电动机的机械特性教案[五篇模版]

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第一篇:电动机的机械特性教案

第一章

电力拖动系统的动力学基础

【引入】用电动机作原动机的拖动方式,称为电力拖动。现代化矿井使用着大量的生产机械,几乎全部是采用电力拖动的。

第一节 机械特性

一、电力拖动装置的组成

通常,一套电力拖动装置由工作机构(生产机械)、电动机、传动机构和控制设备四部分组成。如图1.1.1所示。

图 1.1.1电力拖动系统示意图

1、工作机构

工作机构是生产机械执行工作的机械部分,如提升机的卷筒、钢丝绳及提升容器,采煤机的滚筒与截齿等。电力拖动过程中,负荷的变化往往来自工作机构。

2、电动机

电动机是电力拖动装置的原动机,它的作用是把电源提供的电能转变为机械能用以拖动生产机械运转。

电动机分交流电动机和直流电动机两大类。

3、传动机构

大多数情况下,电动机与工作机构并不直接连接,而是中间还有一套传动机构用来变速或改变运行方式,如联轴器、皮带、链条及减速器等。

4、控制设备

控制设备是控制电动机运转的设备,由各种控制电器和控制电机组成,用以控制电动机的起动、调速、制动和反转等。

除了上述四部分外,还有电源装置,如各种开关柜,上面配有继电保护装置和指示仪表,用以向电动机和控制设备供电。

二、拖动系统的类型

单轴系统:电动机的转轴直接与工作机构的转轴相连接的拖动系统; 多轴系统:电动机和工作机构之间通过若干传动机构相连接的拖动系统。

1、电动运行状态(第一三象限)

其特点是电动机转矩M的方向与旋转方向(转速n的方向)相同,M为拖动转矩。电动机从电网取得电能并变为机械能带动负载运转。

2、制动运转状态(第二四象限)电动机的转矩M与转速的方向相反,M为制动转矩。此时生产机械带动电动机旋转,电动机吸收机械能并变成电能送回电网或消耗在电阻上。关于制动运转状态的分析将在后面有关章节中讨论。

三、机械特性

1、生产机械的负载特性

生产机械在运转中受到阻转矩的作用。此转矩叫负载转矩ḾL反映到电动机轴上即为ML。生产机械的负载特性指其转速nL与负载转矩ML'的关系反映到电动机轴上便是

n=ƒ(ML)

大多数生产机械的负载特性可归纳为以下三种类型: 1)恒转矩特性

恒转矩特性的特点是负载转矩与转速无关,如图1.1.3所示。矿井提升机、带式输送机等机械具有这种特性。

图1.1.3 恒转矩负载特性

a一位能负载特性;b一反作用负载特性

恒转矩负载又分两类:位能负载和反作用负载。2)通风机类负载特性

此类负载转矩的大小与转速平方成正比,如图1.1.4所示。在低速下转矩很小,随着转速的升高,负载逐渐加大,加大的速率逐渐减小。通风机、水泵具有这种特性。这类负载低速阻转矩很小,故起动容易。

图1.1.4 通风机类负载特性

图1.1.5 恒功率负载特性

3)恒功率负载特性

恒功率负载,转矩与转速成反比,即

PL一定时,ML与n成反比。恒功率负载特性如图1.1.5所示。

2、电动机的机械特性

电动机的机械特性指电动机的转速n与其电磁转矩的关系

n=ƒ(M)

如图1.1.6所示。图中1、2、3、4分别为同步电动机、异步电动机、他励式直流电动机和串励式直流电动机的机械特性。

所谓“硬度”系指电动机转矩的改变引起转速变化的程度,通常用硬度系数α表示。特性曲线上任一点的硬度系数定义为该点转矩变化的百分数与转速变化的百分数之比,即

不同类型的电动机,在相同的△M下△n不同因此α也不同。根据硬度系数α的大小,电动机的机械特性可分为三种类型:

1、绝对硬特性

当转矩变化时电动机的转速恒定不变,△n=0,硬度系数α=∞。同步电动机具有这种机械特性。

2、硬特性

当转矩变化时,电动机的转速变化不大,△n较小,硬度系数较大,α=-(40—10)。异步电动机特性曲线的稳定工作部分和他励式直流电动机具有此类特性。

3、软特性

当转矩变化时,电动机转速变化很大,△n很大,硬度系数小,α为-(5—1)左右直流串励电动机具有这种机械特性。课后小结:

1、电力拖动系统的组成;

2、电力拖动系统各物理量的方向;

3、电力拖动系统的机械特性。课后作业:习题一

第二节

拖动系统的运动学方程式

【复习】生产机械的机械特性及其特点。

【引入】电力拖动系统是一个整体,电动机通过传动装置带动生产机械运转。电动机的电磁转矩一方面要克服生产机械的负载转矩和系统的摩擦阻转矩,另一方面还要平衡系统变速所需要的惯性转矩。

一、运动方程式

根据动力学的原理,电力拖动系统的运动方程式可写为

式中

M——电动机的电磁转矩,即拖动转矩;

ML——系统的静阻转矩,包括生产机械的负载转矩和系统的摩擦转矩;

GD——系统的飞轮惯量,它反映了一个旋转体的转动惯性,与旋转体的重量、形状和轴的位置有关;

dn/dt——电动机转速的变化率。从上式看出

(1)匀速转动时,dn/dt=0,M=ML,电动机的拖动转矩只用来平衡系统的静阻转矩、电力拖动系统处于稳定运行状态。

(2)加速运动时,dn/dt>0,M>ML,电动机的拖动转速大于静阻转矩,多余部分用于系统加速。

(3)减速运行时,dn/dt <0,M

了一部分静阻转矩。

二、多轴系统的折算

由于中间传动装置的变速作用,实际拖动系统各部分的转速往往是不同的,转矩也不同。下面以图1.1.2的提升绞车为例加以讨论。

2图 1.1.2 提升绞车传动系统示意图

1、功率的传递

电力拖动中,电动机把电网提供的电能变成机械能,通过传动机构再把机械能传给生产机械。若忽略传动中的损失,那么

式中

PM——电动机的电磁功率;

P¹L——工作机械的机械功率。

实际上,在传动中由于齿轮间、轴与轴承间的摩擦等阻力的作用传动机构要损失一部分功率,变成了热能。假设损失的这部分功率为P0,则

ηt叫传动装置的传动效率,它的值小于1。考虑到传动损失,在电动机拖动生产机械运转时,2、力和转矩的传递

电动机的拖动功率略大于生产机械的机械功率。

一对齿轮啮合时,在轮齿接触处,主动轮给从动轮的作用力等于从动轮给主动轮的反作用力。由于齿轮的直径不同,传动的转矩便不相等。对于减速传动,小齿轮带动大齿轮,转速变低,转矩变大。

如图1.1.2所示,Z2与Z3固定在同一轴上,这两个齿轮上的转矩相等。Z3

与Z4啮合,使大轴上的转矩又大于中间轴上的转矩。

根据功率传递关系得出

式中

ML——负载反映到电动机轴上的转矩;

ḾL——工作机械的静阻转矩;

j——电动机轴与工作机械轴的传动比; ηt——传动效率。

对于减速传动,由于j大于1,生产机械反映到电动机轴上的转矩小于生产机械轴上的转矩。在一个传动系统中,转矩与各轴的转速成反比,转速越低的轴,工作转矩越大,因此轴的直径也越大。课后小结:

1、电力拖动系统的运动学方程式;

2、多轴系统的折算;

课后作业:习题一

第三节

拖动系统的静态工作点

【复习】运用运动学方程式进行多轴系统的计算方法。

【引入】电动机拖动生产机械运行时,负载转矩通过传动机构作用于电动机轴上,所以在系统运行中电动机的机械特性与生产机械的负载特性是同时存在的。要使电动机稳定运行,须具有下述条件:

一、必要条件

从运动学方程式可知,当拖动转矩M和负载转矩ML大小相等、方向相反互相平衡时,转速为某一稳定值,系统处于稳定状态,所以两条特性曲线有交点是稳定运行的必要条件。交点对应的转速即为系统的稳定运转速度。如图1.1.7所示,图中A点为直流他励电动机带恒转矩负载的一个稳定工作点。如果

负载转矩由ML1增加到ML2,则工作点从A移到B,电动机的转矩也相应地增加,转速从nA降到nB,又稳定运行于B点。

二、充分条件

如果拖动系统原来在交点处运行,由于某种原因(如电源电压波动、负载冲击等)使转速稍有变化,离开了原工作点,当干扰消除后,拖动系统有能力恢复到原工作点,则系统运行就是稳定的。现以异步电动机拖动恒转矩负载为例进行分析。

图1.1.7 他励电动机带恒转矩负载稳定工作点

图1.1.8拖动系统稳定运行条件分析

课后小结:

3、拖动系统的静态工作点;

4、拖动系统的稳定性。课后作业:习题一

第二篇:电动机教案

【课题】电动机

【教学目标】 1.知识与技能

①了解磁场对通电导线的作用;

②初步认识科学与技术、社会之间的关系。2.过程与方法

经历制作模拟电动机的过程,通过实验方法探究直流电动机的结构和工作原理。

3.情感、态度与价值观

通过了解物理知识如何转化成实际技术应用,进一步提高学生学习科学技术知识和应用物理知识的兴趣。【重点、难点】 重点:

①通电导线在磁场中受到力的作用,力的方向跟电流的方向、磁场的方向都有关;

②直流电动机的能量转化。

难点:

电动机能够持续转动的原因。【教学环节】

复习提问:

奥斯特实验说明了什么? 新课引入: 引导学生举出尽可能多的用电器,从这些用电器中找到使用电动机的用电器。出示电动机模型,提出问题: 电动机是如何工作的?

新课教学

一、通电导体在磁场中的作用 提出问题:

通电导体与磁场之间到底有什么作用?

引导学生进行猜想,设计实验,进行实验验证。1.通电导体在磁场中受到力的作用

设计实验 观察:

(1)未闭合开关时,导体在磁场中的情况;(2)未加磁场时,通电导体的情况;

(3)闭合开关,观察导体在磁场中的情况 提出问题:

从上述现象,你可以获得什么样的结论? 小结:通电导体在磁场中会受到力的作用。

2.通电导体在磁场中受到力的方向与电流方向和磁场方向有关 引导学生讨论通电导体在磁场中的运动方向与什么因素有关 引导学生进行实验设计,引导学生观察:

(1)改变电流方向对于通电导体在磁场中的运动方向的影响(2)改变磁场方向对于通电导体在磁场中的运动方向的影响

(3)同时改变磁场的方向和通入电流的方向对于通电导体在磁场中的运动方向的影响

小结:通电导体在磁场中的受力方向与电流方向和磁场方向有关。

二、通电线圈在磁场中的作用 提出问题:

通电导体在磁场中受到力的作用会运动,那么通电线圈在磁场中又会受到什么作用?

演示实验探究

小结:通电线圈在磁场中会扭转 提出问题:

怎么样才能让线圈在磁场中转起来?

引导学生进行讨论,注意分析线圈的受力变化,引导学生找到办法。演示实验:让线圈在磁场中连续转动

三、电动机 1.电动机的构造

⑴定子:固定不动的部分 ⑵转子:能够转动的部分 2.换向器 说明:直流电动机的换向器的作用,注意利用课件和实物进行说明 小结: 作用:通过改变通入线圈的电流的方向来改变通电导体在磁场中的运动方向,使线圈在磁场中不停地转动。3.电动机的工作原理

提出问题:

电动机的工作原理是什么?

电动机的工作原理:通电线圈在磁场中会转动。4.电动机的能量转化

提出问题:能量怎样转化? 小结:电能转换成机械能。

5.电动机的应用:引导学生举例 小结:

知识小结:

一、通电导体在磁场中的作用 1.通电导体在磁场中受到力的作用

2.通电导体在磁场中受到力的方向与电流方向和磁场方向有关

二、通电线圈在磁场中的作用:使线圈转动

三、电动机 1.电动机的构造 2.换向器

3.电动机的工作原理 4.电动机的能量转化

电动机的应用 方法小结:

1.思维程序:提出问题——猜想——实验检验——得出结论——实际应用 2.研究方法:控制变量法、转换法。

作业:动手动脑学物理:1.2.4.

第三篇:电动机教案

第四节 电动机

第一课时 磁场对通电导线的作用

一、教学目标:

1、通过实验观察搞清通电导线在磁场中将受到磁场力的作用,知道通电导体在磁场中受力方向与电流方向,以及磁感线方向有关系。

2、知道电动机就是利用上述现象制成的。

3、搞清电磁感应和磁场对电流作用中的能量转化。

4、培养、训练学生观察能力和从实验事实中,归纳、概括物理概念与规律的能力。

二、重点难点分析:

通电导线在磁场中受力方向与磁场方向、电流方向之间的关系是本节的难点,也是分析电动机转动的依据。初中不要求左手定则,弄清楚电动机的转动有一定难度。

三、教具:

演示用通电直导线在磁场中受力实验器材(电源、滑动变阻器、开关、导线、蹄型磁铁、铁棒架)

通电线圈在磁场中转动的演示装置。

四、主要教学过程 ㈠ 引入新课:

首先做直流电动机通电转动的演示实验,接着提出问题:电动机为什么会转动?

请同学们回忆一下奥斯特实验——电流周围存在着磁场。复习:磁体的周围存在着磁场,电流的周围也存在着磁场;

磁场最基本的性质是对磁场中的磁体产生磁力作用,那么磁场对磁场中的电流是否会产生磁力作用呢?

即电流对磁体有力的作用,磁体对电流有无力的作用呢? ㈡ 新课教学

板书:

四、磁场对电流的作用

1、通电直导线在磁场中的受力演示实验。

⑴、介绍实验装置,实验对象为通电小铜棒。(通电直导线)

⑵、实验过程:静止在导轨上的铜棒通电后,会发生什么现象?(实验表明:通电导体在磁场中受到磁力作用。)

⑶、改变电流方向,不改变磁场方向铜棒运动方向怎么样改变?(现象:铜棒运动方向改变。结论:通电直导线的受力方向与电流方向有关。)

⑷、改变磁感线方向,不改变电流方向,铜棒运动方向怎么样改变?(现象:铜棒运动方向改变。结论:通电直导线的受力方向与磁感线方向有关。)

用边演示,边指导观察,边提出问题的方式,完成实验。问:通电铜棒在磁场中,运动的原因是什么?

通电导体在磁场中受到力的作用,力的方向与电流方向、磁感线方向是相互垂直的,不论是改变电流方向.还是改变磁场方向,都会改变力的方向。

小结:磁场对电流的作用

A、通电导体在磁场中受到力的作用.B、通电导体在磁场里受力的方向,与电流方向和磁感线方向有关。

2、应用:通电线圈在磁场中

⑴、出示线圈在磁场中的演示实验装置,实验研究对象是通电线圈。⑵、把一个线圈放在磁场里,接通电源让电流通过线圈,观察发生的现象。(从课本的图中甲图位置变到乙图位置)

分析课本中甲图的ab边受力向上,由磁场对电流的作用第二条可知:cd边受力向下。结果线圈将顺时针转动。

通电线圈在磁场中转动,电动机就是用这个原理制成的。下节课我们学习讨论直流电动机。

分析课本中乙图的ab边仍受向上的力,cd边受向下的力,转动将停止。讨论想想议议,线圈会立即停下来吗?

(由于惯性,线圈会在平衡位置附近摆动几下。为什么?)小结:

电动机是利用通电线圈在磁场中受力转动的原理制成的。

3、磁场对电流的作用过程中的能量变化怎样: 消耗了什么能—电能,(电源)得到了什么能——机械能(线圈转动)

比较:电磁感应——机械能转化为电能——发电机 磁场对电流的作用——电能转化为机械能——电动机 ㈢ 作业:略

第四篇:电动机教案

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分析:从以上实验知道,当开关闭合,线圈中有电流通过,线圈由静止变运动,线圈获得了机械能,而电流通过线圈,线圈消耗电能。

三、课堂小结

1.通电导体在磁场里会受到力的作用。

2.通电导体在磁场里受力的方向,跟电流方向和磁感线方向有关。

3.通电线圈在磁场中受力转动,在平衡位置时静止。

4.通电导体在磁场中运动消耗了电能,得到了机械能。

四、课堂巩固练习

1、如图所示,把一根直导线AB放在蹄形磁铁的磁场中,接通电源后,让电流通过导体AB,下列说法正确的是()

A.AB仍静止 B.AB在水平方向运动起来

C.AB沿磁场方向运动 D.AB沿电流方向运动

2、关于通电导体在磁场里受力方向与电流方向和磁感线方向之间的关系,下列说法中错误的是()

A.电流方向改变时,导体受力方向改变

B.磁场方向改变时,导体受力方向改变

C.电流方向和磁场方向同时改变,导体的受力方向改变

D.电流方向和磁场方向同时改变,导体的受力方向不变

3、将一矩形线圈悬挂在磁场中,通电后线圈却不能转动,其原因可能是()

A.线圈中的电流太大 B.线圈平面与磁场方向平行

C.线圈方向与磁场方向垂直 D.线圈平面与磁感线夹角小 参考答案:

1、B

2、C

3、C

五、课外巩固:

1、作业本作业。

2、复习本次课内容。

3、预习下次课内容。

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4.培养学生把物理理论应用于实际的能力。教学建议

1.本节采用程序性的提问和讨论,启发学生弄清线圈受力情况和转回来的原因,以及解决问题的办法,可以培养学生的思维和创造能力。

2.换向器是教学的难点,利用放大的直观模型或课件很有必要。靠这一节课教学,一部分学生可能还没有完全弄清楚,下节课学生将进一步认识它。

3.通过前面几节的学习,学生识图能力应该有所提高,本节电动机原理图要尽量让学生自己看图理解。

教学过程

一、复习引入新课

提问:上节课我们做实验给磁场中的导体通电,发现了什么?(通电导体在磁场中受力的作用开始运动)。

提问:这个力的方向与哪两个因素有关?(电流方向和磁感线方向)

提问:通电线圈在磁场中怎样运动?(线圈会转动)

提问:这个现象中能量是怎样转化的?(电能转化为机械能)

引入新课:电动机就是利用通电线圈在磁场中受力而转动的现象制成的,它将电能转化成机械能。下面我们来研究电动机是如何利用上述现象制成的,先讨论最简单的一种直流电动机。

二、进行新课教学

(1)使磁场中的通电线圈能连续转动的办法

很多同学可能马上想到通电线圈在磁场中不能连续转动(转到平衡位置要停下来),而实际的电动机要连续转动。怎样解决这个问题呢?(此处可告诉学生把理论用于实际需要再付出很多劳动,以培养学生对应用科学的兴趣)要解决这个问题,我们还得进行深入研究。提问:在上节课的演示实验中,线圈转到平衡位置时是立即停止吗?为什么它不立即停止?(由于惯性线圈会稍转过平衡位置)

提问:转过平衡位置后,为什么它又转回来呢?(利用模型分析:转过平衡位置后,ab边受力仍向里,cd边受力仍向外,正是这一对力使线圈转回来的)

提问:要使线圈不转回来,应该在线圈刚转过平衡位置时就改变线圈的受力方向,即使线圈刚转过平衡位置就使ab边受力变为向外,cd边受力变为向里。怎样才能使线圈受力方向发生这样的改变呢?

引导学生回忆影响受力方向的两个因素,从而得出:应该在此时改变电流方向,或者改变磁感线方向。进一步引导学生分析:改变磁感线方向就是要及时交换磁极,显然这不容易做到;实际的直流电动机是靠及时改变电流方向来改变受力方向的。

板书:〈1.使磁场中的通电线圈连续转动,就要每当线圈刚转过平衡位置,就改变一次电流方向。〉(2)换向器

提问:怎样才能使线圈刚转过平衡位置时就及时改变电流方向呢? 让学生想办法并开展讨论,教师下去了解学生的情况并鼓励和指导。

教师引导:出示电动机模型,要求学生观察两个半圆铜环和电刷,指出:靠这两样东西就可以解决问题。引出换向器的作用。

提问:“换向器”是怎样实现“换向”的?利用电动机课件或课本图4—39相似的模型演示。

①“换向器”由两个半铜环组成。

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②两个半铜环的开口处(即绝缘处)安装。

③当线圈由于惯性稍稍转过平衡位置时,能交换电刷与换向器的半铜环的接触,从而改变了线圈中的电流方向和受力方向,使线圈仍能按原来的绕向转动,从而实现线圈连续转动。(3)直流电动机的构造

出示直流电动机模型:主要构造由磁体、线圈、换向器和电刷组成。

介绍实际的电动机由转子和定子两个基本部分组成

演示:给直流电动机模型通电转动,提高学生兴趣。

告诉学生:下节课同学们将自己装一台小直流电动机,进一步弄清楚它的有关知识。

(4)交流电动机

让学生阅读课文最后一个自然段,了解交流电动机和电动机的优点和应用。

三、课堂小结

1、电动机原理:通电线圈在磁场里受力而转动。

2、直流电动机:利用直流电源供电的电动机叫直流电动机。

3、直流电动机的组成:模型:由磁体、线圈、换向器和电刷组成;

实际的电动机由转子和定子两个基本部分组成4、换向器的结构和作用:结构:由两个半环构成

作用:每当线圈转过平衡位置,自动改变线圈中电流的方向

5、能量转化:电动机工作时把电能转化为机械能。

四、课堂巩固练习

1、直流电动机能持续转动,主要是因为()

A.线圈的作用 B.电流的作用 C.磁场的作用 D.换向器的作用

2.直流电动机工作时,线圈经过垂直磁感线的位置时()

A.线圈受力平衡,速度为零 B.线圈受力平衡,速度不为零

C.线圈受力不平衡,速度为零 D.线圈受力不平衡,速度不为零 3.下列说法正确的是()

A.电动机是把机械能转化为电能的机器

B.电动机是把电能转化为机械能的机器

C.直流电动机是利用线圈的转动而产生电流的

D.改变线圈中的电流方向,可以改变电动机线圈转动的快慢 参考答案:

1、D

2、B

3、B

五、课外巩固:

1、作业本作业。

2、复习本次课内容。

3、预习下次课内容。

第五篇:《电动机》教案

电动机

教学目标

1.了解磁场对通电导线的作用。

2.通过制作模拟电动机的过程,锻炼学生的动手能力。

教学重点

磁场对电流的作用。

教学难点

1.分析概括通电导体在磁场中的受力方向跟哪两个因素有关。2.理解通电线圈在磁场里为什么会转动。

教学过程

由生活中常见带有电动机用电器入手引入课题。电动机 提问:

奥斯特实验说明了什么?

(引导学生回忆奥斯特实验,知道通电导体周围存在磁场,能使小磁针偏转,即电流对磁体有力的作用,那么反过来,磁体对电流有力的作用吗?进入快乐体验:

一、1、研究磁场对通电导线的作用

学生回答并总结影响通电导体在磁场中受力的两个因素: 通电导体在磁场中受力的方向,跟电流方向和磁感线方向有关。

让学生猜想:通电导体在磁场里要受到力的作用要运动,如果把一个通电线圈放于磁场中,它又将怎样?

2、研究磁场对通电线圈的作用 [探究]让线圈转起来

屏幕上显示实验器材、用漆包线制作矩形线圈的制作方法,用红色字强调制作过程的注意事项 教师巡视指导,查看各组学生分组制作线圈情况。

线圈制作完成后,屏幕上显示组装小电动机时线圈和磁铁的放置方法及如何使小电动机转动的方法。

让学生把制作的线圈置于磁场中并接通电路观察它的转动。

老师查看各组情况作总结,揭示电动机的工作原理:通电线圈在磁场中受力将会转动。

二、电动机的基本构造

结合制作的小电动机,学生回答电动机的基本构造。屏幕出示定子和转子。

[师]在上面探究活动中,我们使线圈转起来了。如果把“小小电动机”线圈两端引线的漆皮全部刮掉,线圈又会怎样运动呢?

学生实际操作、观察并回答现象:线圈转到一定位置后停止转动。

教师结合图进行解释,让学生结合影响通电导体在磁场中受力方向的因素进行讨论并回答:如何能使线圈持续转动?

实际的直流电动机是通过换向器来实现这项功能,看屏幕(屏幕放映带有换向器的线圈在磁场中的转动过程)

让学生结合flash动画认识换向器的构造并讨论回答它的作用。屏幕出示换向器的作用.[师]实际的直流电动机都有多个线圈,每个线圈都接在一对换向片上。

三、生活中的电动机

结合课本和生活经验回答电动机优点。收获园

通过本节学习,谈谈你的收获。

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