日光灯实验报告

1.4 单相电路参数测量及功率因数的提高 1.4.1 实验目的

1． 掌握单相功率表的使用。 2． 了解日光灯电路的组成、工作原理和线路的连接。 3． 研究日光灯电路中电压、电

流相量之间的关系。 4． 理解改善电路功率因数的意义并掌握其应用方法。 1.4.2实验原理

1．日光灯电路的组成 日光灯电路是一个rl串联电路，由灯管、镇流器、起辉器组成，如图1.4.1所示。由于

有感抗元件，功率因数较低，提高电路功率因数实验可以用日光灯电路来验证。 图1.4.1日光灯的组成电路 灯管：内壁涂上一层荧光粉，灯管两端各有一个灯丝（由钨丝组成），用以发射电子，管

内抽真空后充有一定的氩气与少量水银，当管内产生辉光放电时，发出可见光。 镇流器：是绕在硅钢片铁心上的电感线圈。它有两个作用，一是在起动过程中，起辉器突然断开时，其两端感应出一个足以击穿管中气体的高电压，使灯管中气体电离而放电。二是正常工作时，它相当于电感器，与日光灯管相串联产生一定的电压降，用以限制、稳定灯管的电流，故称为镇流器。实验时，可以认为镇流器是由一个等效电阻rl和一个电感l串联组成。

起辉器：是一个充有氖气的玻璃泡，内有一对触片，一个是固定的静触片，一个是用双金属片制成的u形动触片。动触片由两种热膨胀系数不同的金属制成，受热后，双金属片伸张与静触片接触，冷却时又分开。所以起辉器的作用是使电路接通和自动断开，起一个自动开关作用。

2．日光灯点亮过程

电源刚接通时，灯管内尚未产生辉光放电，起辉器的触片处在断开位置，此 时电源电压通过镇流器和灯管两端的灯丝全部加在起辉器的二个触片上，起辉器的两触片之间的气隙被击穿，发生辉光放电，使动触片受热伸张而与静触片构成通路，于是电流流过镇流器和灯管两端的灯丝，使灯丝通电预热而发射热电子。与此同时，由于起辉器中动、静触片接触后放电熄灭，双金属片因冷却复原而与静触片分离。在断开瞬间镇流器感应出很高的自感电动势，它和电源电压串联加到灯管的两端，使灯管内水银蒸气电离产生弧光放电，

并发射紫外线到灯管内壁，激发荧光粉发光，日光灯就点亮了。 灯管点亮后，电路中的电流在镇流器上产生较大的电压降（有一半以上电压），灯管两端（也就是起辉器两端）的电压锐减，这个电压不足以引起起辉器氖管的辉光放电，因此它的

两个触片保持断开状态。即日光灯点亮正常工作后，起辉器不起作用。 3．日光灯的功率因数 日光灯点亮后的等效电路如图1.4.2 所示。灯管相当于电阻负载ra，镇流器用内阻rl和电感l 等效代之。由于镇流器本身电感较大，故整个电路功率因数很低，整个电路所消耗的功率p包括日光灯管消耗功率pa和镇流器消耗的功率pl。只要测出电路的功率p、电流i、

总电压u以及灯管电压ur，就能算出灯管消耗的功率pa=i3ur， 镇流器消耗的功率pl =p?pa ，cos?? p ui

ra 图1.4.2日光灯工作时的等效电路 2．功率因数的提高 日光灯电路的功率因数较低，一般在0.5 以下，为了提高电路的功率因数，可以采用与

电感性负载并联电容器的方法。此时总电流i 是日光灯电流 il 和电容器电流 ic的相量和：i?il?ic，日光灯电路并联电容器后的相量图如图1.4.3 所示。由于电容支路的电流ic 超前于电压u 90°角。抵消了一部分日光灯支路电流中的无功分量，使电路的总电流i减小，从

而提高了电路的功率因数。电压与电流的相位差角由原来的 ??减小为?，故cos?＞cos??。 当电容量增加到一定值时，电容电流ic等于日光灯电流中的无功分量，?= 0。cos?=1，

此时总电流下降到最小值，整个电路呈电阻性。若继续增加电容量， ? ?

? 总电流i反而增大，整个电路变为容性负载，功率因数反而下降。 ?ic?ic?icl 图1.4.3 日光灯并联电容器后的相量图 5．单相功率表及其用法 具体内容见1.3.2节中的(3)。 1.4.3实验预习要求

1． 预习日光灯工作原理，并联电容器对提高感性负载功率因数的原理、意 义及其计算公式。

2． 如图1.4.1所示电路中，日光灯管（ra）与镇流器（rl、l）串联后，接 于220v、50hz的交流电源上，点亮后，测得其电流i=0.35a，功率p=40w，灯管两端电压ua=100v。要求写出下列各待求量的计算式。 ①求cosφ1=？、φ1=？、ra =？、rl =？、

l=？、灯管消耗的功率pa和镇流器消耗的功率pl。 ②并联c=3μf 后，求ic=？、i=？、cosφ=？。 ③按比例画出并联电容器后的相量图。（如图1.4.3，计算出电压与总电流的相位差角φ） 3．熟悉交流电压表、电流表和单相自耦调压器的主要技术特性，并掌握其正确的使用方法。

1.4.4 实验设备与器件

1． 交流电压表 2． 交流电流表 3． 功率表 4． 自耦调压器 5． 镇流器 6． 电容器 7． 起辉器 8． 日光灯管 9． 电流表插座 1.4.5 实验内容与步骤

日光灯实验线路如图1.4.4所示。 1．提高感性负载功率因数实验 如图1.4.4所示的实验线路中，按2.2μf、4.7μf、6.9μf、依次并上电容器c1、c2、c3。当电容变化时，分别记录功率表及电压表读数，测得三条支路电流i、il、ic的值。测

量数据记入表1.4.2。

表1.4.2日光灯功率因数提高实验参数测量

注：表中i为i的计算值，i?il?ic，其中il和ic为上表中测量值。 图1.4.4日光灯交流电路 ? ?

? 1.4.6 实验思考题

1．给出实验内容（1）中计算ra、rl、l的计算过程及公式，将结果填入表1.4.1中。 2．计算出本实验中灯管消耗的功率pa和镇流器消耗的功率pl。 3．画出实验内容（2）当电容为0、2.2μf、4.7μf、6.9μf时类似图1.4.3的电压电

流相量图，要求计算出各总电流i与总电压u的相位差角，给出公式及计算过程。 4．若要使本实验中日光灯电路完全补偿（也就是功率因数提高到1），需要并联多大容

值的电容？请给出计算式并计算出最后结果。 5．是否并联电容越大，功率因数越高？为什么？ 6．当电容量改变时，功率表有功功率的读数、日光灯的电流、功率因数是否改变？为什么？ ? ?

1.4.7 实验注意事项 1．本实验用交流市电220v，用单相自耦调压器来实现电压调节，当供电电源电压为220v时，调压器的输出可在0~250v之间连续调节，务必注意人身和设备的安全。注意电源的火线

和地线，在实际安装日光灯时，开关应接在火线上。 2．在使用自耦调压器过程中，接通电源前，都必须将电压调至零电压处（即逆时针旋转

到头，然后再合上电源，逐渐增大电压至需要值。 3．不能将220 v 的交流电源不经过镇流器而直接接在灯管两端，否则将损坏灯管。 4．功率表、电压表、电流表要正确接入电路，电流表应串入电路中测量电流。 5．电路接线正确，日光灯不能起辉时，应检查起辉器及其接触是否良好。 6．每次改接

线路，一定要在断开电源的情况下进行，以免发生意外。 1.4.8 实验报告要求

1．结合实验思考题，完成表1.4.1和表1.4.2的数据计算。 2．根据实验数据说明日光灯电路并联电容器后总电流变化与电容量的关系，电容量过大

对电路性质有什么影响。

3．以电容c的值为自变量绘制cos?曲线。 4．小结本实验得到的结论和心得体会。 *5. 根据实验数据，分别绘出电压、电流相量图，验证相量形式的基尔霍夫定律。篇二：

电路基础实验报告 日光灯功率因素改善实验 实验题目: 日光灯电路改善功率因数实验 一、实验目的

1、了解日光灯电路的工作原理及提高功率因数的方法； 2、通过测量日光灯电路所消耗的功率，学会电工电子电力拖动实验装置； 3、学会日光

灯的接线方法。 二、实验原理

用p、s、i、v分别表示电路的有功功率、视在功率、总电流和电源电压。 按定义电路的功率因数cos?? pp?。由此可见，在电源电压且电路的有功功siu 率一定时，电路的功率因数越高，它占用电源（或供电设备）的容量s就越少。 日光灯电路中，镇流器是一个感性元件（相当于电感与电阻的串联），因此它是一个感性

电路，且功率因数很低，约0.5—0.6。 提高日光灯电路（其它感性电路也是一样）功率因数的方法是在电路的输入端并联一定

容量的电容器。如图7-1所示： 图7-1 图7-2 图7-1 并联电容提高功率因数电路 图7-2 并联电容后的相量图 图7-1中l为镇流器的电感，r为日光灯和镇流器的等效电阻，c为并联的 ?，电容支路电流i?（等?，灯管支路电流i电容器，设并联电容后电路总电流irlc 于未并电容前电路中的总电流），则三者关系可用相量图如图7-2所示。由图7-2 ?的相位差为?，功率因数为?，i?与总电压u知，并联电容c前总电流为ilrlrl?，i?与

总电压u?的相位差为?，功率因数为cos?l；并联电容c后的总电流为i cos?；显然cos?＞cos?l，功率被提高了。并联电容c前后的有功功率 ?减小，p?irlucos?l?iucos?，即有功功率不变。并联电容c后的总电流i 视在功率s?iu则减小了，从而减轻了电源的负担，提高了电源的利用率。 三、实验设备

电工电子电力拖动实验装置一台，型号：th-dt、导线若干 四、实验内容 1、功率因数测试 按照图7-3的电路 实验电路如图7-3所示，将三表测得的数据记录于表7-1中。 图7-3 日光灯实验电路 w为功率表,c用可调电容箱。 五、实验数据与分析 实验分析： s=ui （保留三位有效数据） 220*0.410=90.2 w cosф=0.420 220*0.365=80.3 w cosф=0.480 220*0.395=86.9 w cosф=0.500 220*0.280=61.6 w cosф=0.610 220*0.230=50.6 w cosф=0.730 220*0.265=58.3 w cosф=0.720 220*0.200=44.0 w cosф=0.860 220*0.210=46.2 w cosф=0.900 220*0.230=50.6 w cosф=0.770

220*0.270=59.4 w cosф=0.730 220*0.770=169w cosф=0.310 根据s=ui，由表7-1可知，在一定范围内，有功功率p一定时，功率因素cosф越大，

视在功率s越少 表7-2

六、结论 在日光灯电路中，在一定范围内，电容值越大，视在功率越 少，有电源电压且电路的有功功率一定时，随电路的功率因素提高，它占用电源的容量

s就降低，负载电流明显降低。篇三：日光灯电路实验 4.3 日光灯电路的联接及功率因数的提高 一. 实验目的

1. 学习功率表的使用；

2. 学会通过u、i、p的测量计算交流电路的参数； 3. 学会如何提高功率因数。 二. 原理及说明 日光灯结构图如图4.3-1所示，k闭合时，日光灯管不导电，全部电压加在启辉器两触片之间，使启辉器中氖气击穿，产生气体放电，此放电产生的一定热量使双金属片受热膨胀与固定片接通，于是有电流通过日光灯管两端的灯丝和镇流器。短时间后双金属片冷却收缩与固定片断开，电路中电流突然减小；根据电磁感应定律，这时镇流器两端产生一定的感应电动势，使日光灯管两端电压产生400至500v高压，灯管气体电离，产生放电，日光灯点燃发亮。日光灯点燃后，灯管两端电压降为100v左右，这时由于镇流器的限流作用，灯管中电流不会过大。同时并联在灯管两端的启辉器，也因电压降低而不能放电，其触片保持断开状

态。 日光灯工作后，灯管相当于一电阻r，镇流器可等效为电阻rl和电感l的串联，启辉器

断开，所以整个电路可等效为一r、l串联电路，其电路模型如图4.3-2所示。 三. 仪器设备

电工实验装置 ：dg032 、dy02t 、dg054-1t 注意 ：1. 测电压、电流时，一定要注意表的档位选择，测量类型、量程都要对应。 2. 功率表电流线圈的电流、电压线圈的电压都不可超过所选的额定值。 3. 自耦调压器

输入输出端不可接反。 4. 各支路电流要接入电流插座。 5. 注意安全,线路接好后，须经指导教师检查无误后，再接通电源。 四. 实验步骤 1. 测量交流参数

对照实验板如图4.3-3接线(不接电容c)。 调节自耦调压器输出，使u=220v，进行测试，填表4.3-1。 表4.3-1 测量交流参数 2. 提高功率因数

按表4.3－2并联电容c，令u=220v不变，将测试结果填入表4.3-2中。 表4.3-2 并电容后测量 五. 实验报告 1. 若直接测量镇流器功率，功率表应如何接线，作图说明。 2. 说明功率因数提高的原

因和意义。 3. 电容是否能提高功率因数。篇四：实验3 日光灯电路及功率因数的提高 实验三 交流电路的研究 一、实验目的 1、学会使用交流数字仪表（电压表、电流表、功率表）和自耦调压器； 2、学习用交流数字仪表测量交流电路的电压、电流和功率； 3、学会用交流数字仪表测定交流电路参数的方法； 4、加深对阻抗、阻抗角及相位差等概念的理解。 5、研究提高感性负载功率因数的方法和意义； 二、实验原理

1、交流电路的电压、电流和功率的测量 正弦交流电路中各个元件的参数值，可以用交流电压表、交流电流表及功率表，分别测量出元件两端的电压u，流过该元件的电流i和它所消耗的功率p，然后通过计算得到所求的各值，这种方法称为三表法，是用来测量50hz交流电路参数的基本方法。计算的基本公式为：

电阻元件的电阻：r? uriuliuci pi 2 或r? xl2?f 12?fx c

电感元件的感抗xl? ，电感l?

电容元件的容抗xc? ，电容c?

ui xr

串联电路复阻抗的模z? pi 2

，阻抗角 ? ?arctg

其中：等效电阻 r?，等效电抗x?z

2 ?r

2 在r、l、c串联电路中，各元件电压之间存在相位差，电源电压应等于各元件电压的相

量和，而不能用它们的有效值直接相加。 电路功率用功率表测量，功率表（又称为瓦特表）是一种电动式仪表，其中电流线圈与负载串联，（具有两个电流线圈，可串联或并联，以便得到两个电流量程），而电压线圈与电

源并联，电流线圈和电压线

方法与电动式功率表相同，电压、电流量程分别选500v和3a。 2、提高感性负载功率因数的研究 供电系统由电源（发电机或变压器）通过输电线路向负载供电。负载通常有电阻负载，如白炽灯、电阻加热器等，也有电感性负载，如电动机、变压器、线圈等，一般情况下，这

两种负载会同时存在。由于电感性负载有较大的感抗，因而功率因数较低。 圈的同名端（标有*号端）必须连在一起，如图3-1所示。本实验使用数字式功率表，连

接 若电源向负载传送的功率p?uicos?，当功率p和供电电压u一定时，功率因数cos?越低，线路电流i就越大，从而增加了线路电压降和线路功率损耗,若线路总电阻为rl，则线路电压降和线路功率损耗分别为?ul?irl和?pl?i2rl；另外，负载的功率因数越低，表明无功功率就越大，电源就必须用较大的容量和负载电感进行能量交换，电源向负载提供有功功率的能力就必然下降，从而降低了电源容量的利用率。因而，从提高供电系统的经济效益和供电

质量，必须采取措施提高电感性负载的功率因数。 ??cos?? pui 计算。 本实验的电感性负载用铁心线圈，（日光灯镇流器）电源用220v交流电经自耦调压器调压供电。

三．实验设备 1．交流电压表、电流表、功率表（在控制屏） 2．自耦调压器（输出可调的交流电压） 3．neel—17（或eel—52、eel—55或meel—001、meel—02）—30w镇流器，630v/4.3

μf电容器，电流插头，40w/220v白炽灯，30w日光灯 四．实验内容

1．测量日光灯电路 日光灯电路如图3-2所示，功率表的连接方法见图3-1，交流电源经自耦调压器调压后向负载日光灯供电。将电压u调到220v，测量日光灯管两端电压ur、镇流器电压url和总电

压u以及电流和功率，并记入自拟的数据表格中。 2．提高感性负载功率因数实验 按图3-2组成实验电路经指导老师检查后，按下按钮开关，调节自耦变压器的输出电压为220v，记录功率表、功率因数表、电压表和电流表的读数，接入电容，从小到大增加电容值，记录不同电容值时的功率表、功率因数表、电压表和电流

表的读数，并记入表3-1中。实210v，以便对实验数据进行比较。 验中用电流取样插头测量三个支路的电流。在实验过程中，一直要保持负载电压u2等于 注意：日光灯启动时电流较大（约0.6a），工作时电流约为0.37a，注意仪表量程选择。 五．实验注意事项 1．通常，功率表不单独使用，要有电压表和电流表监测，使电压表和电流表的读数不超

过功率表电压和电流的量程；

2．注意功率表的正确接线，上电前必须经指导教师检查； 3．自耦调压器在接通电源前，应将其手柄置在零位上，调节时，使其输出电压从零开始逐渐升高。每次改接实验负载或实验完毕，都必须先将其旋柄慢慢调回零位，再断电源。必

须严格遵守这一安全操作规程。 

六．预习与思考题

1．自拟实验所需的表格；

2．参阅课外资料，了解日光灯的电路连接和工作原理； 3．当日光灯上缺少启辉器时，人们常用一根导线将启辉器插座的两端短接一下，然后迅

速断开，使日光灯点亮；或用一只启辉器去点亮多只同类型的日光灯，这是为什么？

4．了解功率表的连接方法； 5．了解自耦调压器的操作方法。 6．电感性的负载为什么功率因数较低？负载较低的功率因数对供电系统有何影响？为什么？

7．为了提高电路的功率因数，常在感性负载上并联电容器，此时增加了一条电流支路， 试问电路的总电流是增大还是减小？此时感性负载上的电流和功率是否改变？

8．提高线路功率因数为什么只采用并联电容器法，而不用串联法？ 七．实验报告要求 1．根据实验1的数据，计算镇流器的参数（电阻r和电感l）；

2．根据实验2的数据，画出各个电压和电流的相量图，说明各个电压之间的关系。 3．根据实验2数据，计算出日光灯和并联不同电容器时的功率因数，并说明并联电容器对功率因

数的影响。绘制出功率因数与所并电容的曲线，所并电容是否越大越好? 4．根据表3-1中的电流数据，说明 i＝ic＋irl吗？为什么？ 7．画出所有电流和电源电压的相量图，说明改变并联电容的大小时，相量图有何变化？ 8．根据实验2数据，从减小线路电压降、线路功率损耗和充分利用电源容量两个方面说明提

高功率因数的经济意义。

9．回答思考题6、7、8。篇五：日光灯实验 实验报告 课程名称：电网络分析实验 指导老师：姚缨缨 成绩：__________________ 实验名称：耦合电感等效参数的电工测量法与传递误差 实验类型：研究探索型同组学生姓名：________ 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、

实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得 一、实验目的和要求?

1.学习电感线圈的直流电阻和自感的测量方法 2.学习交流电路中耦合电感线圈的互感系数的测量方法 3.了解间接测量中测量误差的传递方式

4.对各种测量方案进行比较，学会选择电路参数测定的最佳方案 二、实验内容和原理 ? 三、主要仪器设备

1.数字万用表 2.电工综合实验台 3.dg10互感线圈实验组件 4.dg11单向变压器实验组件 四、操作方法和实验步骤?

方案1：二次侧开路伏安法,11’接交流电源,22’开路,测量i1,u1,u2,然后交换位置

方案2、 3：正向串联/反向串联伏安法测量 方案4： 2三表法测量线路： 实验名称：耦合电感等效参数的电工测量法与传递误差 姓名：刘震 注意 学号：3130104721 1.线圈用漆包铜线绕制而成， 通过不同电流时所引起的发热程度不同，这将影响线圈的直流电阻值。 各实验任务的实验先后顺序，会影响线圈的通电时间，并最终对实验结果产生影响。

方案上要预先考虑直流电阻在实验过程中的变化对最终结果的影响，并考虑如何减小这种影响。

五、实验数据记录和处理? 1.直流法测r1、r2

u1=2.83v i1=155.3ma；r1=u1/i1=18.2ω u2=3.98v i2=151.5ma；r2=u2/r2=26.3ω l1=1/w*√(u1/i1(1))^2-r1^2)=1/314*√(5.13/0.163)^2-18.2^2)=0.08177h l2=1/w*√(u1/i1(2))^2-r2^2)=1/314*√(5.13/0.189)^2-26.3^2)=0.02137h m12=u2k/wi1=0.825/(314*0.163)=0.01612h m21=u1k/wi2=0.958/(314*0.189)=0.01614h

m1=(m12+m21)/2=16.13mh 正向串联测互感： m2=1/314*(√((15.42/0.251)^2-(18.2+26.3)^2))-(0.08177+0.02137)=0.03175h=31.75mh 正反向串联法测互感： m4=1/628*[√((15.42/0.251)^2-(18.2+26.3)^2)- √

((15.19/0.297)^2-(18.2+26.3)^2)=0.02730h=27.30mh 4.三表法测量l1、l2 测量l1：r0=p/i^2=16.17ω z=u/i=30.83ω x0=√(z^2-r^2)=26.24ω l=(1/w)*x0=83.60mh 测量l2：r0=p/i^2=25.78ω z=u/i=27.93ω x0=√(z^2-r^2)=26.24ω l=(1/w)*x0=34.28mh

六、实验结果与分析?

1.查表知直流电压表与直流电流表的测量精度均为0.5级 则du1=0.5%*2.83v=0.01415v di1=0.5%*0.1553a=0.0007765a du2=0.5%*3.98v=0.0199v di2=0.5%*0.1515a=0.0007575a 2. 查表知交流电压表与交流电流表的测量精度均为0.5级 则du=0.5%*5.13v=0.02565v di1(1)= 0.5%*0.163a=0.000815a di1(2)= 0.5%*0.189a=0.000945a du2(1)=

0.5%*0.825v=0.004125v du2(2)= 0.5%*0.958v=0.00479v 3.对开路电压法的误差分析

由 得dr1= 0.2ω dr2=0.3ω 由 得dl1=2.26mh dl2=7.21mh 由 得dm12=0.16mh dm21= 0.16mh 误差分析： 由实验结果可以看出本实验存在一定误差，开路电压法测量l2时误差较大。测量r1,r2,l1,m时，误差较小。三表法测量得到的自感与开路电压法较为接近，而正向串联法和

正反向串联法测得的互感与开路电压法测得的互感差距较大。 由计算公式及误差传递公式可以看出， 正反串联法测互感由于减去了中间变量 l1、 l2， 使系统误差大大减小。如果测量时能够保持电压（电流）的大小不变，并使用同一电压（电

流）表在同一量程下测量，则可保证电压（电流）的基本误差性质相同，这时上式中某些小

括号内的后两项与第一项之间就可以相互抵偿，从而使总误差减小。 实验的主要误差分析如下所述： 1. 电流表、 电压表存在有仪表误差，交流电源的不稳定造成的误差； 2. 线圈用漆包铜线绕制而成，通过不同电流时所引起的发热程度不同，这将影响线圈的直流电阻值 3. 各实验任务的实验先后顺序，会影响线圈的通电时间，进而导致线圈发热程

度不同，等效电阻r的不同，并最终对实验结果产生影响； 最终结果（取开路电压法的值）： r1=(18.2±0.2)ω r2=(26.3±0.3)ω l1=(81.77±

2.26)mh l2=(21.37±7.21)mh m1=(16.13±0.16)mh 七、讨论与心得

1.讨论 互感实验用的电感能不能作为下一次日光灯实验备用方案的负载？ 我的想法：将电感正向串接，用16v变压器输入，需要同时串接电阻。经多次仿真结果显示能将最佳补偿点控

制在7μf左右，同时功率表读数在1.2w左右，电阻的功率也没有超过1w。 另外，使用此方案，初始的功率因数高达0.9，虽然能看出补偿效果，但是效果实在不

明显。如果要减小电阻，增大补偿效果，最佳补偿点需大于8μf。 与同学们讨论的结果是，使用小电感小电阻串联，并使用变压器提供电源的方式具备可行性，但存在不足，有同学计算出如果要将初始功率因数控制在0.8以下，而且最佳补偿点在8μf的话，需要460mh的电感。

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