施耐德电气 施耐德电气 施耐德电气
施耐德电气 VSD 产品培训教材 产品培训教材 产品培训教材 产品培训教材
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培训内容 培训内容 培训内容 培训内容
变频器基本原理
施耐德变频器概述
总结和答疑
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变频器基本原理 变频器基本原理 变频器基本原理 变频器基本原理
施耐德变频器概述
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变频器基本原理 变频器基本原理 变频器基本原理 变频器基本原理
旋转电机的分类： 直流电机 交流电机–
交流异步电机，又称感应电动机–
交流同步电机，有同步电动机和同步发电机之分 目前工厂中小型电机绝大多数是异步电动机 直流电机用于大功率驱动，但有被取代的趋势 异步电机制造成本低，维护方便，控制简单www.PLCworld.cn
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变频器基本原理 变频器基本原理 变频器基本原理 变频器基本原理
电机转速的公式： 式中：n 1
为电机的同步速 例如：对于工频50Hz电源供电的异步电机，2极，4极，6极电机的同步转速分 别为3000rpm, 1500rpm, 1000rpm。 实际异步电机的额定转速通常为29**rpm，14**rpm，9**rpm，7**rpm，与同 步速之间的差别即为滑差。 同步电机没有滑差，也就是转子（永磁磁体）转速与定子磁场保持相同。) 1
1 ( s n
n = −
p n 120 f
1 =
1n
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变频器基本原理 变频器基本原理 变频器基本原理 变频器基本原理
从以上公式看，调节转速的最佳方法是调节供电电源的频率。 调节供电电源频率的装置就称为变频器。 用变频器调速的优势是控制简单，稳定性好，效率高。 变频器的英文标识为VSD, VFD, Converter, Inverter, Speed Drive等 等 实际也称为VVVF：即Variable Voltage Variable Frequency,–
原因是在改变电源频率的同时，必须保证供电电压同时改变。www.PLCworld.cn
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变频器基本原理 变频器基本原理 变频器基本原理 变频器基本原理
标准低压变频器的结构是交直交电压型的。 进线端子 EMC滤波器 整流桥 储能电容 预充电回路 制动晶体管 制动电阻及其保护 逆变桥 电流互感器出线端子
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变频器的主回路 变频器的主回路 变频器的主回路
变频器的主回路 — 进线 进线 进线 进线
变频器的进线电源可以是三相 380-500V ，或三相 200 － 240V ， 也可以是单相 200 － 240V ；也可以是 690V 。
电源电压在 690V 以下称为低压变频器， 1000V 以上称为中压或 高压变频器。
进线电源的相序不影响电机的转向。
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变频器的整流回路 变频器的整流回路 变频器的整流回路
变频器的整流回路 — 整流桥 整流桥 整流桥 整流桥
大多数变频器采取三相全波整流，整流器件为功率二极管。
三相全波整流获得的直流输出电压为进线电压有效值的 1.35 倍
，例如电网电压为 400V ，则这时直流母线电压为 540V 左右。
但随着负载的波动，直流母线电压也会波动。
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预充电电阻和预充电接触器
上电瞬间，整流桥输出端将产生峰值 1.414U 的电压，对储能电容 快速充电。
为了保护储能电容，需要在直流母线中串联一个电阻。在变频器 上电时，整流桥通过该电阻向整流桥充电，充电结束后，用接触 器将该电阻旁路掉。
该电阻称为预充电电阻，该接触器称为预充电接触器或预充电继
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变频器的储能电容 变频器的储能电容 变频器的储能电容 变频器的储能电容
变频器运行过程中需要相对稳定的直流母线电压，用储能电容保证。 该电容的形式为电解电容，对于中大功率变频器，需要将多个电容并联。 当变频器处于过载的过程中，瞬间会把直流母线电压拉低；处于发电（制 动）过程中，瞬间会升高直流母线电压，若太高变频器则停止输出。 有些应用中，为了提高变频器的动态能力，或者在断电瞬间保持变频器斜 坡停车，需要外加蓄电池或电容，需要考虑回路其它部件的承受能力。www.PLCworld.cn
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直流电抗器 直流电抗器 直流电抗器 直流电抗器
直流电抗器是串联在直流中间回路的一个或两个扼流圈 , 因其通 过的电流为直流电流 , 故亦成为直流扼流圈 .
直流电抗器的作用是抑制变频器的进线电流谐波 , 从而减少对电 网的污染 .
通常采用适当大小的直流电抗器 , 即可使变频器的谐波污染减少 到符合标准 , 这是一种低成本的方案 .
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制动单元和制动电阻 制动单元和制动电阻 制动单元和制动电阻 制动单元和制动电阻
制动单元是一个或一组晶体管 , 与制动电阻串联之后 , 接在直流母 线上 .
当直流母线电压超过某规定电压时 , 制动晶体管导通 , 直流母线电 容和电机向制动电阻释放能量 . 使直流母线电压降低 , 降低到另一 规定电压后 , 制动晶体管截止 . 所以制动电阻的作用是能耗制动 .
图中 Tfr 为制动晶体管 ,PA-PB 连接制动电阻。
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变频器的主回路 变频器的主回路 变频器的主回路
变频器的主回路 – 逆变桥 逆变桥 逆变桥 逆变桥
逆变桥是变频器的核心部分 , 其作用是将直流电压通过 6 个桥臂 可控硅的反复轮流通断形成所需要的幅值和频率变化的三相交 流输出电压 .
逆变桥的桥臂的可控硅的类型主要是 IGBT— 绝缘珊双极型晶体 管 .
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变频器的输出波形 变频器的输出波形 变频器的输出波形 变频器的输出波形
输出电压波形为脉冲波，其形成机制称为脉宽调制技术
输出电流波形接近正弦波，谐波成分为导致变频器输出干扰的 主要原因。
开关频率的概念和影响。
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恒转矩区与恒功率区 恒转矩区与恒功率区 恒转矩区与恒功率区 恒转矩区与恒功率区
T/Tn 1.75 1.70
1.50
1.25
1 0.95
0.75
0.50
0.25
0 0.1 0.1
25 30
50 60
75 90
100 120
F (Hz)
2
3
1
4
1 自冷却电机: 连续可用转矩 2 强迫通风电机:
连续可用力矩 3 瞬态过转矩
(对变转矩应用限制为 1.1 Tn)
4 恒功率段的超速力矩
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负载类型 负载类型 负载类型 负载类型
变频器的选型和应用 , 首先要考虑的就是负载的类 型
负载可以分为三大类
恒转矩负载–
例如输送带,提升,钻床,挤出机,容积泵 变转矩负载–
例如离心风机, 离心泵 恒功率负载–
例如磨床, 高速车床, 绕线筒等根据不同的负载类型 , 以及其它功能和性能的要求 , 选择对应系列的变频器
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恒转矩负载 恒转矩负载 恒转矩负载 恒转矩负载
在整个运行的速度范围内 , 需要相同大小的负载
当转速变化时 , 负载转矩保持不变
所需功率与转速成正比
通常转速限制在基本频率以内
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变转矩负载 变转矩负载 变转矩负载 变转矩负载
负载转矩是转速的函数:在低速下需要较小的转矩, 而 在高速下需要较大的转矩 只有两类典型的负载:离心泵和离心风机 额定转速以下 设备产生的流量与泵或风机的转速成正比 设备产生的压力与泵或风机转速的平方成正比 设备消耗的功率与泵或风机转速的立方成正比www.PLCworld.cn
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变转矩负载 变转矩负载 变转矩负载 变转矩负载
对于变转矩的离心风机和泵 , 所需功率与流量成正比是节能的原 理所在 .
当所需的流量为额定流量的一半时 , 意味着所需要的功率仅仅为 额定功率的八分之一 .
成年累月地积累下来 , 形成巨大的节能潜力 .
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恒功率负载 恒功率负载 恒功率负载 恒功率负载
通常恒功率段是指在电机的基本频率之上 对于一个恒功率负载,实际上负载转矩是负载物理尺寸的函数 在转速较低时需要的转矩较高,在转速较高时,需要的转矩较低. 负载转矩与转速成反比,其乘积,亦即功率为恒定值,称为恒功率负载.www.PLCworld.cn
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变频器对电机有多种控制模式
不同的控制模式可以使变频器适用于各种类型的电机 和机械，可以获得不同的静态和动态性能
电机控制模式包括：
开环V/F模式（压频比模式） 开环磁通矢量控制模式（SVC） 闭环速度控制模式（FVC） 转矩控制模式（TC） 同步电机控制模式（开环和闭环）电机控制模式 电机控制模式 电机控制模式 电机控制模式
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培训内容 培训内容 培训内容 培训内容
变频器基本原理
施耐德变频器概述 施耐德变频器概述 施耐德变频器概述 施耐德变频器概述
总结和答疑
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施耐德变频器概况 施耐德变频器概况 施耐德变频器概况 施耐德变频器概况
ATV 312 0.37~15KW
ATV61
风机泵类变频器ATV 12
ATV71
高力矩应用变频器ATV21（HVAC专用0.37~75KW
ATV302
0.37kW~7.5kW
广泛的行业应用 广泛的行业应用 广泛的行业应用 广泛的行业应用
O E
M 相 相 相 相 对 对 对 对 简 简 简 简 单 单 单 单 应 应 应 应 用 用 用 用 复 复 复 复 杂 杂 杂 杂 高 高 高 高 要 要 要 要 求 求 求 求
ATV32高端书本型 0.18~15KW
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ATV312 小功率通变频器 小功率通变频器 小功率通变频器 小功率通变频器 操控自如 操控自如， 操控自如 操控自如 ， ， ，沟通无界 沟通无界 沟通无界 沟通无界
应用于 0.18—15KW 三相异步电动机的通用型变频器
最简单操作方式：–
自带7段码操作与监视界面LED–
明晰的参数菜单–
立即配置控制源和给定源 最实用标准配置：–
6 逻辑输入，2继电器输出，3模拟输入，1模拟量输出，均可 编程和配置–
内置制动单元–
带本地控制起停按钮和电位器旋钮 通讯协议：–
自带MODBUS和CANOPEN接口，无需添加其他卡件。–
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提升通讯能力：
CANopen 菊花链 , ProfibusDP ， DeviceNet ；
简约的用户界面:
通过手机进行参数配置 (Bluetooth ® )
直观的导航按键，图形操作终端
自身面板操作
强大而丰富的功能-针对应用开发的特定功能
通过自整定实现优化的特性
ATV312 小功率通变频器 小功率通变频器 小功率通变频器 小功率通变频器 操控自如 操控自如， 操控自如 操控自如 ， ， ，沟通无界 沟通无界 沟通无界 沟通无界
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关注性能 在工业环境中简单而紧凑的机械中；
关注集成 在设备的 PLC 构架中；
关注人与变频的互动
通用的人机界面实现沟通；
蓝牙通讯
关注环境性能
关注用户友好 关注用户友好 关注用户友好 关注用户友好
提升用户操作性能
ATV312 小功率通变频器 小功率通变频器 小功率通变频器 小功率通变频器 操控自如 操控自如， 操控自如 操控自如 ， ， ，沟通无界 沟通无界 沟通无界 沟通无界
简化 简化 简化
简化 操作 操作 操作 操作 为了提升机器的性能 为了提升机器的性能 为了提升机器的性能 为了提升机器的性能
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应用于 0.18—15KW 三相异步电动机的通用型变频器
驱动能力：–
频率范围：0.5～500HZ–
瞬时过力矩：170%60秒--200%2秒 电机额定转矩–
制动能力：连续输出100%电机转矩，可过载150%60秒 适用行业：-
物料处理 - 包装 - 专用机械 - 泵和风机ATV312 小功率通变频器 小功率通变频器 小功率通变频器 小功率通变频器 操控自如 操控自如， 操控自如 操控自如 ， ， ，沟通无界 沟通无界 沟通无界 沟通无界
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ATV302
小型通用变频器聪慧于心 聪慧于心 聪慧于心 聪慧于心 稳健于行 稳健于行 稳健于行 稳健于行
应用于 0.37—7.5KW 三相异步电动机的通用型变频器
最典型功率段：0.37—7.5KW 最简单操作方式：–
自带7段码操作与监视界面–
明晰的下拉菜单–
立即配置控制源和给定源 最实用标准配置：–
6 逻辑输入，2继电器输出，3模拟输入，1模拟量输出，均可 编程和配置–
内置制动单元–
带本地控制起停按钮和电位器旋钮www.PLCworld.cn
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ATV302
小型通用变频器聪慧于心 聪慧于心 聪慧于心 聪慧于心 稳健于行 稳健于行 稳健于行 稳健于行
应用于 0.37—7.5KW 三相异步电动机的通用型变频器
最通用功能：–
8段预置速–
PI调节–
寸动–
各种停车方式 最皮实环境承受能力：–
全范围电路板加强涂层（防水雾，防尘土，防腐蚀）–
-10--+50满负荷运行，可高至＋60降容使用–
可并排安装–
电源电压：380-15%--500+10%www.PLCworld.cn
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ATV302
小型通用变频器聪慧于心 聪慧于心 聪慧于心 聪慧于心 稳健于行 稳健于行 稳健于行 稳健于行
应用于 0.37—7.5KW 三相异步电动机的通用型变频器
最佳驱动能力：–
速度范围：1:100（矢量控制），1:50（V/F控制）–
瞬时过力矩：170%60秒--200%2秒 电机额定转矩–
制动能力：连续输出100%电机转矩，可过载150%60秒 最适用机械配套行业：–
陶瓷，玻璃，木工等建材机械–
铣刨磨锻冲钻等机床工具–
波峰焊，电镀，PCB等电子机械–
包装，印刷，食品，塑机等轻型机械www.PLCworld.cn
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ATV302 小型通用变频器 聪慧于心 聪慧于心 聪慧于心 聪慧于心 稳健于行 稳健于行 稳健于行 稳健于行
内在 内在 内在
内在 优势 优势 优势 优势 价值 价值 价值 价值
IGBT IGBT IGBT IGBT器件 器件 器件 器件
电压宽度 电压宽度 电压宽度 电压宽度
工作温度 工作温度 工作温度 工作温度
加强涂层工艺 加强涂层工艺 加强涂层工艺 加强涂层工艺
参数设置 参数设置 参数设置 参数设置
内部元器件 内部元器件 内部元器件 内部元器件
货期 货期 货期 货期
服务 服务 服务 服务
同级别最高过转矩能力 同级别最高过转矩能力 同级别最高过转矩能力 同级别最高过转矩能力
最广电压 最广电压（ 最广电压 最广电压 （ （ （380V~500V 380V~500V 380V~500V 380V~500V） ） ） ）
最宽温度 最宽温度（ 最宽温度 最宽温度 （ （ （-10 -10 -10 -10℃ ℃ ℃ ~ +50 ℃ ~ +50 ~ +50 ~ +50
℃
℃ ℃
℃） ） ） ）
适应各种环境可靠运行 适应各种环境可靠运行 适应各种环境可靠运行 适应各种环境可靠运行
简捷 简捷、 简捷 简捷 、 、 、浅显 浅显 浅显 浅显
品质优异 品质优异， 品质优异 品质优异 ， ， ，稳定可靠 稳定可靠 稳定可靠 稳定可靠
4 4大物流中心库存 4 4 大物流中心库存 大物流中心库存， 大物流中心库存 ， ，货期迅捷 ， 货期迅捷 货期迅捷 货期迅捷
全国快速响应 全国快速响应 全国快速响应 全国快速响应
出力到位 出力到位 出力到位 出力到位， ， ，源源不断 ， 源源不断 源源不断 源源不断
适合各种电源不稳定地区 适合各种电源不稳定地区 适合各种电源不稳定地区 适合各种电源不稳定地区
高温不降容 高温不降容 高温不降容 高温不降容， ， ，系统运行稳定 ， 系统运行稳定 系统运行稳定 系统运行稳定
促进客户产品环境适应能力 促进客户产品环境适应能力 促进客户产品环境适应能力 促进客户产品环境适应能力， ， ， ，增加附加值 增加附加值 增加附加值 增加附加值
加快调试 加快调试 加快调试 加快调试， ， ，赢得时间 ， 赢得时间 赢得时间 赢得时间
稳固寿命 稳固寿命 稳固寿命 稳固寿命， ， ，长期运行 ， 长期运行 长期运行， 长期运行 ， ， ，节省成本 节省成本 节省成本 节省成本
帮助节约工期 帮助节约工期 帮助节约工期 帮助节约工期、 、 、提高效率 、 提高效率 提高效率 提高效率， ， ， ，赢得竞争 赢得竞争 赢得竞争 赢得竞争
帮助提升客户品牌形象 帮助提升客户品牌形象 帮助提升客户品牌形象 帮助提升客户品牌形象
ATV302 的客户价值 的客户价值 的客户价值 的客户价值
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ATV61/71 功率范围 功率范围 功率范围 功率范围
ATV61/71覆盖的电机功率范围从0.75KW至630KW560/KW，690v系列可达2400KW/2000KW
三个子系列：0,75 ---> 630 kW 380/480V ; UL Type 1/ IP20 – 电压 380V 三相
0,75 ---> 90 kW 200/240V ; UL Type 1/ IP20 – 电压 220V 三相
0,75 ---> 90 kW 380/480V ; UL Type 12/ IP54 – 电压 380V 三相，高防护等级 IP54
所有规格均标配图形操作终端 ATV61/71的75KW以下规格还可以带有个4位7段码显 示单元，订货时可带图形操作终端，也可不带图形操作 终端（型号后带Z）。ATV71/61 通用 & 工程型变频器 强势驱动 强势驱动 强势驱动 强势驱动 纵横驰骋 纵横驰骋 纵横驰骋 纵横驰骋
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ATV61/71 环境适应 环境适应 环境适应 环境适应
环境温度： 运行：-10C--+50C,不降容，最高可达60C,降容 可紧凑式并排安装，考虑降容 储存：-25C--+70C 相对湿度：5--95%，无凝露或滴水 最大工作高度： 1000米，不降容 1000-3000米，没升高100米，降容1％ 所有规格的线路板带有三防涂层，还可以定购带加强涂 层的产品www.PLCworld.cn
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6种语言，中文作为标准语言中文作为标准语言中文作为标准语言中文作为标准语言
可以显示 8 行24个字符
通过导航键导航键导航键设置菜单导航导航键
显示参数参数参数变化和状态参数 本地控制本地控制本地控制本地控制控制
诊断：保留最近发生的保留最近发生的保留最近发生的保留最近发生的
(36)8
次故障次故障次故障次故障 存储和拷贝和拷贝和拷贝和拷贝4套配置 功能能能能键 多变频的操作方式变频的操作方式变频的操作方式变频的操作方式 用户自定义 菜单或参数菜单或参数菜单或参数菜单或参数中文图形操作终端 中文图形操作终端 中文图形操作终端 中文图形操作终端
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ATV61/71 电磁兼容性和谐波对策 电磁兼容性和谐波对策 电磁兼容性和谐波对策 电磁兼容性和谐波对策
为了减少变频器的电流谐波污染，ATV61/71采取措施削弱： ATV61(71)HD18…HD75N4内置DC电抗器，使进线电流限制在输出电 流的1.1倍以内。若外加DC电抗器或AC进线电抗器选件，可以限制 THDI<33% ATV61(71)HD90…HC63N4标配DC电抗器，限制THDI<33% 若需要整体满足电网质量标准IEEC519，可选用正弦波滤波器附件。P (kW)
可选 3%
电 抗
器
ATV12
ATV312
ATV71
ATV71
可选 3% 电抗器
ATV71
集成 集成 集成
集成
3%
电抗器电抗器电抗器电抗器Irms
减少减少减少减少60%
THD <=48%
符合标准符合标准 符合标准符合标准
内置 内置 内置
内置
1%
电抗器电抗器电抗器电抗器Irms
减少减少减少减少30%
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ATV61 风机泵类应用专用功能 风机泵类应用专用功能 风机泵类应用专用功能 风机泵类应用专用功能
可调节能比，2点或5点平方V/F曲线 带有速度检测的自动跟踪旋转负载 根据不同转速的电流限幅自适应 内置PID调节器，灵活的给定，反馈，监视和诊断以及手动/自动切换 电能计数和运行时间计数 流体缺失检测，零流量检测，流量限制 休眠功能和唤醒功能 物理量显示的客户定制：如bar,l/s,C，m3
/s等 通过调整开关频率（最高可达16KHz),可以有效地抑制电磁噪声和谐振，开关频率的调整可以在运行中调整，也可以根据负载情况和电机热状态 自动随机调节。
水处理 水处理 水处理 水处理
地铁隧道机场 地铁隧道机场 地铁隧道机场 地铁隧道机场
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ATV71 应用行业专用功能 应用行业专用功能 应用行业专用功能 应用行业专用功能
完美的抱闸控制逻辑，制动状态反馈 基于限位开关管理的定位 高速提升和称重功能 直流母线连接 电动电位器与围绕给定的电动电位器 完善的PID调节 转矩控制，主从控制和负荷分配 线路接触器控制和出线接触器控制，接触器状态反馈 5种电机控制模式，ENA系统 故障禁止和紧急撤离 欠压管理和直流母线供电冶金冶金 冶金冶金
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ATV61/71 人机接口 人机接口 人机接口 人机接口
标准配置远程操作终端 18.5KW(ATV61)/15KW(ATV71)以下，还集成一个4位7段码显示终端 基于Windows界面的PowerSuite软件直接连接
Ethernet 网络连接
Modem 或蓝牙无线连接
快速编程宏配置：起动 - 停止，泵和风机，总线连接， PID 调节等 (ATV61) ；起动 - 停止
，一般应用，主从控制，总线连接，转矩控制，提升等 (ATV71)
“ 简单启动 ” 菜单
分级结构下拉菜单
直接访问
参数保存和拷贝
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ATV61/71 系统集成及通讯 系统集成及通讯 系统集成及通讯 系统集成及通讯
集成了两个Modbus或CANopen端口 可以集成于主流工业通讯网络 Ethernet TCP/IP Fipio Modbus/Unitelway Modbus Plus Profibus DP Device Net 控制部分可以独立供电，保证通讯的连续性
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ATV61/71 控制端子 控制端子 控制端子 控制端子
本体控制端子6 个可编程逻辑输入
– 源型 / 漏型 / 悬浮可设定 – LI6 可设置为 PTC 输入
2 个可设定模拟输入 – AI1 为 +/-10V 输入
– AI2 为 0/10V, x-ymA 输入
2 个可编程继电器输出
1 个可编程模拟量输出 – 0/10V,x-ymA
1 个 Power Removal 输入端子
1 个 24V 电源端子
1 个 10V 电位器给定端子
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ATV61 的目标行业与应用 的目标行业与应用 的目标行业与应用 的目标行业与应用
石化 石化石化 石化
水处理 水处理 水处理 水处理
冶金 冶金 冶金 冶金
地铁隧道机场 地铁隧道机场地铁隧道机场 地铁隧道机场
电力电力
电力电力 造纸的辅传造纸的辅传造纸的辅传造纸的辅传
生物制药 生物制药 生物制药 生物制药
