DE1959223A1 - Kommutierungs- und Zerhackungsvorrichtung fuer Wicklungen von elektrischen Maschinen - Google Patents
Kommutierungs- und Zerhackungsvorrichtung fuer Wicklungen von elektrischen MaschinenInfo
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Description
Dr. Gertrud Houser I 9 0 3 I 2 3
Palentcnwälfe
8000 München - Paling
25. November 1969
J 213/69 - 1O751
JEUMONT-SCEHEIDER, 5, Place de Rio-de-Janeiro, in Paris
(Frankreich)
Kommutierungs- und Zerhackungsvorrichtung für Wicklungen
von elektrischen Maschinen.
Gegenstand der Erfindung ist eine elektronische
Vorrichtung zur Kommutierung, Umschalttmg und Regelung
des Stroms in den Wicklungen von mit einer Gleichspannung gespeisten Motoren, derart, dass ihre Drehzahl und ihr Moment
nach Belieben geregelt werden können.
-. Diese Vorrichtung beruht praktisch auf dem
gleichen Arbeitsprinzip wie die in der am 25ο Oktober 1968 von
der Anmelderin unter dem Aktenzeichen PV.171311 eingereichten
französifjchen Patentanmeldung beschriebene Vorrichtung. Gegenüber
dieser Anmeldimg stellt jedoch die erfindungsgemässe Vorrichtung
eine wesentliche Verbesserung dar, da sie auf Maschinen anwendbar ist, in deren Wicklungen der Strom periodisch umgekehrt
werden muss, ohne dass die Wicklungen verdoppelt werden müssen.
Jeder Kommutierungsvorgang des Stroms an den Klemmen der Maschine wird erfindungsgemäss mit Hilfe von
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Speisethyristoren erhalten, welche in entsprechender Weise
an die Wicklungen der Maschine (welche durch eine oder mehrere
Spulen gebildet werden können) und an eine Spule einer G-lättungsdrossel
angeschlossen sind. Das Kommutierungsverfahren besteht darin, die Speisethyristoren der unter Spannung stehenden
Wicklung zu sperren, bevor die den Strom auf die gewünschten Klemmen der Maschine kommutierenden Thyristoren gezündet
werden.. Hierdurch werden die Wicklungen v/ährend einer mehr oder weniger kurzen Zeit von der Spannungsquelle abgetrennt, der
Strom in den Wicklungen, welche unter Spannung standen, wird jedoch auf einem praktisch konstanten Wert gehalten, da während
dieser Periode diese Wicklungen über Hilfsthyristoren, Freilaufthyristoren genannt, automatisch auf die andere Spule
der Glättungsdrossel geschlossen werden. Hierdurch werden die Schwankungen des Motormoments stark begrenzt.
Die Kommutierungs- und Umsehaltvorrichtung,
welche nach den obigen Ausführungen wie ein Strbmzerhacker arbeitet,
bietet die Möglichkeit einer Einstellung des Mittelwerts des aufgenommenen Stroms durch Veränderung des Verhältnisses
der Zeitdauern der Ausserbetriebsetzung und der Unterspannungsetzung
der Wicklungen.
Das oben kurz beschriebene Kommutierungs-
und Umschaltverfahren kann auf zweierlei Weise ausgeübt werden.
Bei einer Ausführungsform ist ein z.B.
elektronischer Stromschalter in der Leitung angeordnet, dessen
öffnung gleichzeitig die Blockierung der Speisethyristoren,
welche leitend waren, und die Zündung der entsprechenden Freilauf
thyristoren bewirkt, während seine Schliessung die Zündung
der-Speisethyristpren, welche auf die ersteren folgen sollen,
erzeugt, wobei diese Zündung die entsprechenden Thyristoren
leitend macht und hierdurch die vorher gezündeten Freilaufthyristoren
löscht.
Bei der zweiten Ausführungsform ist ein
parallel zu einer Diode liegender Kondensator in den gemeinsamen
Stromkreis der Freilaufthyristoren eingeschaltet und wird
regelmässig auf eine Spannung geladen, welche hohvar als die
der Stromquelle ist. Wenn die Polaritäten der verschiedenen
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Teile richtig aufeinander abgestimmt sind, entladt sich bei
Zündung der der zu unterbrechenden Wicklung entsprechenden Freilaufthyristoren der Kondensator über diese Thyristoren,
um die ihnen zugeordneten Kommutierungsthyristoren zu-sperren.
Wenn der Kondensator entladen ist, fliesst der durch die Glättungsdrossel
aufrechterhaltene Strom der Wicklung über die Diode, und die Preilaufwirkung tritt in voller Starke auf,
um wie in dem vorhergehenden Pail nach der Zündung der nächsten Speisethyristoren auf natürliche Weise zu verschwinden.
Bei Anwendung der erfindungsgemässen
Vorrichtung auf eine Synchronmaschine wird die öffnung des
Schalters oder die Entladung des Kondensators durch an sich bekannte Mittel von einem die Stellung des beweglichen Teils ä
des Motors angebenden Detektor und zur Veränderung des Moments und der Drehzahl von Steuersignalen gesteuert, welche so gebildet
sind, dass sie das Verhältnis der Zeitdauern der Schliessung und der öffnung des Schalters oder in dem Pail der Benutzung
eines lösehkondensators das Verhältnis der Zeitdauern,
während welcher die Speisethyristoren bzw. die Freilaufthyristor
en leitend sind, verändern. Diese Signale können auf der Basis der Zorhackungsseit mit den von dem Stellungsdetektor
ausgesandten synchronisiert werden.
" Bei Anwendung der Vorrichtung auf eine
Asynchronmaschine wird die öffnung des Schalters oder die Entladung
des Kondensators zur Kommutierung des Sitroms in dem Motor
durch Signale gesteuert, welche mit einer praktisch zu der " Sqlldrehzahl proportionalen Frequenz geliefert werden.
Ein weiteres vorteilhaftes Kennzeichen
der -Vorrichtung besteht darin, dass mit ihr bequem eine Bremsung
des Motors vorgenommen werden kann, und zwar entweder eine Widerstandsbremsung oder eine Nutzbremsung.
Zur Erreichung der obigen Ziele besitzt
der erfindungsgemässe Kommutator und Zerhacker eine Glättungsdrossel
mit zwei Wicklungen, zwei Sätze von Speisethyristoren, welche mit ihren Anoden bzw. Kathoden an die Klemmen der Maschine
und auaserdem an die beiden Pole der Stromquelle über
eine Wicklung der Glättungsdrossel angeschlossen sind, zwei
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Sätze von Freilaufthyristoren, welche wie die vorhergehenden
an die Klemmen des Motors angeschaltet und ausserdem so verbunden sind, dass zwei gemeinsame Punkte entstehen, von denen
der eine mit einem Ende der zweiten Wicklung der Glättungsdrossel verbunden ist, und Einrichtungen, welche die Kommutierungsvorgänge über wenigstens einen Freilaufkreis oder Bremskreis
auslösen.
Bei einer anderen Ausführungsform ist die
Glättungsdrossel mit zv/ei Wicklungen durch eine Drossel mit Wicklungen ersetzt, welche einerseits an die Klemmen der Maschine
und andererseits an die vor oder hinter ihnen liegenden Speisethyristoren und an die entsprechenden Freilaufthyristoren
angeschlossen sind.
Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert.
Fig. 1 zeigt die Schaltung einer durch einen Schalter gesteuerten Maschine mit drei Klemmen.
Fig. 2 zeigt die gleiche durch einen Löschkondensator gesteuerte Schaltung.
Fig. 3 zeigt eine der Fig. 2 ähnliche, jedoch eine Bremsung ermöglichende Schaltung.
Fig. 4 ist eine Ausführungsabwandlung der vorhergehenden Schaltung.
Fig. 5 ist eine sich zwischen den Ausführungen der Fig. 3 und 4 haltende Ausführung.
Fig. 6 ist eine Schaltung, welche sich von
denen der vorhergehenden Figuren insbesondere dadurch unterscheidet,
dass sie eine Drossel mit mehreren Wicklungen enthält, deren Zahl gleich der der Klemmen des Motors ist.
Fig. 1 zeigt in der dargestellten Weise
zusammengeschaltete Speisethyristoren T- bis T~ und T1J bis
Tf~, Freilaufthyristoren t- bis t, und t1.. bis t1*, eine Drossel
L mit zwei Wicklungen, eine Freilaufverbindung RL und einen Sohalter H. Die Klemmen der Maschine sind symbolisch bei I, II
und III dargestellt.
Der Schalter H kann durch zwei Arten von Signalen ausgelost werden. Die einen sind die eigentlichen Zer-
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hackungssignale, Vielehe geliefert werden, wenn der Leitungsstrom von einem Sollwert abweicht, während die anderen, die
Kommutierungssignale, z.B. bei einer Synchronmaschine von
einem Betektor zur Feststellung der Stellung des Rotors geliefert werden. Die Arbeitsweise der Vorrichtung der Fig. 1
ist dann folgende: Wenn zu einem gegebenen Zeitpunkt die Thyristoren T- und T'~ leitend sind, so dass der Motor an
den Klemmen I und III gespeist wird, öffnet sich der Schalter H, und wenn gleichzeitig die Thyristoren t^ und t1, gezündet
werden» wird der in dem Motor fliessende, durch die Drossel L
aufrechterhaltene Strom durch diese beiden letzteren Thyristoren und die Verbindung RL abgeleitet, wobei die Thyristoren T, und
Tf 5 bei der Öffnung von H gesperrt wurden.
Es ist dann möglich, durch die neuerliche
Schliessung von H und durch Zündung der entsprechenden S'peisethyristoren
entweder die gleichen Klemmen der faschine oder andere in einem Sinn oder in dem anderen zu speisen. Die Kommutierung
in der Drossel L erfolgt ohne Schwierigkeit, wenn die Streuung zwischen ihren beiden Wicklungen gering ist. Die
Kommutierung in den Wicklungen des Motors erfolgt in der richtigen Weise dank der Spannungsdifferenz zwischen dem Speiseetromkreis
und dem Freilaufkreis (Spannung null in diesem letzteren).
.
Fig. 2 zeigt eine der Schaltung der Fig· 1
ähnliche Schaltung, bei welcher jedoch das Arbeiten nicht mehr
durch die Öffnung eines Schalters sondern durch einen Kondensator C ausgelöst wird, welcher regelmässig auf beliebige bekannte
Weise auf eine Spannung aufgeladen wird, welche höher als die
der Stromquelle ist, z.B. auf das Doppelte dieser Spannung, wenn diese Ladung von der Stromquelle aus mittels eines
Schwingkreises erfolgt, von welchem der Kondensator einen .Bestandteil
bildet. Wenn dann die Thyristoren t,. und t'~ gezündet
werden, entlädt sich der Kondensator C, wodurch die Thyristoren T.J und TU gelöscht werden. Wenn der Kondensator entladen
ist, fliesst der Strom in der Freilaufverbindung RL dank
einer parallel zu dem Kondensator C geschalteten Diode D weiter. Die Wiederunterspannungsetzung des Motors erfolgt in der gleichen-Weise
wie in Fig. 1 durch Zündung der gewünschten Speise-"
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thyristoren, wobei die vorher gezündeten Freilaufthyristoren
auf natürliche Weise gelöscht werden.
Die Schaltung der Pig. 3 unterscheidet
sich von der der Pig.-2 durch den Portfall der an den Kondensator
C angeschalteten Diode, die Hinzufügung von zwei Dioden D und D1, welche in der dargestellten Weise so geschaltet sind,
dass sie zwei Freilaufkreise über die Verbindungen Rl und RIi1
bilden, und ggfs. den Ersatz der Thyristoren t^ bis t1^ durch
Dioden öla bis d1,.
Die löschung der Speisethyristoren erfolgt
wie in dem vorhergehenden Pail durch Entladung des vorher auf
eine über der Spannung der Spannungsquelle liegende Spannung
aufgeladenen Kondensators C. Wenn z.B. T- und T', leitend sind,
werden sie durch Zündung von t.. gelöscht, d.h. indem die Kathode
von T1, auf das Potential der positiven Belegung des Kondensators
C gebracht wird. Der Sstrom fliesst dann über t-, el1*» die (auf
der Figir) untere Wicklung der Drossel 1 und zunächst über den
Kondensator 0 und nach ladung desselben über die Dioden D und D1. In diesem letzteren Zustand arbeitet das System mit Nutzbremsung
auf die Stromquelle. Wenn in diesem Zustand der Thyristor
TU wieder gezündet wird, arbeitet die Vorrichtung im
Freilauf über D, t- und T',,Zur Kommutierung des Stronip an den
Klemmen der mit Nutzbremsung oder im Freilauf arbeitenden Maschine genügt es, die den zu speisenden Klemmen entsprechenden
Thyristoren zu zünden, z.B. Tg und Tr_.
Et der Schaltung der Fig. 3 kann eine
Widerstandsbremsung mittels eines gemäss den g «rstflcnei^n Verbindungen
angeschlossenen Widerstands Rh vorgenommen werden.
Die bisher beschriebenen Schaltungen erfordern für ihr richtiges Arbeiten die gleichzeitige Loschung
von zwei Speisethyristoren, z.B. T. und T'^. Die Schaltung
der Fig. 4 ermöglicht den übergang in den Freilauf oder die
Kommutierung durch löschung eines einzigen dieser Thyristoren. Hierfür sind zwei Freilaufkreise Rl und Rl1 vorgesehen, welche
je einen Kondensator C bzw. O1 mit seiner Vorrichtung zur ladung
durch einen Schwingkreis enthalten, welcher durch mit
Induktivitäten 1 und I1 in Reihe geschaltete Thyristoren 3? und
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T1 gesteuert wird, wobei diese Kondensatoren durch Dioden
D bzw. D1 überbrückt sind.
Wenn der Motor z.B. durch die Thyristoren T1 und T1, gespeist wird, kann in den Freilaufzustand durch
Benutzung des einen oder des anderen der beiden Freilaufkreise übergegangen werden. W.enn z.B. der Kondensator C auf das Doppelte
der Netzspannung aufgeladen wurde, ent^lädt er sich unter löschung von T-, wenn t.. gezündet wird. Der Motor arbeitet
dann im Freilauf über t,j - Motor - T1- - Drossel L - Diode D.
Durch Entladung der beiden Kondensatoren
C und C' über t1* bzw. ^1 werden die beiden Thyristoren T»^
und T1 gelöscht, die beiden Freilaufkreise werden eingeschaltet,
und das System arbeitet mit Nutzbremsung über die negative Klein- I
me dei- Stromquelle ~ D - t.. - Motor - t'~ - Drossel 1 - Df positive
Klemme der Stromquelle.
Die Kommutierungsvorgänge können durch
Zündung der entsprechenden Speisethyristoren vorgenommen werden, wobei von dem Freilaufbetrieb auf einen Betrieb mit Speisung
durch die Stromquelle oder von einem Freilaufbetrieb oder
auch von einer Nutzbremsung auf die "Speisung" übergegangen
wird.
Ih der Schaltung der Fig. 4 können die
Thyristoren t1- - t'g ~ ^'3 durch Dioden ersetzt werden, wenn
ein zusätzlicher Thyristor zwischen die Punkte a und b geschaltet wird. In dieser Schaltung kann auch mit Widerstandsbremsung j
gearbeitet werden', wenn sie durch einen entsprechend den gestrichelten Verbindungen angeschlossenen Widerstand Rh vervollständigt wird. .
.*£. — -·-
Pig. 5 zeigt eine aus den Schaltungen der
Fig· 3 und 4 abgeleitete Schaltung für einen Motor init vier
an die Klemmen I, II, III, IV angeschlossenen Wicklungen mit
gleichzeitiger Kommutierung der vor und hinter dem Motor liegenden homologen Thyristoren.
Wenn der Motor durch die Thyristoren T1
und T'<j gespeist wird, wird der Thyristor T1 durch Zündung des
Thyristors t1 gelöscht, v/as die Entladung des vorher auf eine
über der Netzspannung liegende Spannung geladenen Kondensators C zur Folge hat. Der duroh die Drossel L aufrechterhaltene
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Strom des Motors fliesst dann im Freilauf über die Diode D und die Thyristoren t1 und T1... Zum übergang auf die Nutzbremsung
wird ein Kondensator C1 entladen, indem I^ und ein Thyristor
t1 gezündet werden, welch letzterer in Reihe mit C und der
zweiten Wicklung der Drossel L zwischen den gemeinsamen Punkt der Freilauf thyristor en t«, bis t, und den der Dioden d1- bis
d1, geschaltet ist. Da der Kondensator C1 ebenfalls auf eine
über äiev Spannung der Stromquelle liegende Spannung geladen
wurde, bewirkt seine Entladung die löschung von T1.. (und von
Τ,., wenn er nicht bereits'gelöscht war). Der Strom fliesst
dann im Nutzbremsbetrieb auf die Stromquelle über_ die Dioden
D und D1. Von diesem Uutzbremsbetrieb kann dadurch kommutiert
werden, dass die entsprechenden Speisethyristoren von neuem gezündet werden.
Bei den Schaltungen der Fig. 1 bis 5
weist die Drossel L zwei Wicklungen auf, von denen die eine bei der normalen Speisung und die andere im Freilaufbetrieb
oder im Hutzbremsbetrieb arbeitet. Fig. 6 zeigt eine Schaltung
mit einer Drossel L, welche ebenso viele Wicklungen besitzt,
wie der Motor Klemmen hat, drei in dem vorliegenden Fall. Die Klemmen I, II und III des Motors sind mit den Wicklungen der
Drossel L verbunden, deren Enden an die vor dem Motor liegenden Kommutierungsthyristoren und Freilaufthyristoren "bzw. an die
hinter dem Motor liegenden angeschlossen sind. Trotz dieses
verschiedenen Aufbaus arbeitet die Schaltung der Fig. 6 wie die
der Pig· 4, wie dies ohne weiteres verständlich ist.
Die Erfindung ist auch auf Schaltungen
anwendbarf welche anstelle der Thyristoren Transistoren oder
ein anderes Schaltglied enthalten. Die Schaltungen können dann vereinfacht werden, wenn diese Teile ein genügendes Schaltver-
mogen besitzenf indem der Kondensator oder die Kondensatoren
zur löschung der Thyristoren fortgelassen werden.
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Claims (10)
- PatentansprücheVorrichtung zur Kommutierung, Umschaltung und Regelung des Stroms in den Wicklungen einer aus einer Gleichstromquelle gespeisten elektrischen Maschine, gekennzeichnet durch eine Glättungsdrossel (L) mit zwei Wicklungen (m, n), zwei Sätze von Speisethyristoren (T^, Tg, T, und T' , T12» ^1*)» v/elche mit ihren Kathoden bzw. ihren Anoden an die Klemmen (I, II, III) der Maschine und ausserdem an die "beiden Pole (+, -) der Stromquelle über eine Wicklung (m) der Drossel (L) angeschlossen sind, zwei Sätze von Freilaufthyristor en Ct1, tg, tv und f., t'p, t1,), welche wie-die vorhergehenden an die Klemmen (I, II, Hl) angeschlossen und ausser- | dem so zusammengeschaltet sind, dass sie zwei gemeinsame Punkte bilden, welche in dem entsprechenden Sinn an die andere Wicklung (n) der Drossel (L) angeschlossen sind, und Mittel zur Auslösung der Vorgänge zum Zerhacken, zur Kommutierung und^ zur Umschaltung über wenigstens einen Freilaufkreis oder Bremskreis.
- 2.) Vorrichtung zur Kommutierung, Umschaltung und Regelung des Stroms in den Wicklungen einer aus einer Gleichstromquelle gespeisten elektrischen Maschine, gekennzeichnet durch eine Glättungsdrossel (L) mit mehreren Wicklungen mit einer mit einer Klemme (I oder II oder Hl) der Maschine verbundenen Mittelanzapfung, zwei vor bzw. hinter der Maschine angeordnete Sätze von Speisethyristoren (T.., Tg, ^3 und T1 ^, T'p, T'~), welche mit ihren Kathoden bzw. ihren Anoden an die " Enden der Wicklungen der Drossel (L) und mit ihren entgegengesetzten Polen an die beiden Pole (+, -) der Stromquelle angeschlossen sind, zv/ei Satze von Preilaufthyristoren (t^, tp, "^* und Tf.j, t1 2, tOi welche an die Wicklungen der Drossel (L) in der gleichen Weise wie die Speisethyristoren angeschlossen und ausserdem zur Bildung von zwei gemeinsamen Punkten zusammengeschaltet sind, und Einrichtungen zur Auslösung der Vorgänge zum Zerhacken, zur Kommutierung und zur Umschaltung über wenigstens einen Freilaufkreis oder Bremskreis.
- 3.) Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen in die Speiseleitung eingeschalteten Schalter (H) zur Auslösung der Kommutierunga- und Zerhackungs-009124/U87vorgänge, wobei dann jeder Freilaufkreis auf sich selbst geschlossen ist. ■ ■.·■■■·."■..;. ■ ;..;■;
- 4.) Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, . ·gekennzeichnet durch einen in den Freilaufkreis (RL) eingeschaJU teten, durch eine Diode (D) überbrückten Kondensator (C), welcher normalerweise auf eine über der Spannung der Stromquelle liegende Spannung aufgeladen und durch Zündung der den im Betrieb befindlichen Speisethyristoren entsprechenden Freilaufthyristoren für einen Kömmutierungs- und/oder Zerhackungsvorgang entladen wird«
- 5·') Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,dadurch gekennzeichnet, dass zur Kommutierung, Zerhackung und Nutzbremsung ein Kondensator (C) zwischen die gemeinsamen Punkte der beiden Sätze von Freilaufthyristoren über die entsprechende Wicklung (n) der Drossel (l) geschaltet ist, und dass eine Diode (D) zv/ischen eine Klemme des Kondensators (G) und einen Pol der Stromquelle und eine andere Diode "(D1) zwischen die andere Klemme des Kondensators (C) und den anderen Pol der Stromquelle geschaltet ist (Fig. 3).
- 6.) Vorrichtung nach Anspruch 5S dadurchgekennzeichnet, dass parallel zu dem Kondensator (C) ein mit einer Diode (d) in Reihe geschalteter Widerstand (Rh) geschaltet ist. '
- 7..) Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei Kondensatoren (C, 0'), welche je durch eine Diode (D, D') überbrückt sind, von denen der erste (C) zwischen einen Pol (-) der Stromquelle und den gemeinsamen Punkt einer Gruppe von Freilauf thyristoren (t., t«,. t,) geschaltet ist, welcher...dem mit einer Wicklung (n) der Drossel (Ji) verbundenen gemeinsamen Punkt einer anderen Gruppe von ?reilaufthyriatqrea (t·-, t'g, tO abgewandt ist, während der zweite Ko,ndensatQ3? (C) zwischen den anderen Pol ( + ) der Stromquelle und das freie Ende dieser Wioklung (n) geschaltet ist (Fig· 4)*
- 8.) Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch zwei Kondensatoren (G, 0«), welche ^e duroh ei»e Diode (D, D1) überbrückt und beide zwischen einen Pol der Stromquelle und einen der gemeinsamen Punkte üev rietoren geschaltet sind Ci1Ig· 6). .
- 9.) Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9»dadurch gekennzeichnet, dass der !Freilauf kr eis (RIj1) auf einen nicht mit einer Diode in Reihe geschalteten Widerstand (Rh) geschlossen ist (3?ig. 4).
- 10.) Vorrichtung nach einem der Ansprüche1 bis 9f dadurch gekennzeichnet, dass die !Freilaufthyristoren wenigstens eines Satzes ("t1^ ·.··.· "^n) durch Dioden (d1. .„. d»n) ersetzt sind (Pig. 3).009824/U87Lee rs e ι te
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