:P拊=/訂?壩=丁,升圧變圧器的輸出功率和降壓變圧器的輸入功Art率之差即為損失的電功率。功率關(guān)系:j = P總一P琢特別提醒在遠(yuǎn)距離輸電問題中,計(jì)算輸電線上損失的功率時(shí)應(yīng)用P損二尿尺線,其原因是/線 可以由公式PTS求出,而PTS和T亦則不常用其原因是在-般 情況下,U資不易求出,且易將損和輸相混淆而造成錯(cuò)誤??挤ňC述本考點(diǎn)內(nèi)容在高考中考查頻度較高,一般單獨(dú)命題考查變圧器和遠(yuǎn) 距離輸電的相關(guān)問題的分析與計(jì)算,題型以選擇題為主,難度中等,因此復(fù)習(xí)本考點(diǎn)時(shí) 應(yīng)掌握:理約法 原制、力 個(gè)個(gè)種理想變圧器的工作原理理想變圧器中電流、電壓及功率的制約關(guān)系理想變圧器動(dòng)態(tài)問題的分析方法、遠(yuǎn)距離

9、輸電問題的解決方法 變壓器的原理及基本量的關(guān)系x lot)示的交變電圧時(shí),額定功率10 W的小燈泡恰好正常發(fā)光,己知燈泡的電阻為40 G,圖如圖甲所示,一理想變圧器給一個(gè)小燈泡供電。當(dāng)原線圈輸入如圖乙所變圧器輸入電圧的瞬時(shí)值表達(dá)式為=220V%inM(V)B電壓表的示數(shù)為220 V變丿玉器原、副線圈的匝數(shù)比為11 : 1變壓器的輸入功率為110W【答案C【解析由題圖乙可知二亨二100兀rad/s ,則變壓器輸入電壓的瞬時(shí)值表達(dá)式為”7/2= 22(h/2 smlOOM(V) , A錯(cuò)誤;小燈泡的額定功率P二10W ,由P二亍可得小燈泡的額 定電壓(7二20 V,小燈泡恰好正常發(fā)光,電壓表的示數(shù)

10、為20V ,B錯(cuò)誤;根據(jù)變壓器變 壓公式3: 5二川“2 ,可得奈二尋二,C正確;根據(jù)額定功率10 W的小燈泡恰好正 常發(fā)光,理想變壓器的輸入功率等于輸出功率,D錯(cuò)誤?!窘忸}法】變壓器原、副線圈的作用對(duì)電源與原線圈組成的閉合電路,原線圈相當(dāng)于用電器;對(duì)副線圈和用電器組成 的閉合電路,副線圈相當(dāng)于電源;與之串、并聯(lián)的用電器同樣遵循串、并聯(lián)電路的特點(diǎn) 和性質(zhì)。對(duì)理想變壓器,要注意靈活運(yùn)用變壓器的基本關(guān)系及能量守恒定律。命題法2含理想變壓器的動(dòng)態(tài)分析典例2圖甲中理想變圧器原、副線圈的匝數(shù)之比小:“2=5: 1,電阻R=20Q,Lh L2為規(guī)格相同的兩只小燈泡,Si為單刀雙擲開關(guān)。原線圈接正弦交變電源

11、,輸入電 壓隨時(shí)間J的變化關(guān)系如圖乙所示?,F(xiàn)將Si接1、S2閉合,此時(shí)L2正常發(fā)光。下列說 法正確的是()A輸入電圧/的表達(dá)式=2OV5sin5O7U VB只斷開S?后,Lh L2均正常發(fā)光C只斷開S?后,原線圈的輸入功率增大D.若Si換接到2后,R消耗的電功率為0.8W答案D解析由圖乙可知“二2OV5smlOOM V,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤;S = #3=4V。由題意 可知Li、L2的額定電壓為4 V。S】接1、斷開S2后,Li、L2不能達(dá)到額定電壓,因此選 項(xiàng)B錯(cuò)誤;由P5二琴可知,當(dāng)増大時(shí),戸減小,選項(xiàng)C錯(cuò)誤;當(dāng)&接2時(shí),厲 二等二第W二0.8W ,選項(xiàng)D正確?!窘忸}法】 含有變圧器的動(dòng)態(tài)電路問題

12、的解題思路1 確定原線圏電壓D原線圈電壓3為定值由2=器匕知,若半為定值, n3也為定值2 確定副線圈電壓“23 確定副線圈電流由厶=知,人増大時(shí)厶減小4確定輸出功率卩2由巴=/22知,厶減小時(shí)巴減小$5 確定輸入功率B由巴=卩如代減小時(shí)只也減小fl6 確定原線圏電流人由/=知,幾減小時(shí)/|也減小3命題法3遠(yuǎn)距離輸電的功率和電壓的損失典例3 如圖所示為遠(yuǎn)距離交流輸電的簡化電路圖。發(fā)電廠的輸出電壓是S用 等效總電阻是,的兩條輸電線輸電,輸電線路中的電流是幾 其末端間的電圧為在 輸電線與用戶間連有一理想變壓器,流入用戶端的電流為/2。貝 )發(fā) 電 廠L人用戶端的電壓為學(xué)輸電線上的電壓降為U理想變壓

13、器的輸入功率為/和輸電線路上損失的電功率為At/【答案A【解析由理想變壓器輸入、輸出功率相等可知戸二B,即U山二56二字, A正確;輸電線上的電壓降為 U二U-5,13錯(cuò);理想變壓器的輸入功率P二U山二Uh -/ir ,C錯(cuò);輸電線路上損失的電功率為P = Ivr = hU - IU , D錯(cuò)?!窘忸}法】輸電線路功率損失的計(jì)算方法Pfg = P-P/ ,P為輸送的功率,為用戶所得功率。P損二念R繪,/垃為輸電線路上的電流,/?銭為線路電阻。A Z/2P為輸電線路上損失的電壓,/?找為線路電阻。尸損二繪,為輸電線路上損失的電壓,/埃為輸電線路上的電流。命題法4遠(yuǎn)距離輸電的實(shí)際應(yīng)用典例4某小型發(fā)電

14、站的發(fā)電機(jī)輸出交流電壓為500 V,輸出電功率為50 kW,如果用電阻為3G的輸電線向遠(yuǎn)處用戶送電,這時(shí)用戶獲得的電圧和電功率是多少?假 如,要求輸電線上損失的電功率是輸送功率的06%,則發(fā)電站耍安裝一個(gè)升壓變圧器, 到達(dá)用戶前再用降圧變圧器變?yōu)?20 V供用戶使用,不考慮變圧器的能量損失,這兩個(gè) 變壓器原.副線圈的匝數(shù)比各是多少?答案200V 2X104W 1 : 10 497 : 22【解析先畫出輸電線路圖,然后以變壓器為界,分成幾個(gè)獨(dú)立的閉合電路,應(yīng)用 歐姆定律、串聯(lián)和并聯(lián)電路的特點(diǎn)及電功、電功率等有關(guān)公式分析各自的電流、電壓和 功率關(guān)系各獨(dú)立回路之間可通過變壓器的亠二#二半及理想變壓器

15、p=p2等聯(lián)系起來。H2 U1 1用500 V電壓送電時(shí)示意圖如圖所示。發(fā)電機(jī)R350 kW的電功率在輸電線上的電流:P_ 50X10?/o = Uo= 500A = 100 Ao用戶獲得電壓:UHR = (500 - 100X 3) V = 200 Vo用戶獲得的功率Pi = IoUi = 2X104 Wo改用高壓輸送時(shí)示意圖如圖所示,要求P損二06%P ,即Pjft = 50XI03X0.6%W =300 Wo發(fā)電站升壓后輸電電壓:P 50X103 u=7= 10V = 5000V ,升壓變壓器匝數(shù)比滬鄴鶏誥,輸電線上損失的電壓M =/?= 10X3 V = 30Vo降壓變壓器的輸入電壓:

16、th 二 U = (5000 - 30) V = 4970 V ,s rr “ K 耐 U 必 Uz 4970 497 降壓變壓器的匝數(shù)比応二厲二頑二邁?!窘忸}法】關(guān)于遠(yuǎn)距離輸電問題的處理思路畫出輸電線路圖,包括發(fā)電機(jī)、升壓變壓器、輸電線、降壓變壓器、負(fù)載等,將已知量和未知量標(biāo)在圖中相應(yīng)位置;將輸電線路劃分為幾個(gè)獨(dú)立回路;根據(jù)串、并聯(lián)電路特點(diǎn)、歐姆定律、電功率公式等確定各部分回路物理量之間的關(guān)系;根據(jù)升壓、降壓,原、副線圈的電壓、電流關(guān)系和功率關(guān)系列式求解。課堂練習(xí):1 思維辨析變壓器只對(duì)變化的電流起作用,對(duì)恒定電流不起作用。()變壓器不但能改變交變電流的電圧,還能改變交變電流的頻率。()正常

17、工作的變圧器當(dāng)副線圈與用電器斷開時(shí),副線圈兩端無電壓。()變壓器副線圈并聯(lián)更多的用電器時(shí),原線圈輸入的電流隨之減小。()增大輸電導(dǎo)線的橫截面積有利丁減少輸電過程中的電能損失。()高圧輸電是通過減小輸電電流來減少電路的發(fā)熱損耗。()在輸送電圧一定時(shí),輸送的電功率越大,輸電過程中的電能損失越大。()答案(1)V(2)X(3)X X (5)J(6) J (7)7(多選)如圖所示,一臺(tái)理想變壓器的原副線圈的匝數(shù)比為Hi : /12=40 : 1,在副線圈兩端接有46V 40 W ”的電燈泡。若燈泡正常發(fā)光,則下列說法中正確的是()在原、副線圈中,通過每匝線圈的磁通量時(shí)時(shí)刻刻都相同通過原、副線圈的交變電

18、流的頻率相同變圧器輸入電壓的最大值為240 V變壓器輸入功率為40 W答案ABD解析 原線圏的磁場都在鐵芯中,所以原副線圈中的磁場相同,通過每匝線圈的磁 通量也相同,選項(xiàng)A對(duì);既然原、副線圈是同一個(gè)磁場,那么原副線圈感應(yīng)電流變化的 頻率就相等,選項(xiàng)B對(duì);根據(jù)理想變壓器快二律,副線圈的燈泡正常發(fā)光即S二6 V , 帶入得(71 = 240 V,而額定電壓指的是有效電壓,所以變壓器輸入電壓有效值是3二240 V,最大值不確定,選項(xiàng)C錯(cuò);理想變壓器輸入功率等于輸出功率即燈泡正常發(fā)光的額 定功率40 W,選項(xiàng)D對(duì)。(多選)一臺(tái)發(fā)電機(jī)最大輸出功率為4000 kW,電壓為4000 V,經(jīng)變壓器門升壓 后向

19、遠(yuǎn)方輸電。輸電線路總電阻為/?=lkQo到目的地經(jīng)變圧器門降圧,負(fù)載為多個(gè)正 常發(fā)光的燈泡(220 V. 60 W)o若在輸電線路上消耗的功率為發(fā)電機(jī)輸出功率的10%, 變壓器0和門的損耗可忽略,發(fā)電機(jī)處于滿負(fù)荷工作狀態(tài),貝M )A門原、副線圈電流分別為1(P A和20 AB門原、副線圈電壓分別為1.8X105 V和220 VCT,和T2的變壓比分別為1 : 50和40 : 1D.有6X104盞燈泡(220 V. 60 W)正常發(fā)光答案ABD解析 遠(yuǎn)距離輸電的模型如圖所示。原線圈的電流為二 W(:;)(;()- A = 1X1O3A,輸電線上損失的功率為P損二 餌10%P1 ,所以寸0。丫器A

20、二20A , A正確;的變壓比為半二彳二話二命;廠副線圏的電壓為5二503二2X1O5 V ,門原線圈的電壓為5二 t/2-;2/? = 2X105V- 20X103V= 1.8X105V ,B 正確;兀的變壓比為瓷二怎二也打;)二 9X10390%Pi,C錯(cuò)誤;能正常發(fā)光的燈泡盞數(shù)為N二一甬一l = 6X l(r , D正確。作業(yè):1下而可以將電圧升高供給家用電燈的變壓器是()ABCD答案:C 電壓升高,原線圈的匝數(shù)要少于副線圈的匝數(shù),要接交流電,接直流電時(shí)變 壓器不工作,故C正確.(多選)如圖343所示為變圧器的示意圖,它被用來升高發(fā)電機(jī)的輸出電壓,下列說法 中正確的是()圖 3-4-3圖

21、中M是閉合的鐵芯發(fā)電機(jī)應(yīng)與線圈】相連,升高后的電壓由c、d兩端輸出電流以鐵芯為通路從一個(gè)線圈流到另一個(gè)線圈變壓器是根據(jù)電磁感應(yīng)原理工作的答案:AD 由題設(shè)知該變壓器為升壓變壓器,所以原線圈匝數(shù)小于副線圈匝數(shù),故II 為輸入端即接發(fā)電機(jī),【為輸出端,選項(xiàng)B錯(cuò);鐵芯提供閉合的磁路,使電能先變成磁 場能再在副線圈中變成電能,所以C項(xiàng)錯(cuò).故選A、D.圖34B. 2VD. 8V如圖344所示,變圧器原、副線圈匝數(shù)比為1 : 2,則副線圈中電壓表讀數(shù)為()0VC. 4V答案:A 由于原線圈接的是直流電源,所以通過副線圈的磁場不變,因此副線圈中電 壓表讀數(shù)為6選項(xiàng)A正確.4如圖34-5所示,理想變圧器原、副

22、線圈匝數(shù)之比為20: 1,原線圈接正弦交流電源,副線圈接入220V 60W”燈泡一只,II燈泡正常發(fā)光,貝9()電流表的示數(shù)為鐵A電源輸出功率為1 200W3電流表的示數(shù)為頑A原線圈端電壓為11 V【解析】 由燈泡正常發(fā)光可知,副線圈電壓為220 V,由卷二訃可知,原線圈電壓3 二20X220V二4400V,選項(xiàng)D錯(cuò)誤;又因輸入功率等于輸出功率,P1=P2 = 60W,故 選項(xiàng)B錯(cuò)誤;電流表讀數(shù)為有效值,原線圈中電流八二#二備 A二點(diǎn) A,故選項(xiàng)A 錯(cuò)誤,選項(xiàng)C正確.【答案】 C5理想變圧器的原線圈連接電流表,副線圈接入電路的匝數(shù)可以通過觸頭0調(diào)節(jié),在副 線圈輸出端連接了定值電阻心和滑動(dòng)變阻器

23、在原線圈上加一電壓為U的交流電, 如圖1所示.下列情況可能出現(xiàn)的是()圖1若0位置不變,將P向上滑動(dòng),U變大若Q位置不變,將P向上滑動(dòng),電流表的讀數(shù)變大若P位置不變,將Q向上滑動(dòng),電流表的讀數(shù)變大若P位置不變,將Q向上滑動(dòng),變圧器的輸入功率不變【解析】 當(dāng)理想變壓器的輸入電壓U,以及原、副線圈的匝數(shù)比不變時(shí),副線圏兩端 uf 2的電壓也不變,A項(xiàng)錯(cuò)誤;由P岀二知/?增大時(shí),輸出功率減小,又由P入二P岀R + R。得原線圈中的電流表讀數(shù)要減小,B項(xiàng)錯(cuò)誤;Q向上滑動(dòng)時(shí),增大,而負(fù)載電阻不 變,則輸出功率要增大,即輸入功率也要增大,原線圏中的電流就要增大,C項(xiàng)正確, D項(xiàng)錯(cuò)誤.【答案】 C如圖2所示

24、,某理想變壓器的原、副線圈的匝數(shù)均可調(diào)節(jié),原線圈兩端電壓為一最 大值不變的正弦交流電,在其他條件不變的情況下,為了使變壓器輸入功率增大,可使 ()原線圈匝數(shù)知增加副線圈匝數(shù)血減少負(fù)載電阻R的阻值增大負(fù)載電阻R的阻值減小【解析】 由贄二# , P岀二春可得P出二請(qǐng)皆,又因?yàn)镻入二P岀,所以P入二請(qǐng)憐,分 析可得選項(xiàng)D正確【答案】D如圖4所示,厶和厶2是高圧輸電線,甲、乙是兩只互感器,若己知山:/:2=1 000 : 1, 心:心=1: 100,圖中電壓表示數(shù)為220 V,電流表示數(shù)為10 A,則高圧輸電線的送電 功率為()Ia0A?04樸“尸一丄甲乙圖4A. 2.2X103WC 2.2 X 10s WB 2.2X102WD 2.2X104W【解析】根據(jù)題圖甲可得.高壓輸電線的送電電壓辭甲二220 kV ;根據(jù)題圖乙 可得,送電電流/二仙乙二1 000 A ;所以高壓輸電線的送電功率P=UI=220 kVX 1 000A = 2.2X108W , C 正確【答案】 C調(diào)圧變壓器就是一種口耦變壓器,它的構(gòu)造如圖5甲所示.線圈繞在一個(gè)圓環(huán)形 的鐵芯上,C、D之間輸入交變電壓,轉(zhuǎn)動(dòng)滑動(dòng)觸頭P就可以調(diào)節(jié)輸出電壓.圖甲中兩 電表均為理想交流電表,心為定值電阻,忌為滑動(dòng)變阻器現(xiàn)在C、兩

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