Relè - I.I.S.Galilei Crema

Relè
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Il relè è un dispositivo che utilizza le variazioni della corrente per influenzare le
condizioni di un altro circuito. Se ne possono trovare elettronici, elettromagnetici, a
induzione, a semiconduttore e termici. Il relè elettromagnetico è il più diffuso ed è
costituito da un elettromagnete, che eccitato con l'elettricità, facendo passare un
flusso di corrente in una bobina di filo, attrae una struttura di ferro, aprendo e
chiudendo un contatto. In sostanza il relè è un interruttore che non viene azionato a
mano ma da un elettromagnete.
Un relè può azionare un circuito sia se è a riposo, non attraversato da corrente (in
quel caso tale circuito va collegato alla boccola rossa di sinistra del relè nella foto),
sia se è attivo, attraversato da corrente (in questo caso il circuito va collegato alla
boccola rossa di destra).
Il nome relè deriva dal francese relais che indicava ognuna delle stazioni di posta
dove i messi postali, durante il loro itinerario, potevano cambiare i cavalli in modo
da svolgere più celermente il loro servizio. Per analogia, ai primordi della telegrafia
si usò il termine relè nell'indicare i dispositivi grazie ai quali si trasferiva un
messaggio in codice Morse da una stazione di partenza a una stazione di arrivo,
come se un virtuale messo postale si servisse di tali dispositivi per arrivare
finalmente alla meta.
Immagine che schematizza il
funzionamento di un relè
Tipologie di funzionamento
Esiste in commercio un grande varietà di relè, le cui caratteristiche elettriche essenziali si possono ricondurre a:
n
n
n
Dati elettrici dell'ingresso di comando: tensione, frequenza e assorbimento.
Capacità di commutazione dei contatti: corrente nominale massima, potere di interruzione; i relè in grado di
commutare potenze elevate sono anche detti teleruttori.
Livello di isolamento tra i due circuiti, solitamente nell'ordine di centinaia o migliaia di Volt.
Per quanto riguarda la logica di funzionamento una classificazione può essere la seguente:
Monostabili
Una sola posizione di contatti è stabile, mentre l'altra si ha solamente quando è presente il
segnale di eccitazione in ingresso: ad esempio sono relè monostabili quelli che controllano i
potenti motori di grosse macchine operatrici, come i carri ponte, i quali sono comandati da
circuiti a bassa tensione per motivi di sicurezza.
Alcuni modelli impiegano un tempo prefissato per ritornare allo stato di riposo dopo la
cessazione del segnale di comando e si definiscono relè temporizzati. In altri esiste un ritardo
non trascurabile tra l'applicazione del segnale e la commutazione e si parla di relè ritardati.
Relè
Un metodo, in uso da tempo per ritardare la chiusura, consiste nel realizzare la lamina mobile, accoppiando due metalli con
caratteristiche di dilatazione differenti, una resistenza elettrica avvolta intorno alla lamina, costituisce l'elemento che
fornisce calore per la lenta dilatazione asimmetrica della lamina del contatto mobile fino allo scatto in chiusura, il comando
è costituito dall'applicazione di una tensione alla resistenza. Questa tipologia di relè è definita "a bimetallo". Un tipo in
ampolla in vetro sottovuoto, era impiegato dal costruttore Tektronix negli oscilloscopi a tubi, per ritardare l'applicazione
della tensione anodica, fintanto che i catodi riscaldati dai filamenti non fossero alla temperatura di lavoro.
Bistabili
Questa categoria ha due posizioni stabili, che possono essere raggiunte con l'applicazione di un segnale su un
corrispondente ingresso. Questa funzionalità è anche detta a Flip Flop.
Caratteristiche di questi modelli sono l'assenza di consumo energetico per mantenere la posizione e persistenza dello stato
anche dopo lo spegnimento dell'apparecchiatura che li impiega. Un esempio di relé bistabile sono i relé che controllano le
luci di casa quando si hanno più di 2 punti di controllo: si inseriscono quindi dei pulsanti, i quali agendo sul relé accendono
la luce; per spegnere questa, sarà necessario premere nuovamente il pulsante.
Passo-passo
Una serie ciclica di configurazioni dei contatti viene percorsa, avanzando di un passo ad ogni impulso applicato
all'ingresso. Ad esempio, i vecchi programmatori meccanici delle lavatrici e delle lavastoviglie.
A disco
Il relè a disco è ampiamente utilizzato in italia per garantire la sicurezza nella logica di funzionamento degli impianti
ferroviari.
Il principio di funzionamento, simile a quello dei contatori di potenza tradizionali, garantisce che un opportuno disco
disposto all'interno del relè si muova solo se la coppia motrice, proporzionale al prodotto di due correnti sinusoidali e dello
sfasamento tra di esse, superi un valore minimo preimpostato.
Speciali
Specialmente nel passato, prima dell'avvento della microelettronica erano impiegati relè dal funzionamento particolare,
come quelli per la teleselezione decadica telefonica e i relè ripetitori per il segnale del telegrafo.
Dry-reed
Il dry-reed è un particolare tipo di relè monostabile in cui i contatti sono contenuti
in una ampolla in vetro sigillata ermeticamente, al cui interno è stato immesso gas
inerte. Le due lamine metalliche che costituiscono il contatto sono realizzate in
materiale ferromagnetico, in modo tale che investite da un campo magnetico
esterno si magnetizzino temporaneamente ed attraggano tra loro. Esiste anche una
versione con contatto normalmente chiuso, realizzato con una lamina in materiale
non ferromagnetico che è in contatto con una lamina in posizione di riposo. Esiste
una versione con una terza lamina, impiegato nella funzione di deviatore.
Bulbo di un relè reed
Vantaggio di questo dispositivo è la bassa usura nel tempo, dovuta alla totale protezione dei contatti da polvere ed umidità,
nonché il ridotto rischio di innesco di archi voltaici. La chiusura del contatto può avvenire tramite un solenoide che
circonda il bulbo, oppure con un elettromagnete, ma anche con un campo prodotto da un magnete avvicinato al dispositivo.
Questo sistema è usato nei contatti magnetici degli antifurto.
A mercurio
Una tipologia simile ai dry-reed, la cui lamina mobile, sfruttando il fenomeno di capillarità, è costantemente bagnata di
mercurio, metallo liquido, amagnetico e conduttivo, hanno il vantaggio di avere una bassa usura dei contatti, ma possono
lavorare in una sola posizione.
Degrado e usura
Escludendo gli statici, è uno dei dispositivi elettromeccanici più soggetto a guasto e usura nel tempo. Nonostante il rispetto
delle specifiche del costruttore, una percentuale significativa di questi dispositivi si guasta prima del termine garantito dal
costruttore. Le cause sono di due tipi di origine opposta. La prima implica la commutazione di alte correnti, nonostante
l'uso dell'argento come componente del contatto, e l'adozione di accorgimenti per farlo lavorare nella configurazione
autopulente, cioè prevedendo volutamente che in fase di chiusura e apertura, i contatti striscino leggermente fra di loro,
facilmente avviene l'incollaggio degli stessi, cioè la fusione del metallo in una piccola zona del contatto con conseguente
impossibilità ad aprirsi.
La seconda tipologia di guasto è presente nei casi di commutazione di correnti molto piccole. Sono in causa piccolissimi
relè, spesso anche reed, generalmente utilizzati per la commutazione di segnali audio a bassissimo livello. In questo caso la
corrente che scorre nel contatto è talmente piccola da permettere, nel tempo, la formazione di ossido sulla superfce dei
contatti.
A Stato Solido
Chiamati anche "statici" o "circuiti a PWM", disponibili per lavorare con tensioni alternate, hanno la caratteristica di non
avere contatti meccanici. Sono costituiti da due circuiti elettronici separati galvanicamente tra loro tramite un
fotoaccoppiatore, la parte operante in serie al carico, è costituita da un Triac, attivato e disattivato tramite un segnale a
livello logico che pilota il fotoaccoppiatore. Esiste una tipologia definita "zero crossing", la quale effettua la chiusura e
l'apertura del circuito, in prossimità del passaggio sullo zero della sinusoide, minimizzando il picco di corrente generato
sulla linea. Sono forniti per potenze varie, da pochi Watt a qualche Kilowatt. Il loro costo è elevato, virtualmente immuni
da usura, sono impiegati in circuiti sottoposti ad alta frequenza di azionamento e dove necessita alta affidabilità nel tempo.
A circuito integrato
La funzione relè può essere svolta anche da dispositivi a circuito integrato, in applicazioni in cui la corrente e la tensione
siano di piccolo valore e sia richiesta alta affidabilità, questo tipo di dispositivo viene largamente impiegato; sono chiamati
commutatori analogici (analogic switch), i produttori sono gli stessi dei circuiti integrati. L'apertura e chiusura del circuito
avviene attraverso una giunzione, pertanto non soggetta ad usura, a differenza di un contatto meccanico. Un loro limite è
costituito dal valore resistivo del "contatto", se in apertura essendo dell'ordine dei gigaOhm equivale ad un contatto aperto,
in chiusura non scende al di sotto di qualche decina di Ohm, valore comunque sufficicientemente basso per la maggior
parte delle applicazioni, il comando di attivazione è costituito da un segnale a livello logico. Il package può essere plastico,
ceramico o metallico e può contenere anche 4 dispositivi identici.
Voci correlate
n
Contatti Reed
Collegamenti esterni
n
n
n
Wikibooks contiene un modulo sull'uso in casa del Relè
Introduction to Relay from Automation and Control. (http://automationcontrol.bravehost.com/relay/relay_intro.htm)
Un articolo sui relè, a cura di Enrico Biagi (http://www.electroportal.net/vis_resource.php?section=RP&id=83)
Categorie: Elettrotecnica | Elettronica | Componenti elettronici
n
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Ultima modifica 11:24, 10 set 2006.
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vengono azionati per mezzo di un elettromagnete quando la bobina dello stesso
viene percorsa da una corrente (cioè quando viene "eccitata").
Il simbolo elettrico del relè è quello riportato nella figura seguente:
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Con una prima classificazione si possono distinguere i seguenti
tipi di relè:
Relè normali: Relè che richiedono l’alimentazione della bobina
per tuttto il tempo di funzionamento.
Relè ad impulsi: Relè costruiti con caratteristiche tali che il loro
funzionamento si ottiene inviando alla bobina impulsi istantanei di
corrente. La bobina deve essere alimentata soltanto per il breve
periodo di durata dell'impulso.
Relè a tempo (temporizzatori):Relè che effettuano
automaticamente una determinata manovra elettrica (apertura e/o
chiusura di uno o più contatti) dopo un certo intervallo di tempo
dall'istante in cui è stata alimentata la bobina o dall’istante in cui è
stata tolta l’alimentazione alla bobina.
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Un'altra classificazione dei relè è quella che tiene conto del
diverso comportamento in condizioni di presenza della tensione di
alimentazione della bobina. A questo proposito si distinguono:
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da 5 a 8 gg
da 9 a 12 gg
da 13 a 16 gg
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- Relè bistabili o a ritenuta
- Relè monostabili o a rilascio
La differenza fra i due tipi si riscontra nel numero di posizioni
stabili di funzionamento.
Nei relè bistabili le posizioni di riposo (per esempio, contatti
aperti) e di lavoro (per esempio, contatti chiusi) sono entrambe
stabili anche in assenza di alimentazione della bobina di
eccitazione, e ciascun intervento di apertura e di chiusura dei
contatti è ottenuto alimentando la bobina stessa per un breve
istante (cioè mediante un “impulso” di corrente). Il mantenimento
dei contatti nella posizione di lavoro, anche al cessare
dell'alimentazione, è assicurato da un sistema di ritenuta di natura
meccanica. A questa categoria appartengono i relè a impulsi.
Nei relè monostabili, invece, è stabile la sola condizione di riposo
(per esempio, contatti aperti), cosicché per passare nella
condizione di lavoro (per esempio, contatti chiusi) occorre
alimentare la bobina di eccitazione e mantenerla alimentata;
togliendo l'alimentazione si ha il ritorno nella posizione di riposo. I
relè normali appartengono a questa categoria.
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Le principali caratteristiche dei relè sono:
1.
2.
3.
4.
5.
- Tensione di alimentazione della bobina (in volt)
- Tensione dei contatti (in volt)
- Portata dei contatti principali (in ampere)
- Portata degli eventuali contatti ausiliari (in ampere)
- Esecuzione (a giorno, in calotta, ecc.)
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2 - Circuiti di comando e di potenza di un
relè
Dalla definizione di relè (e dal disegno del suo simbolo elettrico)
si ricava che in relè coesistono due tipi di circuiti distinti:
- Circuito di comando
- Circuito di potenza (o di utilizzazione)
A) Circuito di comando
Il funzionamento dell'elettromagnete di un relè si ottiene
realizzando un circuito di comando, attraverso il quale si ottiene
l'eccitazione della bobina. La chiusura del circuito di comando si
può realizzare, a seconda dei casi, per mezzo di uno o più
dispositivi manuali o automatici.
Quelli di uso più comune sono:
Vox Venetiae Petrarum
Meteo - Verona
Un'applicazione tipica di questo tipo di comando è quella che
realizza l'arresto e l'avviamento di un motore, come nella figura
che segue (K3 è il contatto di autoalimentazione o di ritenuta)
Il circuito di comando del relè (nel quale è inserita la bobina di
eccitazione) è normalmente indipendente da quello di utilizzazione
dove si trovano inseriti i contatti principali che alimentano uno o
più carichi. Ciò rende possibile alimentare i due circuiti a tensioni
differenti: per ragioni di sicurezza può essere necessario, per
esempio, alimentare il circuito di comando a tensione ridotta,
oppure, per motivi particolari, alimentare lo stesso circuito in
corrente continua.
B) Circuito di potenza (o di utilizzazione)
Il circuito, nel quale sono inseriti i contatti interni di un relè
attraverso i quali si comandano uno o più carichi, è considerato il
circuito principale e viene denominato, a seconda dei casi, circuito
di utilizzazione o circuito di potenza.
Il comando di uno o più contatti di un relè permette di realizzare in
modo semplice circuiti particolari che risulterebbero di difficile
attuazione se predisposti con normali apparecchiature di comando
manuali.
Il circuito di utilizzazione può differenziarsi da quello di comando
sia per la possibilità di funzionare a tensione diversa, sia per i
valori delle correnti (e quindi per il dimensionamento dei
conduttori e delle protezioni).
A questo proposito c'è da osservare che, mentre la corrente nel
circuito di utilizzazione dipende dal carico alimentato attraverso i
contatti principali, quella nel circuito di comando rimane,
viceversa, sempre la stessa (è cioè, per un determinato relè,
indipendente dal carico).
3 - Principali applicazioni dei relè nei circuiti
e loro vantaggi
Di seguito vengono riportate alcune applicazioni dei relè ed
elencati alcuni vantaggi che permettono di comprendere meglio la
funzione dei relè negli impianti elettrici.
a) Possibilità di realizzare il circuito di comando a tensione
ridotta
La separazione fra i due circuiti, di comando e di potenza, offre il
vantaggio di poter alimentare il circuito di comando a tensione di
sicurezza (per esempio 25 Vca ,50 Vcc).
Ciò permette (vedi figura precedente) di installare organi di
comando normali (interruttori e pulsanti) anche in luoghi ed
ambienti particolari, quali bagni, lavanderie, ecc., cioè, in
generale, in tutti quei luoghi considerati umidi e per i quali è
richiesta, per ragioni di sicurezza delle persone, una tensione
ridotta.
b) Possibilità di semplificare i circuiti comandati da molti
punti (impiego dei relè a impulsi)
È possibile aumentare a piacimento i punti di comando
semplicemente inserendo un numero senza limite di pulsanti
collegati in parallelo.
Oltre alla semplificazione dell'impianto ciò consente un certo
risparmio nella quantità di conduttori necessari per la sua
realizzazione; risulta, infatti, minore sia il numero dei conduttori
che arrivano ai pulsanti (due in luogo dei tre o quattro necessari
rispettivamente per i deviatori e gli invertitori), sia il numero di
quelli che collegano fra di loro le varie scatole di derivazione.
c) Possibilità di comandare a distanza un carico
L'impiego di un relè, in questo caso, permette il comando a
distanza ("telecomando") di un determinato carico attraverso una
linea (circuito di comando) percorsa da una corrente inferiore a
quella del carico (circuito di utilizzazione).
Ciò comporta il vantaggio di poter realizzare la linea di comando
con conduttori di sezione ridotta rispetto al circuito di
utilizzazione.
Con un comando tradizionale invece, per esempio un interruttore,
la corrente che attraversa quest'ultimo è identica a quella del carico
e identiche devono essere, pertanto, anche le sezioni dei
conduttori.
In conclusione, gli esempi precedenti evidenziano come l'impiego
dei relè nei circuiti elettrici permette il "trasporto" di un segnale da
un circuito semplice e di caratteristiche ridotte (qual è il circuito di
comando) ad un altro circuito (circuito di potenza) di
caratteristiche diverse dal primo, soprattutto per quanto riguarda la
corrente ed eventualmente anche la tensione. In altre parole, si
evidenzia come con una piccola corrente sia possibile "pilotare" un
grosso carico: sotto questo aspetto il relè può essere considerato
come un "amplificatore di potenza".
4 - Relè a impulsi
I relè a impulsi vengono normalmente impiegati nei circuiti luce e
sostituiscono gli apparecchi di manovra tradizionali (interruttori,
deviatori, invertitori, commutatori). Essi vengono anche chiamati
"relè ad arpionismo" per la loro caratteristica di funzionamento
"passo-passo" ottenuta con l'invio di impulsi elettrici alla bobina di
un elettromagnete che agisce su un particolare azionatore solidale
all'ancora dell'elettromagnete stesso. Detto azionatore fa ruotare
una rotella a denti di sega ed un eccentrico entrambi imperniati
sullo stesso asse. La parte mobile dei contatti è mossa
dall'eccentrico e chiude o apre uno o più contatti alternativamente
ad ogni impulso inviato alla bobina.
Espandi/contrai | Rimpicciolisci | Ingrandisci | Nuova finestra
Gli organi di comando utilizzati con i relè a impulsi sono dei
pulsanti del tipo "normalmente aperto" (pulsante NA). Un pulsante
normalmente aperto viene a trovarsi chiuso solo durante la
momentanea manovra di chiusura. Una molla antagonista, infatti,
provoca l'immediata apertura del contatto del pulsante non appena
cessa la pressione del dito, e il contatto torna così nella posizione
di normalmente aperto (posizione di riposo). Ciò permette di
inserire un numero illimitato di pulsanti in parallelo senza che
venga alterato lo stato iniziale dei circuiti.
Esistono due tipi di relè a impulsi:
- Relè interruttore- Relè commutatore
Gli elementi caratteristici che differenziano i due tipi di relè sono
la forma costruttiva dell'eccentrico (o albero a camme) e il numero
dei contatti del circuito di utilizzazione.
- Relè interruttore a impulsi
Il relè interruttore a impulsi ha, normalmente, un solo contatto di
potenza azionato da un unico eccentrico solidale con la rotella a
denti di sega. Esso offre molti dei vantaggi considerati in
precedenza. In particolare, si presta bene al comando di uno o più
utilizzatori (disposti in parallelo) comandati da un numero
illimitato di punti: applicazioni tipiche sono quelle per impianti
luce in locali con molti ingressi (per esempio corridoi). Un altro
vantaggio presentato dall'impiego del relè interruttore a impulsi
rispetto al tradizionale comando con deviatori e invertitori, è
quello di poter realizzare i circuiti di comando e di utilizzazione
separati fra di loro e di conseguenza di poter alimentare il primo a
tensione ridotta (per esempio 25 V) richiesta in particolari
condizioni di installazione. In questo caso il relè presenta quattro
morsetti: due per il circuito di comando (alimentazione della
bobina a tensione ridotta) e due per il circuito di utilizzazione
(alimentazione del carico).
I relè interruttori possono però essere anche a tre morsetti invece
che a quattro. Ciò si verifica quando il circuito di comando e
quello di utilizzazione funzionano alla stessa tensione
(normalmente 220 V): è il caso, per esempio, di quegli impianti
dove, non sussistendo particolari condizioni di pericolo, non è
richiesta la separazione dei due circuiti con la conseguente
possibilità di alimentare il circuito di comando a tensione ridotta.
La riduzione a tre morsetti si ottiene collegando fra di loro,
internamente al relè, i morsetti in comune.
L'aspetto esteriore di un relè interruttore a impulsi a tre morsetti
(della ditta FINDER) è il seguente:
Un ulteriore vantaggio del relè interruttore a impulsi è quello
derivante dal fatto che la corrente del circuito di comando è indipendente dalla corrente del circuito di utilizzazione. Ciò consente un dimensionamento ridotto (sezione più piccola) dei
conduttori del circuito di comando (dove sono inseriti i pulsanti)
rispetto ai conduttori del circuito di utilizzazione (dove sono
inseriti i carichi). Con i comandi tradizionali (interruttori,
deviatori, invertitori, commutatori), invece, la corrente che
attraversa tali apparecchi è la stessa di quella del carico.
- Relè commutatore a impulsi
Il relè commutatore a impulsi è simile, nel principio di funzionamento, al relè interruttore. L'unica differenza consiste nel fatto
che nel relè commutatore si hanno due contatti di potenza azionati
da due eccentrici solidali fra di loro e con la rotella a denti di sega.
I profili dei due eccentrici sono di forma diversa e tali da
realizzare una determinata sequenza di apertura e chiusura dei
contatti stessi. Lo schema elettrico di un relè commutatore a
impulsi è riportato nella figura seguente.
Espandi/contrai | Rimpicciolisci | Ingrandisci | Nuova finestra
Il suo ciclo di funzionamento può essere rappresentato
graficamente con una "sequenza" che mette in evidenza la
variazione dello stato dei suoi contatti di utilizzazione
(aperto/chiuso) ad ogni impulso che viene inviato, tramite un
pulsante, alla bobina di eccitazione.
Espandi/contrai | Rimpicciolisci | Ingrandisci | Nuova finestra
L'analisi della sequenza di funzionamento del relè commutatore
mette in evidenza gli inconvenienti che questo tipo di apparecchio
presenta rispetto al tipo tradizionale di commutatore realizzato, di
solito, con due interruttori.Un primo inconveniente consiste nella
macchinosità presentata dal ciclo nella ricerca di una specifica
posizione di funzionamento delle lampade. Se, per esempio, si
vuole ottenere l'accensione della sola lampada L2 , partendo da
lampade spente, sono necessari due impulsi. Eventuali impulsi dati
in più per errore costringono ad una nuova ricerca della posizione
desiderata nel ciclo passando attraverso tutte le posizioni
intermedie. Un secondo inconveniente che questo dispositivo
presenta è quello che talvolta si debba necessariamente passare per
la posizione "tutto spento" per ottenere talune variazioni di
posizione: per esempio dalla posizione di L2 accesa a quella di
L1 accesa. Ciò nonostante, il relè commutatore si presenta
vantaggioso, per i motivi già esaminati a proposito dei relè
interruttori, quando il comando delle lampade deve avvenire da
più punti.
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2005-07-13 00:14:40, da Vincenzo Oreste
Ho un rele della perry a 6 contatti:
1-2, 3-4 tratteggiati, e la bobina indicata con A1-A2.
Volevo usare il rele per azionare 3 lampade in maniera distinta, solo la 1, poi
solo la 2, poi solo la 3 infine spegnere tutto.
Mi hanno detto che un rele a 4 stati sarebbe bastato.
Non sono riuscito a ottenere altro che l'accensione e lo spegnimento di una
sola lampada, e lo schema trovato sul sito, e non solo su questo mi sembra
poco 'pratico' mi rifarei allo schema di un rele in commercio per indicare
anche ai meno pratici come effettuare i collegamenti.
Se hai commenti, approfondimenti, indicazioni, note, etc... per il presente
documento, non esitare ad inviare una nota.
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