动模实验实训课程专业实训Ⅴ日志及总结1

专业实训V日志及总结

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实训时间：_________________

物理与电气工程学院制

专业实训V日志（第”周）

姓名林行专业及班级2018级(1)班

学号184007031030指导教师张叶贵

日期星期实训主要内容

2021年6月28日—实训项目一：动模实验室组成结构认知

2021年6月29日二实训项目二：发电机的启动和调整

2021年6月30日三实训项目三：同步发电机起励实验

2021年7月1日四实训项目四：准同期并列运行实验

2021年7月2日五实训项目五：控制方式及相互切换

本周实训心得体会

本周实训，我们.主要完成了对动模试验室的组成结构认知以及部分基于动模实

验室的对于电力系统总体的模拟实验操作，其中完成了发电机的启动和调整，同步

发电机的起励实验，以及准同期并列运行实验和控制方式及相互切换，实现了发电

机的启动、励磁、建压、调速、调磁、并网、停机等多项操作，这次实训课让我对

动模实验室和发电系统有了基本的了解，也有效的把理论知识和实际操作相结合。

在指导老师的指导下我们参观了动模实验室，了解了动模实验室的构成以及发电机

启停所需要注意的事项。通过了解知道了电网多么重要和复杂，在参观过程中指导

老师为我们讲解电网的构成以及发电机的工作原理，还了解了局部电网中设立的高

压柜和三相变压器等。综合多模试验平台是一个典型的电力系统模型，是一个自动

化程度很高的多功能实验平台。它由发电机组、双回路输电线路、无穷大电源等一

次设备组成。

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电力安全对我们从事电力行业工作者来说，是工作的重中之重。为了确保安全

有序用电,创造一个安全的用电环境。在现实中看到很多电力工作者工作，我最大的

感受是，一线电力职工是一支能吃苦、讲奉献的队伍。以后我们在工作付出的同时,

应时时刻刻将安全牢记于心。我们的生命安全，牵动着父母的心、牵动着儿女的心,

更多的是维系幸福家庭的主心骨、顶梁柱。要杜绝事故，就要牢记"安全第一，预防

为主”的指导方针。结合供用电安全工作实际情况，强化各级安全生产责任、提高职

工安全意识和安全操作技能、执行落实好各项规章制度和消除思想认识上的误区是

实现安全生产的有效办法。

由于电力系统的复杂性，很多问题仅靠理论分析是不够的，只有把理论分析和

科学实验结合起来，才能得到正确的结论。本次实训之后自己深知从事这方面的工

作对自己要求是多高，也是对自己的定位更加清晰了，很感谢学院和老师给了我这

个能了解到自己所学为何的机会。

注：每周填写一张，实训内容根据实际情况填写，作为一个学分获得的依据，芥不够写可自行扩页后打印。

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一・动模实验室组成结构认知

动模试验是一个典型的电力系统模型，是一个可远近监视和手自一体调控的高

程度的电网模拟实验平台。它由发电机组、原动机、变压器、励磁机、双回路输电

线路、无穷大电源等一次设备组成。电力系统微机远程监控试验台将多个电力系统

综合自动化试验台连成一个大的灵活电力系统环网。随着计算机技术利网络通信技

术的快速发展，可借助当今计算机的强大快速综合处理能力，实施对大电网运行管

理的计算机监控，实现对投入系统运行的发电厂（火力、水力等形式的发电厂）进行

遥测、遥控、遥信、遥调（四遥技术），并进行统一的调度管理，密切监视大电网运

行，使电力系统能够安全、经济、稳定的运行。

电力系统动态模拟是电力系统的物理模拟。根据物理理论利用和原型系统具有

相同物理性质的相似元件建立起来的物理模型。该实验平台可开设实验项目包括：

同步发电机准同期并列、同步发电机励磁控制、单机无穷大系统稳态运行方式、功

率特性和功率极限测定、智态稳定、单机带负荷、电力系统运行方式、调度自动化

等。根据模拟实验数据得出结论的方法，电力系统动态模拟主耍是模拟完整的电网

系统正常运行和有关调节、控制、测量、保护等。

原动机发电机变压器

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近端控制励磁、调速、测控屏近端交直流电源屏

远端控制操作

原动机：带动发电机旋转的动力机器，原型常为水轮机或汽轮机模型常用电动

机替代。

发电机：将动能转换为电能的机器。

励磁机：早先是为发动机提供电压的机器，现在励磁调节器功率输出足够大可

直接接入发电机转子回路取代励磁机。

输电线路：将电能从发送端送到用电端。

远程控制端可以通过微机控制电力系统各个环节的操作，如启动、励磁、转速

调节、并网、停机等，还可以调节一些运行参数调节和变换。但是远程调测参数会

存在相对时间延时，在记录数据时就会存在较大误差。

近端控制也可以对系统的启动、励磁、调速、并网、停机等环节的操控，而且

对参数的调节要准确一点，可以实时调节，没有时间延时的误差。更好的控制和数

据的记录，这样就可以依据较为准确的数据分析系统的运行情况。

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二：发电机的启动和调整

先是老师操作系统让大家知道操作步骤，然后我们才在老师的带领下去操作，

对发电机的启动与调整，由于是在远程操控端进行操作，所以在远操控端设备上实

现发电机的启动操作时要开机、合闸，启磁、合闸，等到发电机转速自动增速达到

相对稳定时，才可以开始进行增速减速，增磁减磁了，再进行数据记录，然后根据

发电机的启动顺序反过来操作.宾现发电机的停I卜.即跳灭磁.跳停机C

发电机空载运行时

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发电机操控图

1.空载下，对同步发电机进行增速、减速操作，记录调节过程中的频率f、发

电机机端电压U、励磁电流IL、有功功率P、无功功率Q。

2.空载下将发电机频率调整为50Hz,将励磁装置设置为恒机端电压（“恒UF”）

方式，对同步发电机进行增磁、减磁操作，记录调节过程中的频率f、发电机机端

电压U、励磁电流IL、有功功率P、无功功率Q。

下表是调整中记录的一些数据:

记录状态f(Hz)伙V)IL(A)P(kW)Q(kvar)

增速

49.57213.340.9200

减速

48.33213.340.9900

增磁50.14212.960.890

0

臧磁50.14211.630.8800

根据记录数据进行分析：

系统成功启动后，等待系统稳定，在空载情况下对发电机进行增速调节，会发

现输出频率随着增高，而发电机端电压不变，励磁电流减小；对发电机减速调节时,

输出频率降低，发电机端电压任然不变，励磁电流增大；而不管增速还是减速都没

有无功和有功功率。所以得出发电机在空载运行下调节自身转速时，输出频率和励

磁电流会随着改变，而发电机端电压不会改变，且有功功率和无功功率也不受影响。

在空载情况下对发电机进行恒机端电压增磁调节，输出频率不变，端电压减小，

励磁电流减小，有功功率和无功功率不变。总之不管调节转速还是励磁对有功•和

无功没有影响。

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图1减速图2增速

图3增磁图4减磁

三：同步发电机起励

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I可步发电机的励磁系统由励磁功率单元和励磁调节器两部分组成，它们和问步

发电机结合在一起就构成一个闭环反馈控制系统也就是励磁控制系统。励磁控制系

统的三大作用是：稳定电压，合理分配无功功率和提高电力系统稳定性。同步发电

机在并入电力系统之前，励磁调节装置能维持机端电压在给定水平。当操作励磁调

节器的增减磁按钮，可以增加或减少发电机的无功输出，其机端电氏按调差特性曲

线变化。

同步发电机的起励有三种：恒UF方式起励，恒阿尔法方式起励和IL方式起励。

但是由于条件所限，我们只进行了恒UF方式起励，恒UF方式起励。

现代励磁调节器通常有“设定电压起励”和“跟踪系统电压起励”的两种起励

方式。设定电压起励，是指电压设定值由运行人员手动设定，起励后的发电机电压稳

定在手动设定的电压水平上；跟踪系统电压起励，是指电压设定值自动跟踪系统电

压，人工不能干预，起励后的发电机电压稳定在与系统电压相同的电压水平上，有

效跟踪范围为90%〜110%额定电压。恒IL方式起励，也是一种用于试验的起励方式,

其设定值由程序自动设定，人工不能干预，起励后的发电机电压一般为20%额定电

压左右；恒a方式起励只适用于它励励磁方式，可以做到从零电压或残压开始由人

工调节逐渐增加励磁，完成起励建压任务。

1恒UF方式起励步骤：

(1)将“励磁方式开关”切到“微机自励”方式，投入“励磁开关”；

(2)按下“恒UF”按钮选择恒UF控制方式，此时恒UF指示灯亮；

(3)将调节器操作面板上的“灭磁”按钮按下，此时灭磁指示灯亮，表示处于灭

磁位置；

(4)启动机组；

(5)当转速接近额定时，(频率247Hz),将“灭磁”按钮松开，发电机起励建压。

注意观察在起励时励磁电流和励磁电压的变化(看励磁电流表和电压表)。观察起励

曲线，测定起励时间，上升速度，超调，振荡次数，稳定时间等指标，记录起励后

的稳态电压和系统电压。

上述的这种起励方式是通过手动解除“灭磁”状态完成的，实际上还可以让发

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电机自动完成起励，其操作步骤如下：

（1）将“励磁方式开关”切到“微机他励”方式，合上“励磁开关”；

（2）确认显示屏上显示为“恒UF”模式;

（3）将励磁屏柜上的“灭磁”按钮打到退出状态，此时灭磁指示仍为1,表示

处于灭磁位置：

（4）启动机组；

（5）注意观察，当发电机转速接近额定时，机组自动起励建压，整个起励过程

由机组转速控制，无需人工干预，这就是发电厂机组的正常起励方式。同理，发电

机停机时，也可由转速控制逆变灭磁。

通过无穷大调压器改变动模系统一次电压，重复起励（无需停机、开机，只需

灭磁、解除灭磁），观察记录发电机电压的跟踪精度和叁效跟踪范围（二次电压

95V<Un<105V）以及在大于或小于有效跟踪范围外起励的稳定电压。

实验结束，按下灭磁按钮并断开励磁开关，将“励磁方式开关”改切到“微机

自励”位置，恢复投入“励磁开关”.也可按照上述方法实验自并励的起励方式。

发电机并网是指将发电机同步并入电网，以向电网输出电能。

另外，关于发电机的准同期并列运行则是将发电机并入电力系统的合闸操作，

即在合闸前将发电机与待并机组的电压和转速调整到满足电压幅值与频率条件的一

定范围时，由运行操作人员手动或由准同期控制器自动选择合适时期发出合闸指令。

2.恒IL方式起励步骤

恒IL方式起励，是一种用于试验的起励方式，其设定值由程序自动设定，人工

不能干预，起励后的发电机电压一般为20%额定电压左右，起励完成后需手动调节

励磁将发电机电压调整至额定电压。

（1）将“励磁方式开关”切到“微机自励”方式或者“微机它励”方式，合上

“励磁开关”；

（2）将“恒IL”按钮打到投入状态，此时显示屏显示为“恒IL”；

（3）将励磁屏上上的“灭磁”按钮打到投入状态，此时灭磁指示为1,表示处

于灭磁位置：

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（4）启动机组；

（5）当转速接近额定时（频率＞=47Hz）,将“灭磁”按钮打到退出状态，发电

机自动起励建压，记录起励后的稳定电压。起励完成后，操作增减磁按钮可以自由

调整发电机电压。

3.恒a方式起励步骤

（1）在励磁系统处于灭磁状态下将“励磁方式开关”切到“微机它励”方式，

然后合上“励磁开关”；

（2）励磁调节器选择恒a运行方式：将装置系统参数中的“继电器动作模式字”

设为5,显示屏显示控制模式为恒UUK模式；

（3）将励磁屏上上的“灭磁”按钮打到投入状态，此时灭磁指示为1,表示处

于灭碱位置；

（4）启动机组；

（5）当转速接近额定时（频率＞=47Hz），将“灭磁”按钮打到退出状态，然后

手动增磁，直到发电机起励建压：

（6）注意比较恒a方式起励与前两种起励方式有何不同；

（7）实验结束，将系统恢复至初始状态。

思考：

1.为什么在恒a方式下，必须手动“增磁”才能起励建压？

答:恒a方式是一种开环控制方式，没有闭环反馈，只限于他励方式下使用。

2.比较恒UF方式起励、恒IL方式起励和恒a方式起励有何不同？

答:恒UF方式为保持机端电压稳定，恒IL方式为保挣励磁电流稳定，恒a方式

为保持控制角稳定。其中，恒a方式是一种开环控制方式，只限于他励方式下使用。

4.逆变灭磁与跳励磁开关灭磁有什么区别？

答:若发电机利用全控桥进行逆变灭磁，必须使最小逆变角大于换流角及晶闸管

关断角之和，而跳励磁开关是由相应的继保装置检测到某种值超过负荷整定值范围

时，迅速关断。

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四：准同期并列运行

同期并列操作是电力系统运行中的一项重要的操作，在发电机与电网并列需要

发电机与系统的电压差、频差、相角差均在允许的范围内，且并列时间长，所以常

常出现不可避免的冲击功率和冲击电流，这些冲击会引起系统电压瞬间下降。如果

操作不当，冲击电流过大，可能引起发电机组大轴发生机械损伤，引起机组绕组电

气损伤。在某些情况下，为满足用户用电量增长的需求，要求备用机组迅速投入系

统，甚至需要将己被解列为两部分的电力系统恢复并列运行。所以发电机组要安全

可靠、且快速地投入系统，并确保系统的可靠，经济运行和发电机的安全。

发电机并网四个条件：

（1）发电机的频率与系统频率相同。

（2）发电机出口电压与系统电压相同，其最大误差应在5%以内。

（3）发电机相序与系统相序相同。

（4）发电机电压相位与系统电压相位一致。当满足以上四个条件时，可以合上

并网开关，使发电机组并入系统运行

发电机的并网方式：

（1）自动并网就是在系统上选择与之相匹配的同期方式按下合闸自动并网。

（2）手动并网”就是手动调整频差和压差满足条件后，手动操作并网断路器实

现并网。选定“同期方式”。将实验台上的“同期方式”旋钮旋到“手动”状态。

观测同期表的指针旋转。同期时以系统为基准fg>fs时同期表的相角指针顺时

针旋转频率指针转到“+”的部分Ug〉Us时压差指针转到“+”。反之相反。fg和

Ug表示发电机频率和电压fs和Us表示系统频率和电压。根据同期表指针的位置手

动调整发电机的频率和电压直至频率指针和压差指针指向“0”位置。表示频率差和

压差接近于“0”此时相角指针转动缓慢当相角指针转至中央刻度时，表示相角差为

“0”此时按下断路器QF0的“合闸”按钮。完成手动并网。

并网操作步骤：

（1）将发电机组的负荷开关合上，将电压送至母线上，而无穷大系统组处在待

并状态。

（2）合上同期开关，调节发电机组的转速，使它等于或接近同步转速（与无穷

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大系统的频率相差在半个周波以内），调节待开发电机组的电压，使其与无穷大系

统的电压接近，在频率与电压均相近时，同期表的旋转速度是越来越慢的，同期指

示灯也时亮时暗；

（3）当待并机组与无力大系统相位相同时，同期表指示灯处于同相灯位置，当

同期表指示灯按顺时针方向旋转时，这说明待并发电机的频率比无穷大系统的频率

高，应降低待并发电机组佗转速，反之当同期表指示灯接逆时针方向旋转时.，应增

加待并发电机组的转速；

（4）当同期表指示灯顺时针方向缓慢旋转，指针接近同期点时，立即将待并机

组的断路器合闸，使两台发电机组并列。并列后切除同期表开关和相关的同期开关。

同步发电机并列运行时调速、调励磁

（1）按照操作说明，将无穷大开关09QF合闸，启动微机准同期装置，将发电

机同期并网；

（2）将励磁装置设置为恒机端电压“恒UF”方式，并将同步发电机有功、无

功输出调为0；

（3）通过调速旋钮对同步发电机进行增速、减速操伐，记录调节过程中的发电

机机端电压U、定子电流I、励磁电流IL、有功功率P、无功功率Q及功角6,填入

表4-1,比较与空载时数据变化的区别，并进行分析；

（4）通过增、减磁按钮对同步发电机进行增磁、减磁操作，记录调节过程中的

发电机机端电压U、定子电流I、励磁电流IL、有功功率P、无功功率Q及功角5,

填入表4-1,比较与空载时数据变化的区别，并进行分析；

I(AIIP(Q(kv6

记录状态U(V)

).(A)kW)ar)(°)

增磁226.531.54-0.81.1

减磁217.541.00-0.80.0

增速231.822.184.01.1

减速238.302.190.02.0

表4-1

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同期并网操作台

并网运行图

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数据分析:

准同期并列运行实验相对于发电机的启停区别是：准同期并列运行是将发电机

同期并网而发电机的启停没有并网这一操作，所以准同期并列运行并网相当于接入

线路和负载，所以电网上的有功功率和无功功率是有参数的。发电机的启停是在空

载的情况下稳定系统频率进行增、减速，增、减磁操作来观察对应的参数变化。有

功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率，也就是将电能转换为其他形式能量,

无功功率比较抽象，它是用于电路内电场与磁场的交换，并用来在电气设备中建立

和维持磁场的电功率。它不对外作功，而是转变为其他形式的能量。电动机需要建

立和维持旋转磁场，使转子转动，从而带动机械运动，电动机的转子磁场就是靠从

电源取得无功功率建立的。变压器也同样需要无功功率，才能使变压器的一次线圈

产生磁场，在二次线圈感应出电压。因此，没有无功功率，电动机就不会转动，变

压器也不能变压。

一般情况下，电能表的功率设计是由电网向用户传送为正。若出现有功功率为

负，就说明有功功率出现向外传送的情况.

有功功率为负的原因：

(1)该用户是电厂，在电厂发电时，有功功率向外传送。

(2)用户内部有发电设备，在某一瞬间，发电功率大于其用电功率，有功功率

向外传送。

(3)在停电的瞬间，有些大设备一时停不下来，变成了发电机，有功功率向外

传送。

(4)电能表接线错误。因为电流是有方向的，电压无方向。如果用电方有功功

率出现负值时，若排除其它特殊情况，•般是接线有误，可直接检查二次回路纠正

错误接线即可。电厂发电机组的功率因数•般在设计的时候己经确定，它主要是表

征机组进相运行和迟相运。在实际运行中往往是经常变化的，-一般会产生无功功率。

从发电机和高压输电线供给的无功功率，一般满足不r负荷的需要，所以在电网中

要设置一曲无功补偿装置来补充无功功率，以保证用户对无功功率的需要，这样用

电设备才能在额定电压下工作。

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无功功率为负的主要原因：

(1)大量的电感性设备，如异步电动机、感应电炉、交流电焊机等设备是无功功

率的主要消耗者。据有关的统计，在工矿企业所消耗的全部无功功率中，异步电动

机的无功消耗占了60%〜73%；而在异步电动机空载时所消耗的无功又占到电动机

总无功消耗的60%〜70%。所以要改善异步电动机的功率因数就要防止电动机的空

载运行并尽可能提高负载率。

(2)变压器消耗的无功功率一般约为其额定容量的10%〜15%,它的空载无功

功率约为满载时的1/3。因而，为了改善电力系统和企业的功率因数，变压器不应

空载运行或长期处于低负载运行状态。

(3)供电电压超出规定范围也会对功率因数造成很大的影响。当供也电压高于额

定值的10%时，由丁磁路饱和的影响，无功功率将增长得很快，据有关资料统计，

当供电电压为额定值的110%时，一般无功将增加35%左右。当供电电压低于额定

值时，无功功率也相应减少而使它们的功率因数有所提高。但供电电压降低会影响

电气设备的正常工作.所以，应当采取措施使电力系统的供电电压尽可能保持稳定。

将同步发电机并入电力系统的合闸操作分为准同期和自同期。

准同期并网：在待并发电机加励磁，调节其参数使之符合并网并网条件后并入

电网。准同期并网冲击电流小，合闸后机组能迅速同步运行，对系统影响最小。

自同期并网：不在待并电机加励磁，当转速接近同步转速，并列断路器合闸，

之后加励磁，由系统拉入同步。自同期并网速度快，控制操作简单但冲击电流大，

从系统吸收无功，导致系统电压短时下降。

五：控制方式及相互切换

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I可步发电机的励磁系统由励磁功率单元和励磁调节器两部分组成，它们和问步

发电机结合在一起就构成一个闭环反馈控制系统，称为励磁控制系统。励磁控制系

统的三大基本任务是:稳定电压，合理分配无功功率和提庙电力系统稳定性。

闭环反馈控制是基于反馈原理建立的自动控制。通过比较系统行为（输出）与期

望行为之间的偏差，并消除偏差以获得预期的系统性能。闭环反馈控制由控制器、

受控对象和反馈通路组成可供选择的励磁方式有两种：自并励和它励。调节调速器的

增速减速按钮，可以调节发电机输出有功功率，调节励碳调节器的增磁减磁按钮，

可以调节发电机输出无功功率。

型微机励磁调节器具有恒UF,恒IL,恒一等三种控制方式，分别具有各自特

点。

1.恒UF控制方式

选择它励恒UF方式，开机建压不并网，通过调节原动机改变机组转速45Hz〜

55HZ,记录频率与发电机电压、励磁电流、控制角。的关系数据；（恒UF）

发电机频率发电机电压励磁电流励做电压控制角一'

47.06Hz96.00.5480.40267.8

47.92Hz96.00.5160.37767.4

49.03Hz96.00.4800.34966.5

49.93Hz95.90.4570.33066.3

49.96Hz96.10.5470.33266.2

50.02Hz96.00.4560.33466.1

50.97Hz95.90.4320.31466.0

51.09Hz96.00.4310.31365.8

51.87Hz96.00.4140.30065.7

52.81Hz96.00.3980.28965.0

52.85Hz96.00.3970.28664.9

表1恒UF月式数据

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数据分析：在调节发电机频率增加时，励磁电压和励磁电流随着减小，而发电机端

电压和控制角基本不变。

2.恒IL控制方式

选择它励恒IF方式，开机建压不并网，通过调节原动机改变机组转速45Hz〜

55HZ,记录频率与发电机电压、励磁电流、控制角。的关系数据；（恒IF）

发电机频率发电机电压励磁电流励磁电压控制角

47.03Hz85.20.4050.29368.9

47.99Hz86.70.4030.29268.1

48.04Hz86.90.4030.29368.0

49.01Hz88.770.4030.29267.6

50.01Hz90.00.4040.29367.0

51.01Hz92.40.4020.29166.2

51.89Hz94.00.4030.29265.6

52.79Hz95.60.4020.29265.1

52.90Hz95.80.4020.29165.0

表2恒IL控制方式数据

数据分析：随着发电机频率的增加，机端电压也增加，而励磁电流、励磁电压和控

制角基本不变。

3.恒a控制方式

选择它励恒UK方式，开机建压不并网，通过调节原动机改变机组转速45Hz〜

55HZ,记录频率与发电机电压、励磁电流、控制角a的关系数据；（由于试验台不

能显示a所以用恒UK代替）

发电机频率发电机电压励磁电流励磁电压控制角―

46.98Hz94.10.5230.38269.9

47.01Hz94.10.5230.38368.9

47.90Hz96.20.5230.38468.3

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48.11Hz96.50.5230.38368.2

49.04Hz98.40.5230.38367.7

49.17Hz98.80.5230.38467.5

50.02Hz100.50.5220.38266.9

51.07Hz