該論文在研究永磁同步電動機運行原理的基礎(chǔ)上詳細(xì)討論了其變頻調(diào)速的理論并且設(shè)計了一套基于DSP的永磁同步電動機磁場定向矢量控制系統(tǒng).永磁同步電動機相對感應(yīng)電動機來說具有體積小、效率高以及功率密度大等優(yōu)點,因此自從上個世紀(jì)80年代,隨著永磁材料性能價格比的不斷提高,以及電力電子器件的進(jìn)一步發(fā)展,永磁同步電動機的研究也進(jìn)入了一個新的階段.永磁同步電動機既區(qū)別于感應(yīng)電動機又與電勵磁同步電動機相比有自身的特點,因此該論文首先從永磁同步電動機的本身出發(fā),討論了其穩(wěn)態(tài)運行原理,分析了永磁同步電動機的轉(zhuǎn)矩特性、功率特性及效率.矢量控制理論的發(fā)明是交流調(diào)速領(lǐng)域中的一個重大突破,該論文詳細(xì)討論了永磁同步電動機的矢量控制,在推導(dǎo)其精確數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上分析了矢量控制理論用于永磁同步電動機控制的幾種電路控制策略,包括了i<,d>=0控制、cosψ=1控制,以及最大轉(zhuǎn)矩/電流控制方式,并且開發(fā)出基于DSP的全數(shù)字永磁同步電動機的矢量控制系統(tǒng),給出了其軟、硬件的設(shè)計方案.弱磁控制是永磁同步電動機矢量控制又一方面,論文分析了永磁同步電動機弱磁調(diào)速的原理以及弱磁擴速困難的原因,并由此提出了兩種特殊轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的新弱磁方案.直接轉(zhuǎn)矩控制是繼矢量控制后交流調(diào)速領(lǐng)域的又一個高性能控制方法,論文最后討論了直接轉(zhuǎn)矩控制理論在永磁同步電動機控制上的運用,并使MATLAB工具對永磁同步電動機的直接轉(zhuǎn)矩控制系統(tǒng)進(jìn)行了仿真研究,仿真結(jié)果表明,直接轉(zhuǎn)矩控制具有動態(tài)性能好,靜差小以及魯棒性好的特點.
標(biāo)簽： 永磁同步電動機 變頻調(diào)速系統(tǒng)
上傳時間： 2013-07-06
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艦船、飛機、移動通訊、石油鉆井平臺等獨立系統(tǒng)中有許多交直流電力并存的場合，需要實現(xiàn)發(fā)供電系統(tǒng)的小型化、高功率密度、高可靠性以及高品質(zhì)。常規(guī)的電勵磁發(fā)電機因為帶有電刷使供電系統(tǒng)的運行安全存在隱患，并且勵磁機的使用增加了電機的體積和損耗。為使系統(tǒng)節(jié)能高效，本文設(shè)計并制作了應(yīng)用于獨立交直流電力系統(tǒng)的交直流永磁同步發(fā)電機。永磁電機定子上帶有三套三相繞組，一套繞組用于提供交流電力，其余的兩套繞組相位互差30度電角度，接整流器為直流負(fù)載供電。文中對電機的設(shè)計以及電機的基本性能進(jìn)行探討。為了減小永磁發(fā)電機的電壓調(diào)整率，在電機的交軸與電機的永磁磁極尾部之間加一軟磁材料，通過增加電機負(fù)載時的交軸電抗壓降，來改善電機的電壓調(diào)整率。 首先，針對永磁電機設(shè)計的特殊性，應(yīng)用二維有限元法計算電機的電磁場以確定電機的主要尺寸，并討論了不同軟磁材料尺寸對電機的影響。文中還根據(jù)電磁場的計算結(jié)果，應(yīng)用傅立葉級數(shù)計算了電機的空載感應(yīng)電動勢以用于預(yù)測電機的性能，使用能量攝動法計算了計及飽和、槽影響下的電機電感參數(shù)。考慮到永磁材料的溫度性能問題，應(yīng)用電磁場和溫度場耦合的方式計算了電機穩(wěn)態(tài)時的溫度場。 然后，為了了解永磁同步發(fā)電機的主要電磁關(guān)系，研究了電機的數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)了考慮漏磁時具有三套互差一定電角度三相繞組的永磁發(fā)電機在dq0坐標(biāo)系下的方程，可以看到，在dq0坐標(biāo)系下電機的電感參數(shù)為常數(shù)。這樣，利用這個特性，在對電機運行性能進(jìn)行研究時，可以得到簡化電磁方程。根據(jù)電機穩(wěn)態(tài)運行時的方程，得到了電機的向量圖。 因為帶有多套繞組的永磁電機中含有較多的諧波，而采用dq0坐標(biāo)系下的方程會忽略掉氣隙磁場中的諧波分量，為了對電機的仿真更加精確，電機仿真時采用電機在ABC坐標(biāo)系下的基本電磁方程。應(yīng)用Matlab/SimPowerSystems中的模塊搭建電機的仿真模型，永磁體的影響用感應(yīng)電動勢來表示。根據(jù)仿真結(jié)果與樣機試驗結(jié)果的比較發(fā)現(xiàn)，兩者吻合良好。 另外，本文還設(shè)計了一臺電勵磁的交直流發(fā)電機，電磁設(shè)計結(jié)果表明，永磁電機在體積、重量、效率方面都很有優(yōu)勢。
上傳時間： 2013-04-24
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在國內(nèi)，目前工控領(lǐng)域廣泛用到的伺服系統(tǒng)(包括伺服電機和伺服驅(qū)動器)有整套購買國外某一個廠商的，也有自己開發(fā)電機，然后購買國外的伺服驅(qū)動器來配置伺服系統(tǒng)。前一種情況伺服電機與驅(qū)動器之間的整合程度是比較高，而后一種情況伺服電機的設(shè)計容易忽視與之配套的伺服驅(qū)動器的控制策略以及伺服驅(qū)動器的輸出電壓，輸出電流特點，很容易造成所設(shè)計的伺服電機不能充分發(fā)揮其性能以及材料的不合理利用。本文討論了作為伺服電機用的永磁同步電動機在整合伺服驅(qū)動器控制方式和輸出電壓、電流特性下的設(shè)計過程。 本文首先簡要介紹了永磁同步電動機作為伺服電機較其他類型的電機的優(yōu)勢，接著以永磁同步電動機作為伺服電機，對給定指標(biāo)要求的永磁同步電動機，在永磁體分別采用表面安裝和內(nèi)置兩種轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)時進(jìn)行了場路結(jié)合的設(shè)計與分析，分析了在磁場定向控制方式下兩種轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)的永磁同步電動機的工作特性、轉(zhuǎn)矩脈動等。得出了永磁體表面安裝轉(zhuǎn)子磁路結(jié)構(gòu)的永磁同步電動機作為伺服電機時更適合磁場定向控制運行的結(jié)論。 此外，從已經(jīng)成功設(shè)計了的永磁同步電動機出發(fā)，整合所設(shè)計的永磁同步電動機將要采用的驅(qū)動器其控制方式，并在一些有依據(jù)的假設(shè)前提下確定了電機的能量包函數(shù)(包括功率、轉(zhuǎn)速等一些額定指標(biāo))與一些主要尺寸函數(shù)表達(dá)式。初步得出了一種行之有效的、快速確定使用同一套定轉(zhuǎn)子沖片伺服電機尺寸的方法。 最后試制了樣機以及其在伺服驅(qū)動器下進(jìn)行了實驗，并比較分析了實驗和理論分析的結(jié)果。
上傳時間： 2013-05-30
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直線電動機直接驅(qū)動運動設(shè)備，省略了機械轉(zhuǎn)換機構(gòu)，完全消除機械傳動元件的速度和加速度的物理極限，具有長行程、低慣量、高精度、快響應(yīng)和高速度等特征，是先進(jìn)加工中心的標(biāo)志。90年代中期以后，直線驅(qū)動技術(shù)在超精密定位領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，吸引了越來越多的研究機構(gòu)和人員投入到這一領(lǐng)域中來。 永磁直線同步電機與普通的直線異步電機相比，具有效率高、輸出力矩大、體積小、易于控制等優(yōu)點，極大地提高了進(jìn)給系統(tǒng)的快速響應(yīng)性和運動精度，成為新一代超精密機床中最具有代表的技術(shù)。永磁直線同步電機伺服控制系統(tǒng)將是當(dāng)前和今后直線電機發(fā)展應(yīng)用的一個方向。 本文以直線電機理論為依據(jù)，以現(xiàn)有的實驗設(shè)備及新的實驗方法為基礎(chǔ)，設(shè)計了永磁直線同步電動機控制系統(tǒng)，分析了永磁直線同步電機控制系統(tǒng)中存在的難點，并對直線電動機控制系統(tǒng)的控制性能進(jìn)行了初步的實驗研究。 首先，介紹了永磁直線同步電機的結(jié)構(gòu)、工作原理、相關(guān)控制策略，對直線電機控制難點進(jìn)行了探討。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計了永磁直線同步電機的控制系統(tǒng)的總體方案。 然后針對永磁直線同步電機控制系統(tǒng)的主要難點，分為位置檢測技術(shù)，硬件系統(tǒng)設(shè)計和軟件系統(tǒng)設(shè)計三個方面對控制系統(tǒng)進(jìn)行分析。根據(jù)永磁直線同步電機的特點，提出一種簡易的初始位置檢測方法，并設(shè)計了檢測電路。該方法基于線性霍爾元件，基本上不增加控制系統(tǒng)成本，安裝簡便，效果良好。在普通的三相逆變電路的直流側(cè)添加DC/DC電力電子電路。這樣的做的好處是根據(jù)系統(tǒng)需求輸出直流電壓，減少諧波。由于傳統(tǒng)的基于前后臺工作機制的電機控制軟件存在響應(yīng)不及時、不穩(wěn)定等弊病，提出了基于嵌入式實時操作系統(tǒng)機制上編寫電機控制軟件。 最后基于樣機和控制器做了相應(yīng)試驗，分析了試驗結(jié)果，并提出了存在的問題和下一步的工作展望。
上傳時間： 2013-06-20
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本文通過對永磁同步電機進(jìn)行了建模，提出了永磁同步電機的數(shù)學(xué)模型。分析了永磁同步電機矢量控制的原理和特點，選取了采用基于id=0轉(zhuǎn)子磁場定向的方案，確立了基于矢量控制PMSM三閉環(huán)調(diào)節(jié)的伺服控制系統(tǒng)的實施方案。給出了伺服系統(tǒng)的設(shè)計及伺服控制中的一些控制策略，并進(jìn)行了仿真驗證，表明該方案是切實可行的。在此基礎(chǔ)上，確立了以MC56F8357為核心的永磁同步電機伺服驅(qū)動控制器的硬件系統(tǒng)，搭建了相應(yīng)的試驗平臺。在Codewarrior集成開發(fā)環(huán)境下完成了整個伺服控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計，并在PCMaster的基礎(chǔ)上完成了伺服控制系統(tǒng)上位機控制界面的設(shè)計。實驗及使用證明，所研制的試驗軟硬件平臺能很好地完成永磁同步電機位置伺服控制功能，能夠完全滿足高性能伺服控制系統(tǒng)的基本要求。
標(biāo)簽： 永磁同步電機 伺服控制 系統(tǒng)研究
上傳時間： 2013-08-02
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作為數(shù)控機床、機器人等的重要組成部分，隨著加工制造、汽車等行業(yè)的發(fā)展，永磁交流伺服系統(tǒng)成為國內(nèi)外研究和應(yīng)用的一個重要領(lǐng)域。同時隨著功率電子器件和微處理器的進(jìn)步，伺服系統(tǒng)也逐步向全數(shù)字化方向發(fā)展，全數(shù)字化系統(tǒng)具有可靠性高、實現(xiàn)新控制策略容易、功能豐富等優(yōu)點。 本文論述了永磁同步電機空間矢量脈寬調(diào)制控制的最新發(fā)展，分析了從基礎(chǔ)理論到最新的控制算法的有關(guān)永磁同步電機空間矢量控制的許多問題。在對永磁同步電動機(PMSM)的數(shù)學(xué)模型和控制理論進(jìn)行全面、深入研究的基礎(chǔ)上，本文在PMSM 的電壓空間矢量的弱磁控制方面做了大量的理論和實驗研究，提出一種基于空間矢量PWM (SVPWM)的PMSM 定子磁鏈弱磁控制定方法，在電機轉(zhuǎn)速達(dá)到基本轉(zhuǎn)速之前采用最大轉(zhuǎn)矩/電流策略控制，超過基本轉(zhuǎn)速之后采用弱磁擴速的電流控制策略，使電機具有更大的調(diào)速空間，該策略可實現(xiàn)電壓矢量近似連續(xù)調(diào)節(jié)，有效減小了PMSM 的轉(zhuǎn)矩脈動，提高了系統(tǒng)的性能，仿真結(jié)果證明了這一結(jié)論。 在上述工作的基礎(chǔ)上，研制開發(fā)了一套基于TMS320LF2407A 的高性能全數(shù)字永磁交流調(diào)速系統(tǒng)。該系統(tǒng)以空間矢量PWM 控制為核心。
標(biāo)簽： 永磁同步電動機 調(diào)速控制
上傳時間： 2013-06-08
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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(nèi)容。為了進(jìn)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(jié)合的方法，重點針對稀土永磁同步電動機穩(wěn)態(tài)運行時的諧波轉(zhuǎn)子銅耗、瞬態(tài)起動過程以及空載諧波磁場進(jìn)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(jìn)行了詳細(xì)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(wěn)態(tài)運行時的轉(zhuǎn)子銅耗進(jìn)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(jié)果進(jìn)行對比分析，證明了：實際稀土永磁同步電動機穩(wěn)態(tài)運行時是存在轉(zhuǎn)子銅耗的，這也是和傳統(tǒng)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(wěn)態(tài)運行時的轉(zhuǎn)子銅耗分析》發(fā)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(jìn)行了起動過程的仿真研究，并利用先進(jìn)的動態(tài)示波記錄儀DL750對22kW電機進(jìn)行了空載起動過程的實驗。實驗結(jié)果表明有限元電磁仿真計算結(jié)果是準(zhǔn)確的，也為稀土永磁同步電動機的優(yōu)化設(shè)計提供了參考依據(jù)。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(fā)表在核心期刊《微特電機》2007年第1期上。 論文應(yīng)用有限元電磁場軟件MagNet對作者設(shè)計的370W稀土永磁同步電動機的空載氣隙磁場進(jìn)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(jié)果的正確性，專門設(shè)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(jié)果和仿真結(jié)果的對比分析，發(fā)現(xiàn)實際電機的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩密度和良好的動態(tài)響應(yīng)特性，在各種驅(qū)動、伺服和控制領(lǐng)域得到了迅速的推廣和應(yīng)用。本文針對盤式永磁同步電動機的設(shè)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(zhuǎn)矩密度進(jìn)行了比較，得到了兩種電機轉(zhuǎn)矩密度的變化關(guān)系。推導(dǎo)了六相盤式永磁同步電動機的電樞反應(yīng)電抗、槽漏抗等的計算公式，同時也給出了這些參數(shù)相應(yīng)的有限元計算方法，兩種計算結(jié)果基本一致。并且在對多極少齒結(jié)構(gòu)電機的漏磁系數(shù)進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，總結(jié)了該類電機的漏磁系數(shù)的計算方法。 其次，采用了針對六相電機的22極24槽結(jié)構(gòu)，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(jìn)行優(yōu)化，可使得永磁電機氣隙磁密波形畸變率減小，進(jìn)而降低的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)矩的影響規(guī)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(huán)法盤式永磁電機電磁設(shè)計程序。通過對樣機設(shè)計值與實驗值比較，不斷對盤式永磁電動機的電磁程序進(jìn)行完善和修正，目前已經(jīng)形成了一個比較實用可靠的CAD軟件。 對盤式永磁電機轉(zhuǎn)子盤體進(jìn)行剛度計算，并且也對電機的定子進(jìn)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(chǔ)上，本文設(shè)計制造了一臺5kW的雙定子單轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的盤式永磁同步電動機樣機并做了詳細(xì)的實驗，實驗結(jié)果與理論分析基本一致。
上傳時間： 2013-07-29
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近年來，隨著永磁材料的發(fā)展，永磁同步電機應(yīng)用日益廣泛。永磁同步電機根據(jù)反電動勢和電流波形的不同，可分為梯形波永磁同步電機(無刷直流電機)和正弦波永磁同步電機(永磁同步電機)。正弦波永磁同步電機為實現(xiàn)其正弦波驅(qū)動控制需要連續(xù)的轉(zhuǎn)子位置信號，通常采用機械位置傳感器(旋轉(zhuǎn)變壓器、光電編碼器等)，機械位置傳感器雖可以提供高精度的轉(zhuǎn)子位置信息，但其體積大，價格高，增加了轉(zhuǎn)子的慣量，且性能易受環(huán)境因素的影響，限制了永磁同步電機的應(yīng)用場合。近年來受到廣泛的關(guān)注的無位置傳感器技術(shù)，是通過檢測反電動勢(電壓)或電流等過零點獲取轉(zhuǎn)子的位置信號，此技術(shù)雖取消了機械位置傳感器，但存在控制復(fù)雜，位置檢測精度不高，運行轉(zhuǎn)速范圍受到限制等問題。為解決上述問題，本文研究采用低成本的低分辨率位置傳感器取代機械位置傳感器，通過位置估算法得到高分辨率的轉(zhuǎn)子位置信號，以實現(xiàn)永磁同步電機的正弦波驅(qū)動控制問題。 首先，本文分析了傳統(tǒng)的采用位置區(qū)間的平均速度和采用平均速度并引用平均加速度實現(xiàn)位置估算法的原理，針對其不足提出了一種改進(jìn)的方法，該法通過對位置區(qū)間初始速度的估算，可以顯著提高速度、位置的估算精度。本文建立上述三種位置估算法的Matlab仿真模型，并對其進(jìn)行了仿真研究，仿真結(jié)果表明：改進(jìn)位置估算方法即使在加減速等動態(tài)性能過程中也能保持較小的位置誤差，性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的方法。 其次，完成了以TI公司的數(shù)子信號處理器(DSP)TMS320LF2407A為主控芯片，以IR公司IR2110為驅(qū)動芯片采用低分辨率位置傳感器的正弦波永磁同步電機控制系統(tǒng)的硬件電路的設(shè)計和調(diào)試工作。探討了正弦波永磁同步電機在采用無電流傳感器的電流開環(huán)控制時的控制策略問題。在此情況下電壓相位角φ對電機運行性能有重要的影響，為得到最佳的φ=f(ω)曲線，需根據(jù)負(fù)載特性進(jìn)行優(yōu)化。 最后，完成了基于TMS320LF2407A采用低分辨率位置傳感器的正弦波永磁同步電機的軟件設(shè)計，文中詳細(xì)討論了位置估算程序和實現(xiàn)SVPWM程序的設(shè)計和調(diào)試，并對其進(jìn)行了實驗驗證。
上傳時間： 2013-07-23
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隨著現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，更高的調(diào)速精度、更大的調(diào)速范圍和更快的響應(yīng)速度成為永磁同步電機調(diào)速系統(tǒng)的迫切要求，數(shù)字化控制系統(tǒng)正代表著這一發(fā)展方向。高性能數(shù)字信號處理器(控制器)的出現(xiàn)、電機控制理論以及電力電子器件的發(fā)展都為數(shù)字化控制的實現(xiàn)創(chuàng)造了條件。本文采用Microchip公司專用于電機控制的dsPIC30F3011型數(shù)字信號控制器(DSC)為核心，開發(fā)了用于電梯門機控制的數(shù)字化永磁同步電機矢量控制系統(tǒng)，并在硬件實驗平臺上獲得了驗證。 本文首先在永磁同步電機數(shù)學(xué)模型的分析基礎(chǔ)上，深入的研究了永磁同步電機的矢量控制的原理和常用控制策略。接著，經(jīng)過比較各種矢量控制策略的優(yōu)缺點，確定了i<,d>=0的控制策略和空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)的電壓調(diào)制方法。文中對空間矢量脈寬調(diào)制(SVPWM)的原理及實現(xiàn)方法進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，并在此基礎(chǔ)上提出利用查表實現(xiàn)SVPWM控制的算法。然后，論文詳細(xì)論述了控制電路各部分及外圍輔助電路的設(shè)計和調(diào)試。軟件開發(fā)均在Microchip的MPLAB IDE集成開發(fā)環(huán)境下完成，軟件采用C語言編寫，實現(xiàn)了帶位置傳感器的速度閉環(huán)和位置閉環(huán)矢量控制，并給出了系統(tǒng)主程序及定時中斷服務(wù)程序的流程圖。永磁同步電機矢量控制的主要控制策略如轉(zhuǎn)子初始位置檢測、速度采樣計算及PI調(diào)節(jié)、SVPWM查表實現(xiàn)方法等都在定時中斷服務(wù)程序中完成。最后在硬件平臺上，對軟件進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試，試驗表明本矢量控制系統(tǒng)能夠有效滿足電梯門機的控制需求，從而證明了系統(tǒng)設(shè)計的可行性。 在論文的最后，對全文的工作做了總結(jié)，并提出了系統(tǒng)需要進(jìn)一步完善的地方。
標(biāo)簽： dsPIC 永磁同步電機 矢量控制系統(tǒng)
上傳時間： 2013-06-27
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