隨著科學技術的發展，交流調速系統的應用越來越普遍。為了保護逆變器直流側電源，在其開關器件的驅動信號中需加入死區時間，死區時間的加入對交流調速系統的實際運行產生了許多負面影響，因此，死區時間的補償隨之而成為交流調速系統研究的熱點和難點問題之一。 本課題研究交流調速系統中DSP控制的電壓型逆變器死區問題，簡介了三相SPWM逆變器原理后，引出了逆變器死區問題，對死區效應產生的機理及死區存在后引起逆變器輸出電壓的誤差波形進行了分析，揭示了因死區時間的加入所產生的誤差波形與逆變器相關參數的關系。 在上述研究的基礎上，本文對基于DSP控制器的逆變器死區問題展開研究，首先對DSP控制器PWM波產生的原理及死區加入的方法進行了闡述，然后對因死區時間的加入可能引起的波形失真情況進行了分析。在綜述了目前常用的死區補償方法的基礎上，針對基于DSP控制的逆變器死區問題提出了兩種比較實用的死區補償方法：一種是基于無效器件原理的死區補償方法，另一種是基于無效器件原理和電流反饋相結合的死區補償方法。系統仿真實驗表明：采用這兩種方法對死區時間補償后的電機定子電流波形與未補償前的相比，其畸變得到了明顯改善。為了進一步驗證這兩種補償方法的實際補償效果，本文還為驗證實驗做了一些前期的準備工作。
上傳時間： 2013-04-24
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動力傳動中的直線往復運動往往是通過旋轉運動在傳動裝置的作用下實現的。因此，頻繁的高速和低速的傳遞運動裝置的較好選擇是直線開關磁阻電機(LSRM)。但是，這種電機很少得到運用，這是因為LSRM的數學模型很難準確建立，它的固有的牽引力脈動(類似于旋轉開關磁阻電機的轉矩脈動)也很難克服，因而控制起來比較困難。隨著電力電子技術和數字技術的發展，直線開關磁阻電機以其簡單結實的電機結構、優越的性能和經濟指標，近年來受到學術界的極大關注，不少大學和研究機構都開展了研究工作，取得了一定的成就。本文在“通過先進的控制策略簡化機械裝置”的指導思想下，結合目前國際學術界的最新研究成果，對直線開關磁阻電機的理論、結構設計和系統仿真進行了一系列的研究。 本文從最基本的理論公式推導出直線開關磁阻電機的數學模型，并在此基礎上結合具體參數進行電機的結構設計，分析了各參數的靜態特性，推導出動態方程和傳遞函數，建立了非線性動態模型，利用該模型進行系統的動態特性分析，給出仿真結果；對系統進行優化，提出了一種簡單可行的參數選擇方法。仿真結果表明，其動態響應性能明顯提高。在分析常用功率變換器的基礎上，引進軟開關技術，用來降低電機的損耗和脈動。采用TMS320VC33進行數據處理，給出了與DSP相連接的相關檢測電路。 為了降低和消除開關磁阻電機的脈動和噪聲，本文利用滑模變結構控制具有快速響應和對外部變化不靈敏等優點，設計了LSRM滑模變結構控制系統。仿真結果表明，其效果明顯。 本文研究的目的在于把直線電機的結構和開關磁阻電機的原理和控制方式結合起來，對直線開關磁阻電機進行深入的分析，并在動態特性上進行較多的理論和仿真分析，在保持開關磁阻電機固有的優點上，進一步簡化電機的結構，使之能在一些特殊場合使用，以提高整個傳動系統的效率。 研究結果表明，直線開關磁阻電機的結構十分簡單，控制策略相對成熟，因而直線開關磁阻電機的研究和推廣運用是很有前途的。
上傳時間： 2013-06-20
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開關磁阻電機（SR電機）驅動系統（SRD）是一種先進的機電一體化裝置，但是其較大的振動噪聲和轉矩脈動問題制約了SRD的廣泛應用。本文以減小SR電機振動噪聲和轉矩脈動為主題展開理論分析和實驗研究。主要內容有：由于徑向力引起的定子徑向振動是SR電機噪聲的主要根源，因此徑向力的分析和計算是研究SR電機振動噪聲的基礎。本文利用磁通管法推導出徑向力的解析表達式，定性分析了徑向力與電機結構參數等之間的關系。根據虛位移原理，推導出基于矢量磁勢的電磁力計算公式。該計算方法求解電磁力時只需進行一次磁場計算，不但減小了計算量，同時計算精度較傳統虛位移法高。利用這一計算方法，求出了實驗樣機的轉矩及徑向力的精確數值解。針對在SRD性能仿真時，傳統的非線性插值不但耗時，而且對有限元計算數據量要求高的問題，本文利用人工神經網絡強大的非線性模型辨識能力，成功進行了SR電機磁鏈反演和轉矩計算的模型訓練，最后建立了基于人工神經網絡的SR電機精確解析數學模型。因為SR電機本體結構形式的選擇問題與振動噪聲大小有著密切的關系。本文從噪聲輻射和振動幅值角度探討了SR電機主要尺寸的確定；接著從對稱性、力波階數等角度研究了SR電機相數及繞組連接方式、極數、并聯支路數的選擇問題。并對一些常用的降低電機機械噪聲的措施和方法進行了綜述。系統振動特性的研究對于減小振動噪聲十分重要。本文從振動系統的運動方程出發，導出了從激振力到振動加速度的傳遞函數和系統的自由振動解；然后利用機電類比法得出了SR電機定子系統的固有頻率以及振動振幅的解析解，定性分析了影響振動振幅的各種因素；最后利用基于能量法的有限元解法，通過建立不同的散熱筋結構形式、高度、根數以及形狀的SR電機三維有限元模型，分析得出了最有利于降噪和散熱的散熱筋結構是高度高、根數多、上窄下寬的梯形截面的周向散熱筋的結論。通過建立不同繞組裝配工藝下的SR電機三維有限元模型，分析得出了加強繞組剛度可以提高系統低階固有頻率的結論。通過比較實驗樣機的模態分析結果和運行實驗結果，證實了模態分析的有效性。仿真是計算SRD系統性能和預估電機振動的有效手段。本文在用MATLAB建立SRD系統的非線性動態仿真模型的基礎上，對SRD系統進行了穩態性能仿真、動態性能仿真以及負載突變仿真。接著利用穩態性能仿真，綜合考慮最大平均轉矩和效率這兩個優化目標，對SR電機的開關角進行了優化。最后結合由磁場有限元計算得到的徑向力數據表和穩態性能仿真，通過非線性插值得到徑向力的波形，然后對徑向力波形進行了頻譜分析，從而找到其主要的諧波分量。在電機設計階段避免徑向力波主要頻譜分量與SR電機定子的固有頻率接近而引起共振是降低SR電機噪聲的首要條件。合適的控制策略對于SR電機減振降噪是必不可少的。本文理論推導出三步換相法的時間參數取值公式。仿真證明本取值公式較原先文獻的結論在阻尼比較小時有更好的減振效果。針對SR電機運行中可能出現多個模態振形被激發出來的情況，利用數值優化法對三步換相法的時間參數進行了優化，使得減振效果整體最佳，所提的數值優化方法對兩步換相法同樣有效。在分析已有的直接瞬時轉矩控制的基礎上，針對其不足之處，提出了轉矩定頻控制取代內滯環的方法、開始重疊區域的轉矩控制方法、最佳開關角度二次優化法和時間參數優化的三步換相法等新的控制方案。動態仿真證明這些方案是切實有效的，達到了預期效果。最后在直接瞬時轉矩控制的每一次轉矩斬波都使用三步換相法，和在相關斷時刻根據實際電平靈活選用兩步或三步換相法以減小電機振動噪聲，并提出了考慮減振要求的開關頻率設計方法，最終形成了一套完整的降低振動噪聲和轉矩脈動控制策略。設計并研制了基于TMS320LF2407DSP的SR電機控制器。根據控制策略要求，選用了不對稱半橋功率電路拓撲結構；出于降低成本以及提高可靠性考慮，采用了MOSFET雙路并聯電路方案。在控制軟件中實現了本文所提出的降低SR電機振動噪聲和轉矩脈動控制策略。本文最后對實驗樣機進行了靜態轉矩的測量實驗，對比轉矩測量值與轉矩有限元計算值，驗證了磁場有限元計算的有效性。然后對實驗樣機進行了空載與負載、電流控制與轉矩控制、低速斬波與高速單波、是否采用兩步或三步換相法等一系列對比運行實驗，對比各種實驗結果，充分證實了本文所提出的降低振動噪聲和轉矩脈動控制策略的有效性。本課題組承擔了國家十·五863計劃電動汽車重大專項：“EQ6110HEV混合動力城市公交車用電機及其控制系統”（2001AA501421）。本文的研究是在該項目的資助下完成，并且本文關于電機本體結構形式、散熱筋結構和機械降噪措施等的結論已在該項目的60kW實驗樣機上得到證實。
上傳時間： 2013-07-05
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本課題是國家自然科學基金重點資助項目“微型燃氣輪機一高速發電機分布式發電與能量轉換系統研究”(50437010)的部分研究內容。高速電機的體積小、功率密度大和效率高，正在成為電機領域的研究熱點之一。高速電機的主要特點有兩個：一是轉子的高速旋轉，二是定子繞組電流和鐵心中磁通的高頻率，由此決定了不同于普通電機的高速電機特有的關鍵技術。本文針對高速永磁電機的機械與電磁特性及其關鍵技術進行了深入地研究，主要包括以下內容： 首先，進行了高速永磁電機轉子的結構設計與強度分析。根據永磁體抗壓強度遠大于抗拉強度的特點，提出了一種采用整體永磁體外加非導磁高強度合金鋼護套的新型轉子結構。永磁體與護套之間采用過盈配合，用護套對永磁體施加的靜態預壓力抵消高速旋轉離心力產生的拉應力，使永磁體高速旋轉時仍承受一定的壓應力，從而保證永磁轉子的安全運行。基于彈性力學厚壁筒理論與有限元接觸理論，建立了新型高速永磁轉子應力計算模型，確定了護套和永磁體之間的過盈量，計算了永磁體和護套中的應力分布。該種轉子結構和強度計算方法已應用于高速永磁電機的樣機設計。 其次，進行了高速永磁轉子的剛度分析和磁力軸承—轉子系統的臨界轉速計算。基于電磁場理論分析了磁力軸承支承的各向同性，利用氣隙靜態偏置磁通密度計算了磁力軸承的線性支承剛度，在對高速電機轉子結構離散化的基礎上建立了磁力軸承—轉子系統的動力學方程，采用有限元法計算了高速永磁電機轉子的臨界轉速。利用該計算方法設計的1臺采用磁力軸承的高速電機，已成功實現60000r/min的運行。 再次，進行了高速永磁電機的定子設計，提出了一種新型環形繞組結構。環型繞組線圈的下層邊放在定子鐵心的6個槽中，而上層邊分布在定子鐵心軛部外緣的24個槽中，不但增加了定子表面的通風散熱面積，使冷卻氣流直接冷卻定子繞組，更為重要的是，解決了傳統2極電機繞組端部軸向過長的難題，使轉子軸向長度大為縮短，從而增加了高速永磁電機轉子系統的剛度。 然后，采用場路耦合以及解析與實驗相結合的方法，分析計算了高速永磁電機的損耗和溫升，并對高速永磁發電機的電磁特性進行了仿真。高速電機的優點是體積小和功率密度大，然而隨之而來的缺點是單位體積的損耗大，以及因散熱面積小造成的散熱困難。損耗和溫升的準確計算對高速電機的安全運行至關重要。為了準確計算高速電機的高頻鐵耗，對定子鐵心所采用的各向異性冷軋電工鋼片制作的試件，進行了不同頻率和不同軋制方向的導磁性能和損耗系數測定。然后采用場路耦合的方法，分析計算了高速電機的定子鐵耗和銅耗、轉子護套和永磁體內的高頻附加損耗以及轉子表面的風磨損耗。在損耗分析的基礎上，計算了高速電機的溫升。最后，設計制造了一臺額定轉速為60000r/min的高速永磁電機試驗樣機，并進行了初步的試驗研究。測量了電機在不同轉速下空載運行時的定、轉子溫升及定子繞組的反電動勢波形。通過與仿真結果的對比，部分驗證了高速永磁電機理論分析和設計方法的正確性。在此基礎上，提出一種高速永磁電機的改進設計方案，為進一步的研究工作打下了基礎。
上傳時間： 2013-04-24
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本文利用Maxwell 3D軟件對交流接觸器的電磁機構的靜態、動態特性進行分析與仿真。Maxwell 3D是美國的Ansoft公司開發的專門用于三維電磁場仿真的軟件。本文主要以CJ20-25交流接觸器的電磁機構為例，對不同激勵下交流接觸器電磁機構的靜態特性進行分析；編寫電磁機構動態仿真程序，對其進行動態仿真，并進一步分析其動態特性；同時對電磁機構的設計參數對交流接觸器特性的影響進行了分析。主要為以下幾個方面: 首先，利用Maxwell 3D軟件建立交流接觸器電磁機構的三維有限元模型，對模型進行有限元分析，計算不同電流和氣隙下的靜態吸力，仿真電磁機構的靜態特性。繪制出交流接觸器的靜態電磁場分布及吸力特性。 其次，用Visual C++編程語言編制程序，仿真交流接觸器電磁機構運動過程。 再次，對交流接觸器電磁機構進行瞬態分析。得出CJ20-25型交流接觸器動態電流、吸力特性，并對動鐵心末速度、靜鐵心迎擊距離、動態吸力與反力特性的匹配、總動能和碰撞損失能量與合閘相角的關系特性進行了具體分析。同時，將迎擊式與非迎擊的兩種類型的交流接觸器的動態特性作了比較。 最后，利用Maxwell 3D軟件分析接觸器各個設計參數對交流接觸器電磁機構靜態吸力、動態特性的影響。 經過以上各方面的分析可知：采用Maxwell 3D軟件的強大的電磁場有限元分析功能進行電磁機構的靜態及動態特性的分析與仿真，模擬真實的工作環境，可以在樣機制作前，精確掌握電器產品的性能，減少樣機制作，降低試驗費用，加快產品開發周期，提高產品性能指標，具有實際意義。
上傳時間： 2013-07-15
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本課題來源于國家863計劃《高速高效防爆稀土永磁同步電機研究》項目的部分研究內容。為了進一步提高稀土永磁同步電動機的效率，本論文主要采用有限元分析與實驗相結合的方法，重點針對稀土永磁同步電動機穩態運行時的諧波轉子銅耗、瞬態起動過程以及空載諧波磁場進行了深入研究。 論文利用有限元電磁場仿真軟件MagNet，對油田抽油用22kW稀土永磁同步電動機進行了詳細的電磁場仿真計算，首次，對諧波磁場引起的稀土永磁同步電動機穩態運行時的轉子銅耗進行了深入分析。通過對22kW電機的間接法和直接法效率實驗，分離出諧波引起的雜散損耗，并與仿真計算結果進行對比分析，證明了：實際稀土永磁同步電動機穩態運行時是存在轉子銅耗的，這也是和傳統稀土永磁同步電動機理論不同的地方。研究成果《稀土永磁同步電動機穩態運行時的轉子銅耗分析》發表在核心期刊《微特電機》2006年第9期上。 論文采用有限元MagNet對抽油用22kW稀土永磁同步電動機進行了起動過程的仿真研究，并利用先進的動態示波記錄儀DL750對22kW電機進行了空載起動過程的實驗。實驗結果表明有限元電磁仿真計算結果是準確的，也為稀土永磁同步電動機的優化設計提供了參考依據。研究成果《基于有限元的稀土永磁同步電動機起動過程仿真研究》發表在核心期刊《微特電機》2007年第1期上。 論文應用有限元電磁場軟件MagNet對作者設計的370W稀土永磁同步電動機的空載氣隙磁場進行了仿真分析，得到空載諧波磁場的波形畸變率是6.23﹪；為了驗證有限元分析結果的正確性，專門設計了兩臺370W稀土永磁同步電動機對拖實驗，利用WT3000電力分析儀分析出：實際空載氣隙磁場波形的畸變率是3.26﹪；通過實驗結果和仿真結果的對比分析，發現實際電機的轉子鼠籠條對電機空載諧波磁場有很好的抑止作用。初步的研究成果《稀土永磁同步電動機空載氣隙磁場的諧波分析研究》于2006年12月投到核心期刊《微特電機》上。
上傳時間： 2013-04-24
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盤式永磁電機因其較高的轉矩密度和良好的動態響應特性，在各種驅動、伺服和控制領域得到了迅速的推廣和應用。本文針對盤式永磁同步電動機的設計展開研究，所做工作主要包括以下幾個部分： 首先，從電機的主要尺寸方程入手將盤式永磁電機和徑向永磁電機的轉矩密度進行了比較，得到了兩種電機轉矩密度的變化關系。推導了六相盤式永磁同步電動機的電樞反應電抗、槽漏抗等的計算公式，同時也給出了這些參數相應的有限元計算方法，兩種計算結果基本一致。并且在對多極少齒結構電機的漏磁系數進行研究的基礎上，總結了該類電機的漏磁系數的計算方法。 其次，采用了針對六相電機的22極24槽結構，使得電機的主要尺寸減小，電機定子沖槽、電樞下線等工藝要求降低。利用有限元法和傅立葉分析求解對永磁體的形狀進行優化，可使得永磁電機氣隙磁密波形畸變率減小，進而降低的轉矩波動。定量分析了不同定子槽口寬度對空載反電動勢波形和齒槽轉矩的影響規律。 通過對盤式永磁電機的磁場分布特點的研究，編寫了分環法盤式永磁電機電磁設計程序。通過對樣機設計值與實驗值比較，不斷對盤式永磁電動機的電磁程序進行完善和修正，目前已經形成了一個比較實用可靠的CAD軟件。 對盤式永磁電機轉子盤體進行剛度計算，并且也對電機的定子進行了固有頻率的計算，保證了電機的可靠運行。 最后，在上述研究的基礎上，本文設計制造了一臺5kW的雙定子單轉子結構的盤式永磁同步電動機樣機并做了詳細的實驗，實驗結果與理論分析基本一致。
上傳時間： 2013-07-29
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選相控制開關又稱同步開關或相控開關，其實質就是控制開關在電壓或電流的期望相位完成合閘或分閘，以主動消除開關過程所產生的涌流和過電壓等電磁暫態效應，提高開關的開斷能力。本論文以電力系統的無功補償為背景，分析了隨機投切電容器組的暫態過程所帶來的各種危害，從而提出選相投切技術；本文以真空開關選相投切電容器組為研究對象，著重介紹了電容器組選相投切技術的相關理論，給出了電容器組選相投切的控制策略，為同步開關選相控制器的設計提供了理論依據。 雙穩態永磁機構結構簡單、動作穩定可靠，其出力特性能與真空開關良好匹配，在中壓領域得到越來越廣泛的應用。相控真空開關采用三相獨立操動的雙穩態永磁機構，其操作電源為由大功率電力電子器件控制的儲能大容量電容器，通過多次的測試結果表明雙穩態永磁機能很好地滿足相控開關的要求，是相控開關的理想選擇。 IPM(智能功率模塊)作為一種新型的大功率開關器件，以其設計簡單(內置驅動和保護電路)，低功耗，開關速度快等特點成為越來越多設計者的首選，得到了越來越廣泛的應用。本文討論了IPM在選相投切電容器組中的相關邏輯控制策略，光耦隔離驅動，IPM過流、過熱相關保護等內容，設計了以DSP(TMS320LF2407A)為核心的永磁機構同步控制系統，實時采集電網信號，經過FIR數字濾波提取零點，通過IPM控制大容量電容器放電來驅動永磁機構，實現斷路器在期望相位上分斷或關合以減小暫態沖擊，并保證儲能電容器的一次儲能完成一次完整的O-C-O操作。 通過相關試驗測試，表明本系統已經初步達到了設計所要達到的預期效果，為以后的研究以及同步控制控制系統的完善和優化提供了有益的經驗和參考。
上傳時間： 2013-04-24
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礦井高壓電網多以6KV 供電為主，高壓防爆開關成為了井下供電系統的最為關鍵的設備之一。近年來，由于煤礦開采中因電氣保護失控而引發事故的增長，國家對井下供電系統的可靠性、安全性的要求越來越高，因而采用現代化新技術對礦井下高壓控制設備進行技術改造和創新被提到了一個重要的高度。隨著微機技術的應用與發展，以單片機為核心的高壓開關智能綜合保護技術，能夠較好地完成對多路信號進行處理，增強和增加了保護的功能，其應用對于提高供電質量、保證人身安全、完善電網保護都具有很重要的現實意義。本文設計了一個雙CPU 的保護控制系統，雙CPU 結構就是采用16 位DSP(Digital SignalProcessing)芯片TMS320LF2407A 和增強型51 單片機STC89C58RD+進行分工合作并行處理，前者作為從CPU 完成各種保護功能，后者作為主CPU 完成參數的整定、顯示、數據下放以及PROFIBUS 通訊擴展。既能充分利用DSP 的高速數據處理性能，提高保護動作特性； 同時，在不影響數據處理的情況下又擴展了人機界面和總線通訊功能。 本文從理論上分析了礦井高壓電網中性點不接地系統的主要故障的電氣特征，并有針對性地提出了零序電流方向型選擇性漏電保護、相敏短路保護和絕緣監視保護，然后分析了采樣原理和算法，確定了同步交流采樣和全波傅立葉算法相結合的采樣計算方法。此外，針對系統可能遇到的各種干擾，在硬件、軟件兩方面進行了抗干擾設計。最后通過試驗數據驗證了系統對線路故障具有可靠的動作特性。 該保護控制系統性能穩定、動作可靠，簡單的按鍵操作和醒目的液晶顯示給工作人員帶來了極大方便，實現了檢測、保護、控制和通訊的一體化。 本課題是圍繞著天津市科技攻關立項項目“礦用高壓隔爆開關智能控制系統的開發”來進行地研究。
上傳時間： 2013-06-11
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帶整流負載的同步發電機在一些需要高品質直流電源的場所，如艦船電力推進、郵電通訊、飛機等電源系統得到了廣泛應用，并且受到了許多學者的關注，其研究領域主要涉及數字仿真、數學模型、穩態分析以及運行穩定性等方面。 本文對MATLAB/Simulink中的電機模型進行了深入的研究。針對MATTAB中電機仿真模型的不足和本文研究的需要，提出了同步發電機定、轉子分解的狀態方程，利用MATLAB工具箱建立了新的同步電機仿真模型并進行了封裝，為進行帶整流橋負載同步電機系統的分析與研究打下了很好的基礎。 對帶整流橋負載同步發電機整流系統穩態運行特性進行了分析，采用定、轉子分解模型建立了整流系統仿真模型。證明了在假定轉子磁鏈守恒，即忽略轉子電阻影響的條件下，定、轉子分解模型很容易轉變為帶三相對稱非線性負載的同步電機穩態分析模型。介紹了根據這一模型推導出的解析計算公式，給出了計算方法和步驟，并編寫了計算程序，便于工程上直接使用。與仿真結果的對比驗證了該解析計算的正確性。同時，仿真證實了忽略轉子電阻影響會給計算結果帶來一定的誤差，但是，在轉子電阻正常值范圍內，忽略其影響是允許的。 對帶有反電動勢負載的同步發電機整流系統的穩定性進行了仿真研究，將系統中的各個參數對系統穩定性的影響進行了仿真。為了解決穩定性仿真計算量大、計算時間長的問題，利用同步電機換相計算的穩態公式，對同步電機分解模型的定子部分和整流橋部分進行了簡化處理，得到了同步發電機整流系統穩定性分析簡化模型。通過兩種模型的仿真計算，證實了該簡化模型與非簡化模型的仿真結果相當一致。這樣既解決了帶有反電動勢負載的同步發電機整流系統的穩定性仿真計算的計算速度問題，也證明了換相過程及其產生的諧波對系統的穩定性沒有影響。
上傳時間： 2013-06-19
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