ayuda 8.1 motor electrico ac y dc

8/12/2019 Ayuda 8.1 Motor Electrico AC y DC

http://slidepdf.com/reader/full/ayuda-81-motor-electrico-ac-y-dc 1/90



Elabo rado por:

Ing . Raúl Matos Acuña



Conten ido Programático

1. Introducción, definiciones y principios básicos2. Motores de Corriente Continua3. Motores de Corriente Alterna Trifásicos4. Motores de Corriente Alterna Monofásicos5. Motores Sincrónicos6. Placas de Características7. Conexiones típicas8. Arrancadores electromagnéticos de motores

eléctricos9. Fallas más frecuentes en motores eléctricos.10. Recomendaciones de mantenimiento

Motores Eléctricos - Ing. Raúl Matos Acuña



Motores EléctricosIntroducción

FUERZA:

La causa que puede tanto producir como cambiar el estado

de movimiento de los cuerpos.

Entonces para mover un cuerpo, es necesario aplicarle unaFuerza y el cuerpo se moverá en la dirección y sentido de lafuerza aplicada.

La capacidad de trabajo de un motor eléctrico depende dela fuerza magnética que sea capaz de producir.





TORQUE:

Si un cuerpo es capaz de rotar so bre un eje, el resu l tado de la

fuerza es un a com binación de la fuerza apl icada y la distanc iaal eje de ro tación .

A este resul tado se le conoce como Torqu e y es el produc tovector ial de mult ip l icar la Fuerza (F) po r la distanc ia

perpend icular al eje de rotación (r ), donde F y r son vectores.

T = F x r ¯ ¯ ¯





TORQUE:

r

F





TORQUE:

r

El Peso del cuerpodetermina unaFuerza F y éstacausa un Torque quellamaremos porconvención

Torque Reactivo T

Este Torque Reactivohará que la polea gireen el sentido de lasagujas del reloj y el

cuerpo C descenderá

C

F = Peso




TORQUE:

r

F = Peso

Si aplicamos unaFuerza F´ en otradirección, estaproducirá un torquecontrario al anterior quepor convención lollamaremos

Torque Activo T´

F´

C




TORQUE:

r

F = Peso

F´

Si el Torque Activo T´ es mayor que el

Torque Reactivo T,entonces, la poleagirará en sentidocontrario a las agujasdel reloj y el cuerpo Cascenderá.

C



Resumen de esta parte:

Definiciones:

2.- Concepto de Torque1.- Concepto de Fuerza

Adiestramiento

Técnico y

Especial izado

3- Torque Activo y Reactivo



MOTORES ELÉCTRICOS





Los Motores son máquinas de conversión de energía

Los Motores Eléctricos conviertenEnergía Eléctrica en Energía Mecánica.

ENERGÍAMECÁNICA

ENERGÍAELÉCTRICA





El Motor Eléctrico

Es una máquinacapaz deproducir unTorque, mientrasgira a unadeterminada

velocidad.

El Torque se

mide en unidadesde fuerza porunidades dedistancia

y la velocidad derotación en r.p.m

Los Motores son máquinas de conversión de energía






El Motor Eléctrico

Produce unTorque resultante

comoconsecuencia dela interacción decamposmagnéticos,algunos de ellos

generados porcorrienteseléctricas.

La forma comose producenestos camposmagnéticos, es loque diferencia alos distintostipos de MotoresEléctricos.






La EnergíaEléctrica

Es el resultado deaplicar unaPo tenc ia Eléctr ic a durante un tiempodeterminado


La EnergíaMecánica

Es el resultadode aplicar unaPotencia

Mecánica duranteun tiempodeterminado





La PotenciaEléctrica

Es el resultado demultiplicar el valordel vol taje aplicado por elvalor de laIntensidad de lacorriente(Amperaje)

P = V x I


La PotenciaMecánica

Es el resultado

de multiplicar elTorque por lavelocidad angular (r.p.m)

P = T x r.p .m






Cuando la PotenciaMecánica se mideen HP, y el Torqueen Lb f-pie,

entonces se tieneque:

1 HP = T x r.p .m

5.250






Cuando laPotenciaEléctrica es enCorriente Alternase mide en

Watios y secalcula por:

P = V x I x fp

Donde fp es el

Factor dePotencia.

Cuando la PotenciaEléctrica es enCorriente Continua,se mide en

Volt-Amperios Y se calcula por:

P = V x I





Factor dePotencia

Cuando la Corriente y el Voltaje no

están en fase, como suele ocurrir enlos circuitos de Corriente Alterna,entonces se produce entre ellos unángulo cuyo valor del Coseno es loque llamamos Factor d e Potenc ia.

fp = CosØ




Motores Eléctricosde Corriente Continua

Armadurao Induc ido

Campo

Parte móvil

Parte fi ja




Motores Eléctricosde Corriente Alterna

Rotor Estator

Parte móvil Parte fi ja





Factor dePotencia

El Factor de Potencia determ ina lacons ideración de tres t ipos de

po tenc ia eléctr ic a:

Potenc ia Ac tiva (o Real) W

Potenc ia Reactiva (o Imag inaria) Q y

Potencia Aparente SØ

W

SQ





El Moto r conv ierte en trabajo m ecánic o la

Potenc ia Ac tiva (o Real) W

Util iza la Potenc ia Reactiva (o

Imaginaria) Q para prod uci r los campos

magnéticos;

pero toma de la red de sum inis t ro la

Potencia Aparente S Ø

W

SQ





1.- Conversión de energía

3.- Potencia Eléctrica

2.- Potencia Mecánica

Adiestramiento

Técnico y

Especial izado

4.- Potencia Activa, Reactiva y Aparente



Motores EléctricosClasificación

MOTORES DECORRIENTECONTINUA

MOTORESDECORRIENTEALTERNA

• De imán permanente

• Serie

• Derivación

• Compuestos

• Asincrónicos (de Inducción)

• Sincrónicos (no inductivos)

• Trifásicos

• Bifásicos

• Monofásicos

MOTORESUNIVERSALES





MOTORESDECORRIENTEALTERNA

• Asincrónicos (de Inducción)

• Trifásicos

• Fase Partida

• Con condensadorde arranque

• Con doblecondensador

• Con devanado desombra

• Rotor “jaula de ardilla”

•

Rotor bobinado

• Monofásicos

• Sincrónicos (no inductivos) Motores Eléctricos - Ing. Raúl Matos Acuña




MOTORESUNIVERSALES

Se llaman así, porque pueden trabajartanto con corriente continua como concorriente alterna.

Son motores de relativo pequeñotamaño y potencia, con rotor bobinado

conectado en serie con el estator.




MOTORES DC

Estator de Polos Sal ientes

CampoArmadura

Induc ido Bob inado

Colector




MOTORES DC

Campo

Armadura

Excitación

Independiente

+

-

Imán

permanente




MOTORES DC

Campo

Armadura

Conexión

Serie

+

-




MOTORES DC

Campo

Armadura

Conexión

Derivación

+

-




MOTORES DC

Campo

Armadura

Conexión

Compuesta

+

-





1.- Motor de Corriente Continua

3.- Tipo Derivación

2.- Tipo Serie

Adiestramiento

Técnico y

Especial izado

4.- Tipo Compuesto



MOTORES AC




MOTORES AC Trifásicos

Estator ranuradoRotor “Jaula de Ardilla”





Estator ranuradoRotor bobinado t ipo l iso

An i l los rozantes





Estator ranuradoRotor bobinado

t ipo Polo s Sal ientes

An i l los rozantes




MOTORES AC Monofásicos

Estator ranuradoRotor “Jaula de Ardilla”





1.- Motor de Corriente Alterna

3.- Principios básicos

2.- Motor trifásico de Inducción

Adiestramiento

Técnico y

Especial izado

4.- Tipos de rotores y estatores




Estator ranurado

Rotor “Jaula de Ardilla” “Fase Partida”

Interruptor

Centrífu go

Arro l lado de Arranqu e

Arro l lado de Marcha





Estator ranurado

Rotor “Jaula de Ardilla” “Capacitor de arranque”

Interruptor

Centrífu go

Arro l lado de Arranque






Estator ranurado

Rotor “Jaula de Ardilla” “Capacitores de arranque

y de marcha”

Interruptor

Centrífu go

Arro l lado de Arranque



Á



MOTOR MONOFÁSICOCon “Polo sombreado”

Bob ina de

sombra

Son mo tores deinducc ión de baja

potencia y bajo torque

Prácticamen te

trabajan a lavelocidad sincrónica





1.- Motor AC Monofásico

3.- Arranque por capacitor

2.- Arrollado de fase partida

Adiestramiento

Técnico y

Especial izado

4.- Arrollado de sombra



MOTOR LINEAL AC




MOTORES AC Sincrónicos

Estator ranuradoRotor bobinado

t ipo Polo s Sal ientes

An i l los rozantes

Alimentación DC




MOTORES AC Sincrónicos

Estator ranuradoRotor bobinado t ipo l iso

An i l los rozantes

Alim entación DC




MOTOR SINCRÓNICO





1.- Motor AC Lineal

3.- Rotor de Polos Salientes

2.- Motor AC Sincrónico

Adiestramiento

Técnico y

Especial izado

4.- Rotor Liso

M t Elé t i



Motores EléctricosPlaca de Características

PUNTO NOMINAL DE OPERACIÓN:

Cuando el motor trabaja entregando el Torque Activo para el cual fuediseñado, moviendo la carga mecánica a la velocidad esperada y bajo

condiciones ambientales favorables, se dice que el motor trabaja en elpunto nominal de operación, también llamado Punto de Plena Carga .

En la práctica, un motor puede trabajar a un punto ligeramente porencima o por debajo del punto nominal de operación; pero a riesgo deque el motor se queme si lo hace durante un tiempo más o menosprolongado.

En el punto nominal de operación, el motor estará proporcionandosu máxima eficiencia, mientras consume el Amperaje de Plena

Carga F.L.A.


M t Elé t i




Velocidad

MOTOR DCSerie

TORQU

E

PUNTO NOMINAL DE OPERACIÓN ??:


M t Elé t i




Velocidad

MOTOR DCDerivación oCompuesto


TORQU

E




M t Elé t i




TORQU

E

Velocidad Sincrónica

MOTORSINCRÓNICO



M t Elé t i




POTENCIA NOMINAL:

Es la potencia mecánica que la máquina puede desarrollar encondiciones de operación nominales; es decir, al voltaje, corriente y

velocidad de rotación nominales. Es la potencia entregada en el Puntode Plena Carga.

En la práctica, un motor puede desarrollar una potencia mayor que lanominal; pero no podrá hacerlo por mucho tiempo y tarde o temprano sequemará.

FACTOR DE SERVICIO:

De acuerdo con el fabricante del motor, el Factor de Serviciodetermina cuánto podrá sobrecargarse mecánicamente un motor,sin que se ponga a riesgo el calentamiento del arrollado y siempre ycuando haya buena disipación térmica.


Motores Eléctricos




VOLTAJE NOMINAL:

Es la Tensión o Voltaje especificado por el fabricante, al cual el motorfuncionará correctamente, siempre y cuando lo haga en condicionesnominales de Potencia y de velocidad. Algunos motores pueden ser

conectados para trabajar con distintas tensiones de alimentación.En la práctica, un motor puede trabajar a un voltaje ligeramente porencima o por debajo de la Tensión nominal; pero esta no debe desviarsemás allá del +- 10% a riesgo de que el motor se queme.

AMPERAJE NOMINAL:

De acuerdo con el fabricante del motor, es la Corriente que el motortomaría de la red, cuando trabaje en condiciones de potencia,voltaje, frecuencia y velocidad nominales. El Factor de Servicio delmotor puede determinar el margen de tolerancia en este sentido.


Motores Eléctricos




FASES :

El fabricante indicará si el motor es un motor monofásico, trifásico ode otro tipo. Conocer el tipo de motor permitirá su conexión adecuada

a la red de suministro eléctrico.

TIEMPO DE TRABAJO (“Time Rating”)

No todos los motores pueden trabajar continuamente durante

tiempo prolongado. En la placa de características, el fabricanteindicará si es para trabajo continuo o intermitente.


Motores Eléctricos




FRECUENCIA NOMINAL:

Se trata de la Frecuencia de la red de alimentación. En Venezuela estafrecuencia está normalizada a 60 Hz (Ciclos/segundo).

El campo magnético del estator de un motor de corriente alterna gira auna velocidad que es directamente proporcional a la frecuencia einversamente proporcional al número de pares de polos queconstituyen el estator. Esto es lo que se conoce como Velocidad

Sincrónica . Vel. Sincrónica = f (Ciclos/segundo)

P

VELOCIDAD SINCRÓNICA:


Motores Eléctricos




VELOCIDAD SINCRÓNICA:

Ya que la frecuencia de la red está estandarizada en 60 Hz (Ciclos/segundo)entonces la velocidad Sincrónica dependerá del número de pares de polosde la máquina.

Vel. Sincrónica (r.p.m) = 60 (Ciclos/segundo) x 60 (segundos/minuto)P

Vel. Sincrónica (r.p.m) = 3600 (Ciclos/minuto)P


Motor tiene 4 polos: (P =2 pares)Vsin = 3600/2 = 1800 RPM

n(RPM) = 60*f/P = 120*f/p# depolos

Motores Eléctricos




VELOCIDAD ASINCRÓNICA:

En la práctica, el rotor y eje de una máquina de inducción, girarán avelocidades inferiores a la velocidad sincrónica.

VELOCIDAD NOMINAL:

Es la velocidad a la cual girará el eje del motor, cuando éste seencuentre en el punto de operación nominal; esto es, a un 90 o

95% de la Velocidad Sincrónica.


Motores Eléctricos




DISEÑO:

Los motores se fabrican para trabajar bajo ciertas condiciones deTorque/Velocidad. Los fabricantes han normalizado estos diseños

dependiendo del tipo de cargas mecánicas típicas y de las condiciones dearranque, freno, parada y giro en contramarcha de los motores.

DISEÑO NEMA:

La Asociación de Fabricantes Eléctricos de los EEUU, han

establecido cuatro tipos de diseño: A,B,C y D concomportamientos de Torque/Velocidad diferentes. A continuaciónindicaremos algunas de sus características.


Motores Eléctricos




MOTORES AMERICANOS:

Según el tipo de servicio los motores americanos se clasifican así:

NEMA A: Uso general; torques a rotor bloqueado normales. Para cargasinerciales pequeñas y arranques no frecuentes. Velocidad aprox. 95% de

la velocidad sincrónica

NEMA B: Uso general; torques a rotor bloqueado normales; torque máximorelativamente alto. Velocidad aprox. 95% de la velocidad sincrónica.

NEMA C: Usos especiales. Torque de arranque alto con corriente de

arranque normal. Velocidad aprox. 90 a 95% de la velocidad sincrónica

NEMA D: Usos especiales. Torque de arranque muy alto con corriente dearranque moderada. El Torque máximo también es muy alto. Velocidadmenor del 90% de la velocidad sincrónica. Mala regulación de la velocidad


Motores Eléctricos




OTROS DISEÑOS:

Los fabricantes europeos y asiáticos han concebido diseños diferentes,pero un poco más específicos de acuerdo a las condiciones de trabajo

de los motores. Las normas IEC, VDE, UNE, UTE, difieren de las normasamericanas, aunque desde el punto de vista del funcionamiento teórico,los motores son los mismos.

El énfasis se hace en el tipo de servicio del motor, para lo cual se lesclasifica utilizando una letra S seguida de un número, como se indica a

continuación:


Motores Eléctricos




MOTORES EUROPEOS:

Según el tipo de servicio los motores europeos se clasifican así:

S1: Servicio Continuo

S2: Servicio TemporalS3: Servicio Intermitente Periódico

S4: Servicio Intermitente Periódico con Arranques

S5: Servicio Interm. Periód. Con Arranque y Freno Eléctrico

S6: Servicio Continuo con Carga Intermitente

S7: Servicio ininterrumpido con Arranque y Frenado

S8: Serv. Ininterr. Con Cambio de Velocidad.

S9: Serv. Ininterr. No Periódico Con Cambio de Velocidad.


Motores Eléctricos




LETRA DE CÓDIGO: ( o KVA Code)

Este concepto está asociado a la corriente de arranque del motor. Al serenergizado, el motor desarrolla su máximo torque; pero está detenido. En

este momento consume una corriente muy superior a la corrientenominal. Puede ser desde una, hasta diez o más veces la corrientenominal. La Letra de Código, permite calcular el rango de esa corrientede arranque dependiendo de los KVA del motor.

Conocer el valor de la corriente de arranque L.R.A (Corriente de rotor

bloqueado) es muy importante para la selección y ajuste de losdispositivos de arranque y protección del motor.


Motores Eléctricos




LETRA DE CÓDIGO: KVA de Arranque/Hp nominalesA 00 – 3,14

B 3,15 - 3,54

C 3,55 – 3,99

D 4,00 – 4,49

E 4,50 – 4,99F 5,00 – 5,59

G 5,60 – 6,29

H 6,30 – 7,09

J 7,10 – 7,99

K 8,00 – 8,99L 9,00 – 9,99

M 10,00 – 11,19

N 11,20 – 12,49

P 12,50 – 13,99

R 14,00 - 15,99

Motores Eléctricos




CLASE DE AISLAMIENTO:

Este concepto está asociado al tipo de material aislante del cual estánrecubiertos los conductores del arrollado. Esta es la parte más vulnerable

de los motores, ya que el aislamiento es lo primero que se quema en unmotor.

Conocer el tipo de aislamiento, ayuda a prevenir condicionesinadecuadas o anormales de operación o emplazamiento del motor yes muy importante para la coordinación y ajuste de los dispositivos de

protección del motor.


Motores Eléctricos




LETRA : TEMPERATURA

O 90º C

A 105º C

B 130º C

F 155º C

H 180º C

N 200º C

R 220º C

CLASE DE AISLAMIENTO:Motores americanos


Motores Eléctricos




LETRA : TEMPERATURA

Y 90º C

A 105º C

E 120º C

B 130º C

F 155º C

H 180º C

C Más de 180º C

CLASE DE AISLAMIENTO:Motores europeos




Motores Eléctricos




FRAME, SERIAL y MODELO:

En los motores americanos, estos conceptos están asociados a lasdimensiones, tipo de encerramiento y ventilación o enfriamiento del

motor. Incluye además la posición horizontal o vertical y si se acopla cono sin brida de montaje.

Son unos datos muy útiles, sobre todo cuando se pretende sustituirun motor por otro equivalente.

RODAMIENTOS:Algunas placas de características indican el tipo o modelo derodamientos que utiliza el motor, tanto en la parte frontal como enla parte posterior del eje.





1.- Curvas Torque/Velocidad

3.- Diseño según normas NEMA

2.- Placa de características

Adiestramiento

Técnico y

Especial izado

4.- Diseño según normas europeas

Motores Eléctricos




ESQUEMA DE CONEXIONES:

Algunas placas de características indican el tipo y la forma de hacer lasconexiones externas del motor para determinados voltajes, o para

obtener determinado número de pares de polos.Recuérdese que el número de pares de polos condiciona la velocidadsincrónica y por ende, las r.p.m del eje del motor (velocidadasincrónica).

En este punto se recomienda consul tar nuest ro curso

de Sistemas de Arranqu e para Motores.




Decimo s que un motor ha fallado

cuando:

• Llega a estar completamente

inoperante.

• Puede todavía op erar, pero no

pu ede real izarsat isfactor iamente su fun ción.

• Cuando su u so se hace

inseg uro po r ser io s daños. Motores Eléctricos - Ing. Raúl Matos Acuña

Fallas más frecuentes en los



Fallas más frecuentes en losMotores Eléctricos:

Fallas Internas:• Recalentamiento

• Falla a Tierra : De Alta impedancia y

De Baja Impedancia

• Corto circuito: En terminales,

En el Estator (Campo) yEn el Rotor (Armadura)






Fallas Internas:• Recalentamiento

El recalentam iento es la causa más frecuente de fallas

en lo s moto res eléctr ic os , ya que daña a la parte más

vulnerable del mo tor : el aislam iento

Tiene su origen en d ist intas causas:

• Sobrecarga mecánica

• Bajo vol taje en la alimentación

• Venti lación deficiente

• Cortoc i rcui to interno

• Alta Temperatura amb ienteMotores Eléctricos - Ing. Raúl Matos Acuña





Fallas Internas:• Falla a Tierra : De Alta impedancia y

De Baja Impedancia

Este daño se p resen ta más f recuen tem ente po r:

• Con tacto en tre espiras y el cuerp o metálico del mo tor

• Pun tos calientes en el enchapado magnético

• Contaminac ión po r humedad del arro l lado

La fal la a tierra es la segu nda causa más f recuente de fal las

en el m oto r eléct ric o . Pueden ser cau sad as p or pérd ida o

por daño de l ais lam ien to . Ésta pr oduci rá un punto calien te

en el arrol lado que degenerará en un corto circ uito .






Fallas Internas:• Corto circuito: En terminales,

En el Estator (Campo) y

En el Rotor (Armadura)

El Corto c irc u ito es la falla más

frec ruente y dañina que se conoce.

Produ ce destrucc ión y muchas vecesexplosión en los arro l lados .






Fallas externas:De origen eléctrico:

• Sobretensiones

• Sobrecarga

• Caída de tensión

• Falla en dispositivos de arranque y control• Falla en dispositivos de potencia







• Sobretensiones

Son incrementos inusi tados de la tensión

de la red. Au nque son de origen externo,

casi siempre prod ucen la perforación de los

ais lam ientos con la consecuente fal la po rcortoc i rcui to.







• SobrecargaLa sob recarga está asociada a la carga

mecánica y al Torqu e reactiv o. Puede inclu siv e,

deberse a daños mecánic os como rodam ientos

defectuos os, deformacion es en el eje, roce

excesiv o, cargas laterales, etc. Estas hacen qu e

el mo tor desplace su punto de operac ión haciael Torq ue Máximo, dism inu yend o su veloc idad,

aumentando el amperaje, aumentando la

temperatura y dism inuy endo la ef ic ienc ia. Todo

lo c ual, hará qu e el mo tor se qu eme muy

prontamente.Motores Eléctricos - Ing. Raúl Matos Acuña






• Caída de tensión

La caída de ten sión generará un inc remento

en la corr iente del mo tor. La velocidad

d ism inu irá, se desp lazará el pun to de

operación, aumentará la co rrien te y latemperatura, y f inalmente el mo tor se

quem ará.







• Falla en dispositivos de arranque y controlEntre esto s d ispos it ivos están el Con tacto r de

Ar ranq ue, el reléde p ro tecc ión cont ra

so br eco rrien te, la bob ina electr om agnética del

con tactor, los s ensores de temperatura y en

general todos los elementos asociado s a las

pr otecc iones eléctr icas del motor.

Una falla en estos d ispo si t ivos , puede

ocasionar que el mo tor no arranque, o que

lo haga en cond ic iones de fal la, todas las

cuales pro duc irán el daño del m oto r.







• Falla en dispositivos de potenciaEntre esto s d ispos it ivos están el Secc ionado r,

los fus ibles de protección y el Interrup tor de

pro tección magnética contra co rto circ uito s;

también el Co ntacto r de A rranque, y

probablemente otros dispos i t ivos asociados al

s istema de proteccion es del moto r.

Una falla en estos d ispo si t ivos, puede

ocasionar que el motor no arranque, o q ue lo

haga en cond ic iones de fal la, todas las cu ales

pro duc irán el daño del moto r.Motores Eléctricos - Ing. Raúl Matos Acuña





Fallas externas:De origen mecánico:

• Cojinetes o rodamientos defectuosos

• Excesiva Carga Mecánica

• Ventilación ineficiente







• Cojinetes o rodamientos defectuosos

Estos produ cen un roce exces ivo, or ig inando una

carg a mecánica sup erio r q ue el m otor tratará de

vencer, desplazando su punto de operación haciala zon a del Torqu e Máximo, co n las cons ecuencias

que tal anormal idad genera.







• Excesiva Carga Mecánica

Como se sabe, una carga m ecánica sup erior a la

nom inal, hará que el moto r g ire más len to ,

desplace su pu nto d e operación hacia la zona del

tor qu e máximo, se recal iente y finalmente se

queme.





Motores Eléctricos:


• Ventilación ineficiente

La in efic ienc ia del m oto r hace que éste se

caliente como u na con dic ión norm al. Si los

medios o d isposi t ivos para dis ipar el calor y

mejorar las cond icion es de temperatura de

trabajo del moto r se vuelven inef ic ientes,ent onces el moto r se recalen tará y se qu emará

indefect iblemente.





1.- Análisis de fallas típicas en motores

3.- Fallas Externas

2.- Fallas Internas

Adiestramiento

Técnico y

Especial izado

4.- Políticas de mantenimiento



GRACIAS

ayuda 8.1 motor electrico ac y dc

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